CN112846546B - 一种激光切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种激光切割系统，涉及激光切割技术领域。激光切割系统包括光源发射件、光学件、旋转件及固定件，固定件用于固定样品，光源发射件发出的光源经过光学件后照射至旋转件上，旋转件用于旋转光源发射件发出并经过光学件后的光源，使旋转光源切割放置在固定件上的样品。在本发明实施例中，光源发射件发出的光源经过光学件的折射或反射后照射到旋转件上，旋转件用于旋转光源，使光源能够旋转地照射到固定件上切割固定在固定件上的样品，当光源旋转地照射到样品上时，样品各处接收到的光源的光强一致，从而提高样品的加工速度。同时，只需在整个激光切割系统中加入一个旋转件即可，系统简单，从而降低了激光切割系统的制造成本。

Description

一种激光切割系统

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，具体而言，涉及一种激光切割系统。

背景技术

激光切割系统主要用于切割样品，激光切割系统发出的光源经过进行整形后，光源会呈现不对应分布的状态，而在加工过程中，大部分的应用都需要光源跟随切割轨迹进行选择，使光源分布的法线平行或者垂直于切割轨迹的运行方向。

为了能够使不对称分布的光源能够均匀地切割样品，传统的方式为了光源能够跟随样品，通过旋转样品的方式配合样品在平面内运动，从而实现切割，然而这种方式很难提高加工的速度，而且系统复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种激光切割系统，其能够使样品各处接收到的光源的光强一致，提高样品的加工速度。同时，只需在整个激光切割系统中加入一个旋转件即可，系统简单，从而降低了激光切割系统的制造成本。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明实施例提供了一种激光切割系统，用于采用光源切割样品，所述激光切割系统包括光源发射件、光学件、旋转件及固定件，所述固定件用于固定样品，所述光源发射件发出的光源经过所述光学件后照射至所述旋转件上，所述旋转件用于旋转由所述光源发射件发出并经过所述光学件后的光源，使旋转光源切割放置在所述固定件上的样品。

在本发明可选的实施例中，所述旋转件包括驱动件及道威棱镜，所述道威棱镜设置在所述光学件及所述固定件之间，所述驱动件与所述道威棱镜传动连接，用于驱动所述道威棱镜旋转，以使光源发生旋转。

在本发明可选的实施例中，所述道威棱镜包括第一道威棱镜及第二道威棱镜，所述第一道威棱镜及所述第二道威棱镜依次设置在所述光学件与所述固定件之间，光源依次穿过所述第一道威棱镜及所述第二道威棱镜后照射到所述样品上。

在本发明可选的实施例中，所述第一道威棱镜及所述第二道威棱镜均与所述驱动件传动连接。

在本发明可选的实施例中，所述第一道威棱镜的放置角度与所述第二道威棱镜的放置角度相差90度。

在本发明可选的实施例中，所述第一道威棱镜靠近所述第二道威棱镜的一侧与所述第二道威棱镜靠近所述第一道威棱镜的一侧接触。

在本发明可选的实施例中，所述固定件还用于带动所述样品沿切割路径移动。

在本发明可选的实施例中，所述道威棱镜具有相对设置的入射面及出射面，所述入射面靠近所述光源发射件设置，所述出射面靠近所述固定件设置。

在本发明可选的实施例中，所述道威棱镜具有相对设置的顶面及底面，所述入射面连接所述顶面及所述底面，并朝向所述底面倾斜设置。

在本发明可选的实施例中，所述道威棱镜具有相对设置的顶面及底面，所述出射面连接所述顶面及所述底面，并朝向所述底面倾斜设置。

本发明实施例的有益效果：激光切割系统包括光源发射件、光学件、旋转件及固定件，固定件用于固定样品，光源发射件发出的光源经过光学件后照射至旋转件上，旋转件用于旋转光源发射件发出并经过光学件后的光源，使旋转光源切割放置在固定件上的样品。

在本发明实施例中，光源发射件发出的光源经过光学件的折射或反射后照射到旋转件上，旋转件用于旋转光源，使光源能够旋转地照射到固定件上切割固定在固定件上的样品，当光源旋转地照射到样品上时，样品各处接收到的光源的光强一致，提高样品的加工速度。同时，只需在整个激光切割系统中加入一个旋转件即可，系统简单，从而降低了激光切割系统的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的激光切割系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的激光切割系统的道威棱镜0度放置时平行光进入道威棱镜的光路示意图。

