CN112817147A - 一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置，包括聚焦场镜，所述聚焦场镜的上方连接有固定壳体，且固定壳体的内部设置有八面棱镜，所述八面棱镜的后端安装有第三净化冷却空气吹气口，且第三净化冷却空气吹气口的下方安装有反射镜，所述八面棱镜的一侧安装有固定隔板，且固定隔板内壁的底部贯穿连接有单向排气阀，所述固定隔板的一侧连接有伺服电机，且伺服电机的后端安装有第二净化冷却空气进口。该高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置设计了冷却结构，对八面棱镜及光学腔室连续吹送经过净化的冷却空气，保证光学镜面在连续工作过程中的热稳定性，并保持光学腔室相对外部形成正压，以保持腔室的洁净。

Description

一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，具体为一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置。
背景技术
现有的振镜扫描技术，采用往复摆动的方式，扫描速度的快慢，受限于光斑的尺寸。入射光斑的大小，决定所需反射镜片的大小，反射镜片的大小决定所需扫描电机的惯性负载的大小，负载越大，扫描速度越慢。所以，当入射光斑越大，振镜扫描速度就越慢。比如激光加工中常见的入射光斑8、10、15、20、25、30mm，随着光斑增大，振镜扫描越来越慢。当入射光斑是8-10mm时，振镜扫描速度大约60-100线/秒，当光斑直径达到25mm时，振镜的一维扫描速度仅为是20-30线/秒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置，以解决上述背景技术中提出现有的振镜扫描技术，采用往复摆动的方式，扫描速度的快慢，受限于光斑的尺寸的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置，包括聚焦场镜，所述聚焦场镜的上方连接有固定壳体，且固定壳体的内部设置有八面棱镜，所述八面棱镜的后端安装有第三净化冷却空气吹气口，且第三净化冷却空气吹气口的下方安装有反射镜，所述八面棱镜的一侧安装有固定隔板，且固定隔板内壁的底部贯穿连接有单向排气阀，所述固定隔板的一侧连接有伺服电机，且伺服电机的后端安装有第二净化冷却空气进口，所述伺服电机的一侧安装有驱动器，所述固定壳体外壁的顶部连接有第一净化冷却空气进口，且第一净化冷却空气进口的一侧安装有电源接口，所述电源接口的后端安装有控制接口，所述固定壳体内壁的另一侧开设有入射激光口，所述固定壳体内壁的前后两端均贯穿连接有散热风扇。
优选的，所述聚焦场镜与固定壳体相连通，且固定壳体与固定隔板之间相连接，并且固定隔板与反射镜相连接，所述固定壳体与激光入射孔相连通。
优选的，所述固定壳体与电源接口相连接，所述固定壳体与控制接口相连接，所述固定壳体与驱动器相连接。
优选的，所述固定隔板与伺服电机相连接，且伺服电机与八面棱镜相连接。
优选的，所述固定壳体与第一净化冷却空气进口相连通，所述固定隔板与单向排气阀相连通，并且固定隔板与第二净化冷却空气进口相连通。
优选的，所述第一净化冷却空气进气口与第二净化冷却空气进口通过软管相连通，所述第二净化冷却空气进口与第三净化冷却空气吹气口连通，且固定壳体通过第三净化冷却空气吹气口、单向排气阀和前端面的散热风扇构成连通的单向风流道结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明中，入射激光从激光入射孔进入，经反射镜一次反射，经八面棱镜二次反射，进入场镜入射口，经过聚焦场镜聚焦后射出，在焦点上能量密度最大，以及每一个棱镜面摆过，就可以完成一次“划线”，本设计专门为“电工钢激光刻痕设计，以满足其高速“刻痕”的需要，也可以借用在其它类似应用中。
本发明设计了冷却结构，对八面棱镜及光学腔室连续吹送经过净化的冷却空气，保证光学镜面在连续工作过程中的热稳定性，并保持光学腔室相对外部形成正压，以保持腔室的洁净。
本发明中，常用到一维高速扫描，既单方向高速“划线”，该技术解决了一维高速扫描问题，尤其是大入射光斑，入射光斑越大其优势越明显，以及该技术中，八面棱镜，棱面尺寸30*46mm，理论上，当达到相当于振镜最大摆角时，可以承接25mm的入射光斑，每转过一个棱面既可以完成一条划线扫描，伺服电机每秒最快转速50转，则最快扫描速度可达到400线/秒，可见其一维扫描速度是振镜的15-20倍。
本发明中，当伺服电机高速旋转，带动八面棱镜转动，激光经棱镜面反射后进入聚焦场镜，激光光点随着棱镜面摆动就能在一维方向完成一次划线，即每转过一个棱面，就可以完成一次划线，配合激光开、关光的时间，可以控制线的长短。
本发明中，激光从激光入射孔射入，经过反射镜，入射到八面棱镜的棱镜面，激光经聚焦场镜聚焦后到射出，激光在聚焦场镜的焦点位置可以达到极高的功率密度，实现材料的各种加工。
本发明让激光的光点运动起来，以实现不同的工业加工应用的目的，有时需要慢、有时需要快、有时需要一维、有时需要多轴空间运动等；现有的各种激光扫描技术中，速度最快的振镜扫描，其一维扫描速度最80-100线/秒；该技术特点是高速一维扫描，采用场镜聚焦；解决特定激光加工应用中高速一维扫描的问题，最快扫描速度400线/秒。
附图说明
图1为本发明主视结构示意图；
图2为本发明八面棱镜的侧视结构示意图；
图3为本发明的外部结构示意图；
图4为本发明八面棱镜和伺服电机的连接结构示意图；
图5为本发明八面棱镜的侧视结构示意图；
图6为本发明一维划线状态示意图。
