CN110967802A - 一种大功率脉冲激光自适应变焦系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率脉冲激光自适应变焦系统，包括透镜组，所述的透镜组包括运动透镜(1)和静止透镜(2)，所述的运动透镜(1)连有驱动结构，所述的运动透镜(1)与静止透镜(2)的光轴始终在同一直线上，所述的驱动结构带动运动透镜(1)做直线运动，调整运动透镜(1)与静止透镜(2)的距离，使激光光束依次穿过运动透镜(1)和静止透镜(2)后，进行焦点调节。与现有技术相比，本发明通过不同的透镜位置关系，调整入射激光束的发散汇聚状态，调整激光束的最终汇聚焦点位置，提高了工作效率和作业距离。

Description

一种大功率脉冲激光自适应变焦系统

技术领域

本发明涉及一种激光发射设备，尤其是涉及一种大功率脉冲激光自适应变焦系统。

背景技术

激光设备运用时，为获得极高的能量密度，需要将光束聚焦于物体表面进行作业。目前在激光的运用方面已经成功的实现了切割、打孔、焊接和表面改性等处理，但激光输出镜头与基材表面之间的作业距离受限于固定焦距的约束，无法自动灵活地改变作业距离和聚焦后的光斑尺寸，造成激光加工设备的可操作性和适应性受到限制，降低了工作效率。

要改善激光设备在不同工作距离运用的灵活性，大幅度提高工作效率，降低生产成本，需要一种新型的主动自适应焦距调整手段来实现实时的动态变焦，从根本上拓宽大功率激光设备作业距离的运用范围。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大功率脉冲激光自适应变焦系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种大功率脉冲激光自适应变焦系统，包括透镜组，所述的透镜组包括运动透镜和静止透镜，所述的运动透镜连有驱动结构，所述的运动透镜与静止透镜的光轴始终在同一直线上，所述的驱动结构带动运动透镜做直线运动，调整运动透镜与静止透镜的距离，使激光光束依次穿过运动透镜和静止透镜后，进行焦点调节。

所述的运动透镜为平凹透镜，激光束从平凹透镜的平面侧射入。

所述的静止透镜为平凸透镜，激光束从平凸透镜的凸面侧射入。

所述的驱动结构包括直线电机，所述的运动透镜底部设有透镜座，所述的直线电机的运动部件与透镜座连接。

所述的透镜座底部连有滑块，所述的滑块与直线电机的运动部件连接，并沿直线导轨滑动。

所述的运动透镜包括至少一个透镜。

所述的静止透镜包括至少一个透镜。

本发明的工作原理为：直线电机驱动运动透镜运动，按照系统指令定位到指定位置。通过不同的透镜位置关系，调整入射激光束的发散汇聚状态，调整激光清洗机激光束的最终汇聚焦点位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)使用直线电机驱动变焦元件运动，通过不同的透镜位置关系，调整入射激光束的发散汇聚状态，调整激光清洗机激光束的最终汇聚焦点位置，提高了工作效率和作业距离。与步进/伺服/音圈电机驱动相比，直线电机的驱动力大，动子悬浮于定子内，无摩擦、阻力小、加速度大，运动速度快。使用直线电机驱动变焦系统，在系统性能和系统体积重量可以达到最佳平衡。此外，直线电机的运动距离长，可以方便光学系统设计。

(2)直线电机的动子直接驱动元件运动。系统所有运动元件(直线电机动子，滑块，透镜座，运动透镜)都是直线运动，没有动作转换元件，降低了运动负载，提高了运动速度，也提高了位置反馈的精度。

(3)直线电机直接测量位置，自身形成闭环运动控制，不需要外加位置传感器，简化系统设计。

(4)运动系统模块化设计。直线电机本身是模块化产品，可以根据实际需要更换不同长度的动子和导轨，方便设计更改。

(5)直线电机线圈固定安装，连接电缆固定，电机可靠性高。

(6)光学系统可以模块化集成于一个较小的空间中，结构紧凑，易被既有激光加工系统兼容和集成安装，便于实现全自动化操作，极大地提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

附图标记：

1为运动透镜；2为静止透镜；3为透镜座；4为导轨；5为滑块；6为直线电机固定部件；7为直线电机运动部件；8为直线电机驱动器；9为激光束。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种大功率脉冲激光自适应变焦系统，包括透镜组，透镜组包括运动透镜1和静止透镜2，运动透镜1连有驱动结构，运动透镜1与静止透镜2的光轴始终在同一直线上，驱动结构带动运动透镜1做直线运动，调整运动透镜1与静止透镜2的距离，使激光光束依次穿过运动透镜1和静止透镜2后，进行焦点调节。

运动透镜1为平凹透镜，激光束从平凹透镜的平面侧射入。

静止透镜2为平凸透镜，激光束从平凸透镜的凸面侧射入。

驱动结构包括直线电机，运动透镜1底部设有透镜座3，透镜座3底部连有滑块5，滑块5沿导轨4滑动，限制运动透镜1只能沿着光束方向进行一维运动，在光束截面内，运动透镜1位置固定。改变运动透镜1的位置，进而可以改变激光束9的发散状态，达到最终改变激光束9焦点位置的目的。

直线电机运动部件7底部连有，直线电机运动部件7可以连接滑块5，也可以连接透镜座3，或者同时连接，而且连接处非刚性。

运动透镜1包括至少一个透镜，静止透镜2包括至少一个透镜，通过不同的透镜位置关系，调整入射激光束的发散汇聚状态，调整激光清洗机激光束的最终汇聚焦点位置。

整个系统包含于外壳内，其中直线电机驱动器8也可以分离出外壳，单独安装。

本系统适用于峰值功率在104瓦至106瓦的脉冲激光束自适应变焦。通常情况下大功率脉冲激光是指峰值功率在105瓦以上，且平均功率在200瓦以上的脉冲激光。

Claims (7)

1.一种大功率脉冲激光自适应变焦系统，其特征在于，包括透镜组，所述的透镜组包括运动透镜(1)和静止透镜(2)，所述的运动透镜(1)连有驱动结构，所述的运动透镜(1)与静止透镜(2)的光轴始终在同一直线上，所述的驱动结构带动运动透镜(1)做直线运动，调整运动透镜(1)与静止透镜(2)的距离，使激光光束依次穿过运动透镜(1)和静止透镜(2)后，进行焦点调节。

2.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲激光自适应变焦系统，其特征在于，所述的运动透镜(1)为平凹透镜，激光束从平凹透镜的平面侧射入。

3.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲激光自适应变焦系统，其特征在于，所述的静止透镜(2)为平凸透镜，激光束从平凸透镜的凸面侧射入。

4.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲激光自适应变焦系统，其特征在于，所述的驱动结构包括直线电机，所述的运动透镜(1)底部设有透镜座(3)，所述的直线电机的运动部件与透镜座(3)连接。

5.根据权利要求4所述的一种大功率脉冲激光自适应变焦系统，其特征在于，所述的透镜座(3)底部连有滑块(5)，所述的滑块(5)与直线电机的运动部件连接，并沿直线导轨滑动。

6.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲激光自适应变焦系统，其特征在于，所述的运动透镜(1)包括至少一个透镜。

7.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲激光自适应变焦系统，其特征在于，所述的静止透镜(2)包括至少一个透镜。

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