图3为本发明实施例提供的激光切割系统的道威棱镜90度放置时平行光进入道威棱镜的光路示意图。

图4为本发明实施例提供的激光切割系统的光斑强度分布非对称的入射光经过0度放置的道威棱镜道的光路图。

图5为本发明实施例提供的激光切割系统的光斑强度分布非对称的入射光经过90度放置的道威棱镜道的光路图。

图6为本发明实施例提供的激光切割系统的光斑强度分布非对称的入射光经过180度放置的道威棱镜道的光路图。

图7为本发明实施例提供的激光切割系统的非平行光经过0度放置的第一道威棱镜及90度放置的第二道威棱镜的光路图。

图8为本发明实施例提供的激光切割系统的非平行光经过90度放置的第一道威棱镜及180度放置的第二道威棱镜的光路图。

图标：100-激光切割系统；110-光源发射件；120-光学件；130-旋转件；132-驱动件；134-道威棱镜；1341-入射面；1343-出射面；1345-顶面；1347-底面；136-第一道威棱镜；138-第二道威棱镜；140-固定件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种激光切割系统100，本实施例提供的激光切割系统100能够使样品各处接收到的光源的光强一致，提高样品的加工速度。

激光切割系统100主要用于切割样品，激光切割系统100发出的光源经过进行整形后，光源会呈现不对应分布的状态，而在加工过程中，大部分的应用都需要光源跟随切割轨迹进行选择，使光源分布的法线平行或者垂直于切割轨迹的运行方向。

为了能够使不对称分布的光源能够均匀地切割样品，传统的方式为了光源能够跟随样品，通过旋转样品的方式配合样品在平面内运动，从而实现切割，然而这种方式很难提高加工的速度，而且系统复杂，成本较高。

在本实施例中，激光切割系统100包括光源发射件110、光学件120、旋转件130及固定件140，固定件140用于固定样品，光源发射件110发出的光源经过光学件120后照射至旋转件130上，旋转件130用于旋转由光源发射件110发出并经过光学件120后的光源，使旋转光源切割放置在固定件140上的样品。

在本实施例中，光源发射件110发出的光源经过光学件120的折射或反射后照射到旋转件130上，旋转件130用于旋转光源，使光源能够旋转地照射到固定件140上切割固定在固定件140上的样品，当光源旋转地照射到样品上时，样品各处接收到的光源的光强一致，提高样品的加工速度。同时，只需在整个激光切割系统100中加入一个旋转件130即可，系统简单，从而降低了激光切割系统100的制造成本。

在本实施例中，旋转件130旋转光源之后，样品只需在平面内跟随切割轨迹移动即可，操作简单，方便。

在本实施例中，旋转件130包括驱动件132及道威棱镜134，道威棱镜134设置在光学件120及固定件140之间，驱动件132与道威棱镜134传动连接，用于驱动道威棱镜134旋转，以使光源发生旋转。

容易理解的是，本实施例中所说的光源发生旋转是指从道威棱镜134射出的出射光相对于进入到光学件120的入射光的光强分布发生旋转。

在本实施例中，当光源照射到道威棱镜134上时，根据光源的入射角的不同，光源射出道威棱镜134的角度也不同，例如：

图2为道威棱镜134在0度放置时平行光进入道威棱镜134的光路示意图。平行光进入道威棱镜134时，其光路示意图如图2所示；可以等效为一个可以旋转光源方向的平行平板，即经过道威棱镜134的光程会增加，而且出射光和入射光的光源在XY平面分布旋转。

假设需要底角为θ的道威棱镜134，其选取材料折射率为n，道威棱镜134入射面1341的宽和高为D，其底面1347长度为L，则上述参数需要满足以下关系：

β＝α-α’，其中α是入射角，α’是进入棱镜后的折射角；

以保证光不从道威棱镜134的底面1347折射出去；

入射角和折射角满足sinα＝n sinα′；

在使用道威棱镜134时，需要注意道威棱镜134的设计、检测，和入射光的检测，以确保光线的出射状态：

1)如果底角θ1和θ2不相等，且入射光为平行光，出射光的角度关系变为：sinγ＝nsin(α′+θ1-θ2)，γ≠α；

2)如果设计长度为L’，对于出射光的中心位置的偏移关系：

Δh＝(L'-L)tanβ。

图3为道威棱镜134在90度放置时平行光进入道威棱镜134的光路示意图。为对于道威棱镜134旋转光路的原理说明：假设进入该光学元器件的光源为长条形的光强分布，如图2原理所示，长条形光强分布的光源经过0度放置的道威棱镜134后，其光源方向旋转了180度；如图3所示长条形光强分布的光源经过90度放置的道威棱镜134后，其光源方向旋转了0度，也可以认为是旋转了360度；以此类推，道威棱镜134每旋转1度，出光光源方向相比于入光光源的方向就旋转了2度。