图中：1、聚焦场镜；2、固定壳体；3、反射镜；4、第三净化冷却空气吹气口；5、第二净化冷却空气进口；6、八面棱镜；7、固定隔板；8、伺服电机；9、单向排气阀；10、驱动器；11、电源接口；12、控制接口；13、第一净化冷却空气进口；14、散热风扇；15、激光入射孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置，包括聚焦场镜1，聚焦场镜1的上方连接有固定壳体2，且固定壳体2的内部设置有八面棱镜6，八面棱镜6的后端安装有第三净化冷却空气吹气口4，且第三净化冷却空气吹气口4的下方安装有反射镜3，八面棱镜6的一侧安装有固定隔板7，且固定隔板7内壁的底部贯穿连接有单向排气阀9，固定隔板7的一侧连接有伺服电机8，且伺服电机8的后端安装有第二净化冷却空气进口5，伺服电机8的一侧安装有驱动器10，固定壳体2外壁的顶部连接有第一净化冷却空气进口13，且第一净化冷却空气进口13的一侧安装有电源接口11，电源接口11的后端安装有控制接口12，固定壳体2内壁的另一侧开设有入射激光口15，固定壳体2内壁的前后两端均贯穿连接有散热风扇14。
本发明中：聚焦场镜1与固定壳体2相连通，且固定壳体2与固定隔板7之间相连接，并且固定隔板7与反射镜3相连接，固定壳体2与激光入射孔15相连通。
本发明中：固定壳体2与电源接口11相连接，固定壳体2与控制接口12相连接，固定壳体2与驱动器10相连接。
本发明中：固定隔板7与伺服电机8相连接，且伺服电机8与八面棱镜6相连接。
本发明中：固定壳体2与第一净化冷却空气进口13相连通，固定隔板7与单向排气阀9相连通，并且固定隔板7与第二净化冷却空气进口5相连通。
本发明中：第一净化冷却空气进气口13与第二净化冷却空气进口5通过软管相连通，第二净化冷却空气进口5与第三净化冷却空气吹气口4连通，且固定壳体2通过第三净化冷却空气吹气口4、单向排气阀9和前端面的散热风扇14构成连通的单向风流道结构。
该高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置的工作原理：首先，入射激光从激光入射孔15进入，经反射镜3一次反射，经八面棱镜6二次反射，进入场镜入射口，经过聚焦场镜1聚焦后射出，在焦点上能量密度最大，以及每一个棱镜面摆过，就可以完成一次“划线”，其中，八面棱镜6的棱镜面选用大反射角镀膜，反射角度范围±45°，镜面平面度＜λ/10p-vat 633nm；棱镜面反射率≥98％，以及八面棱镜6的棱镜面与伺服电机8的输出轴的平行度小于0.001；
然后，净化的冷却空气由第一净化冷却空气进口13进入，通过软管连接进入第二净化冷却空气进口5，而第二净化冷却空气进口5与第三净化冷却空气吹气口4相连通，接着，通过第三净化冷却空气吹气口4对八面棱镜6的镜面进行冷却，在固定壳体2的固定隔板7一侧空间形成正气压，气流从单向排气阀9流入固定壳体2的固定隔板7另一侧空间，然后通过散热风扇14排出。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置，包括聚焦场镜(1)，其特征在于：所述聚焦场镜(1)的上方连接有固定壳体(2)，且固定壳体(2)的内部设置有八面棱镜(6)，所述八面棱镜(6)的后端安装有第三净化冷却空气吹气口(4)，且第三净化冷却空气吹气口(4)的下方安装有反射镜(3)，所述八面棱镜(6)的一侧安装有固定隔板(7)，且固定隔板(7)内壁的底部贯穿连接有单向排气阀(9)，所述固定隔板(7)的一侧连接有伺服电机(8)，且伺服电机(8)的后端安装有第二净化冷却空气进口(5)，所述伺服电机(8)的一侧安装有驱动器(10)，所述固定壳体(2)外壁的顶部连接有第一净化冷却空气进口(13)，且第一净化冷却空气进口(13)的一侧安装有电源接口(11)，所述电源接口(11)的后端安装有控制接口(12)，所述固定壳体(2)内壁的另一侧开设有入射激光口(15)，所述固定壳体(2)内壁的前后两端均贯穿连接有散热风扇(14)。
2.根据权利要求1所述的一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置，其特征在于：所述聚焦场镜(1)与固定壳体(2)相连通，且固定壳体(2)与固定隔板(7)之间相连接，并且固定隔板(7)与反射镜(3)相连接，所述固定壳体(2)与激光入射孔(15)相连通。
3.根据权利要求1所述的一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置，其特征在于：所述固定壳体(2)与电源接口(11)相连接，所述固定壳体(2)与控制接口(12)相连接，所述固定壳体(2)与驱动器(10)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置，其特征在于：所述固定隔板(7)与伺服电机(8)相连接，且伺服电机(8)与八面棱镜(6)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置，其特征在于：所述固定壳体(2)与第一净化冷却空气进口(13)相连通，所述固定隔板(7)与单向排气阀(9)相连通，并且固定隔板(7)与第二净化冷却空气进口(5)相连通。
6.根据权利要求1所述的一种高速一维大功率激光扫描用的八面棱镜装置，其特征在于：所述第一净化冷却空气进气口(13)与第二净化冷却空气进口(5)通过软管相连通，所述第二净化冷却空气进口(5)与第三净化冷却空气吹气口(4)连通，且固定壳体(2)通过第三净化冷却空气吹气口(4)、单向排气阀(9)和前端面的散热风扇(14)构成连通的单向风流道结构。
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