图4为光斑强度分布非对称的入射光经过0度放置的道威棱镜134道的光路图。图5为光斑强度分布非对称的入射光经过90度放置的道威棱镜134道的光路图。图6为光斑强度分布非对称的入射光经过180度放置的道威棱镜134道的光路图。在原理上存在一部分缺陷，即其对于入射光线在X方向和Y方向的光程并不一致。这对于平行光，或者光强分布为旋转中心对称强度分布的光是没有影响的；但是当入射光不平行时，尤其是入射光仅在X方向和Y方向发散角不一样时，就会出现X，Y方向光程不一样的问题。如图4所示，入射光在Y方向有一个发散角。当道威棱镜134在0度放置时，仅看Y平面，光通过道威棱镜134的光程是图4中的虚线部分；当道威棱镜134在90度放置时，仅看Y平面，光通过道威棱镜134的光程是图5棱镜90度放置中的虚线部分。很明显，道威棱镜134在旋转时，Y方向有发散角的光线，其在Y平面的光程会发生变化，在道威棱镜134在0度时，其光程最大，在道威棱镜134在90度时，其光程最小。而且此光线在X方向没有发散角，所以在道威棱镜134旋转过程中，其入射光线在X方向的光程可以保持不变。

请参阅图7及图8，其中图7为非平行光经过0度放置的第一道威棱镜136及90度放置的第二道威棱镜138的光路图；图8为非平行光经过90度放置的第一道威棱镜136及180度放置的第二道威棱镜138的光路图；在本实施例中，道威棱镜134包括第一道威棱镜136及第二道威棱镜138，第一道威棱镜136及第二道威棱镜138依次设置在光学件120与固定件140之间，光源依次穿过第一道威棱镜136及第二道威棱镜138后照射到样品上。

在本实施例中，第一道威棱镜136的放置角度与第二道威棱镜138的放置角度相差90度或相差180度。

为了使光源通过旋转件130后，且在维持旋转过程中X，Y方向光程一致，需要在棱镜后面加一个和第一道威棱镜136旋转了90度的相同的第二道威棱镜138，如图5所示，两个棱镜需要保持相同的旋转。这样在运动过程中，第二道威棱镜138就可以把Y方向上的光程补偿回来，使其光程保持不变。

通过上述方法可以实现光源的旋转；根据实际使用的不同，可以配合或者不配合补偿棱镜。再加上控制系统的同步搭配，使得光源旋转的方向和切割轨迹旋转的方向匹配，就可以实现光源高速旋转加工。并且本发明突破了传统使用道威棱镜134入射光必须为平行光的限制，通过两个道威棱镜134的相互配合使得发散或者汇聚的光经过该系统后也可以旋转。并且可以通过控制入射光的角度、发散角、道威棱镜134的设计改变光束出射的位置、角度、光焦度等，并且保证出射光角度可以随加工需求任意旋转。

在本实施例中，第一道威棱镜136及第二道威棱镜138均与驱动件132传动连接。驱动件132同时驱动第一道威棱镜136及第二道威棱镜138转动，使第一道威棱镜136与第二道威棱镜138能够保持相对静止，即使第一道威棱镜136及第二道威棱镜138之间的放置角度能够始终保持90度的，能够保证光源射出道威棱镜134的光程。

在本实施例中，第一道威棱镜136靠近第二道威棱镜138的一侧与第二道威棱镜138靠近第一道威棱镜136的一侧接触。

第一道威棱镜136与第二道威棱镜138之间相互接触，使从第一道威棱镜136射出的光源能够入射到第二道威棱镜138内保证光源能够从第二道威棱镜138远离第一道威棱镜136的一侧射出。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，第一道威棱镜136可以不用挨着第二道威棱镜138设置，第一道威棱镜136与第二道威棱镜138可以间隔设置，二者之间的间隔距离不宜过大，避免从第一道威棱镜136射出的光无法入射到第二道威棱镜138内，与本实施例等同的方案，能够达到本实施例的效果的，均在本发明的保护范围内。

在本实施例中，固定件140还用于带动样品沿切割路径移动。在本实施例中，当旋转件130旋转光源转动地照射在样品上时，样品只需在平面内按照预设的切割路径移动即可形成成品。

可以理解的是，固定件140带动样品移动，可以是带动样品在平面在滑动，通过滑槽和滑轨的方式实现。

在本实施例中，道威棱镜134具有相对设置的入射面1341及出射面1343，入射面1341靠近光源发射件110设置，出射面1343靠近固定件140设置。

在本实施例中，道威棱镜134的横截面积大致呈梯形，入射面1341与出射面1343分别为梯形的两个腰，入射面1341及出射面1343相对设置能够使光源从道威棱镜134的一侧射入，然后从道威棱镜134的另一侧射出。

在本实施例中，道威棱镜134具有相对设置的顶面1345及底面1347，入射面1341连接顶面1345及底面1347，并朝向底面1347倾斜设置。

在本实施例中，道威棱镜134具有相对设置的顶面1345及底面1347，出射面1343连接顶面1345及底面1347，并朝向底面1347倾斜设置。

在本实施例中，顶面1345为梯形的顶边，底面1347为梯形的底边。也就是说，入射面1341及出射面1343分别为形状为梯形的道威棱镜134的两个腰，顶面1345为梯形的顶边，底面1347为梯形的底边。

容易理解的是，道威棱镜134包括第一道威棱镜136及第二道威棱镜138，可以认为第一道威棱镜136与第二道威棱镜138的形状及结构与道威棱镜134的形状及结构相同。也就是说，第一道威棱镜136及第二道威棱镜138均为梯形，第一道威棱镜136具有入射面1341、出射面1343、顶面1345及底面1347。同样的，第二道威棱镜138具有入射面1341、出射面1343、顶面1345及底面1347，第二道威棱镜138的入射面1341与第一道威棱镜136的出射面1343接触。

综上所述，本实施例提供的激光切割系统100，光源发射件110发出的光源经过光学件120的折射或反射后照射到旋转件130上，旋转件130用于旋转光源，使光源能够旋转地照射到固定件140上切割固定在固定件140上的样品，当光源旋转地照射到样品上时，样品各处接收到的光源的光强一致，提高样品的加工速度。同时，只需在整个激光切割系统100中加入一个旋转件130即可，系统简单，从而降低了激光切割系统100的制造成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种激光切割系统，用于采用光源切割样品，其特征在于，所述激光切割系统包括光源发射件、光学件、旋转件及固定件，所述固定件用于固定样品，所述光源发射件发出的光源经过所述光学件后照射至所述旋转件上，所述旋转件用于旋转由所述光源发射件发出并经过所述光学件后的光源，使旋转光源切割放置在所述固定件上的样品；所述旋转件包括驱动件及道威棱镜，所述道威棱镜设置在所述光学件及所述固定件之间，所述驱动件与所述道威棱镜传动连接，用于驱动所述道威棱镜旋转，以使光源发生旋转；所述道威棱镜包括第一道威棱镜及第二道威棱镜，所述第一道威棱镜及所述第二道威棱镜依次设置在所述光学件与所述固定件之间，光源依次穿过所述第一道威棱镜及所述第二道威棱镜后照射到所述样品上。

2.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于，所述第一道威棱镜及所述第二道威棱镜均与所述驱动件传动连接。

3.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于，所述第一道威棱镜的放置角度与所述第二道威棱镜的放置角度相差90度。

4.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于，所述第一道威棱镜靠近所述第二道威棱镜的一侧与所述第二道威棱镜靠近所述第一道威棱镜的一侧接触。

5.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于，所述固定件还用于带动所述样品沿切割路径移动。

6.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于，所述道威棱镜具有相对设置的入射面及出射面，所述入射面靠近所述光源发射件设置，所述出射面靠近所述固定件设置。

7.根据权利要求6所述的激光切割系统，其特征在于，所述道威棱镜具有相对设置的顶面及底面，所述入射面连接所述顶面及所述底面，并朝向所述底面倾斜设置。

8.根据权利要求6所述的激光切割系统，其特征在于，所述道威棱镜具有相对设置的顶面及底面，所述出射面连接所述顶面及所述底面，并朝向所述底面倾斜设置。

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