CN117697123A - 一种全反射式的光内送材激光加工头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全反射式的光内送材激光加工头，属于激光加工技术领域，包括：沿激光光路方向依次放置的非球面反射镜和平面反射镜；其中，非球面反射镜包括多个反射区域，且各反射区域的面型均不相同，以对入射激光进行分光；平面反射镜包括多个反射平面，且各反射平面的倾斜角度均不相同，各反射平面的反射光线与送材装置轴线之间的夹角均相同，从而将各反射平面的反射光线均匀地聚焦到工作面上，实现对送材装置同轴送入的丝/粉材料进行加工；相比于现有的光内送材激光加工头，本发明显著降低了光学组件数量，光路稳定性较好，实现了一种光路稳定性较好的轻量化同轴送丝/粉的激光加工头，能广泛应用于激光增材制造等加工领域。
Description
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，更具体地，涉及一种全反射式的光内送材激光加工头。
背景技术
随着激光先进制造技术的发展，面对汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等的制造需求，对激光加工系统提出了更高的需求。光内送材技术是指利用不同的分光技术，使得材料居中并垂直喷射到加工表面，保证激光束与材料中心线同轴，光内送材激光加工头由于送材方向性好，材料受热均匀，激光与材料耦合性强，使得加工性能更加优良，因此研究一种光内送材激光加工头存在重要意义。
现有的光内送材激光加工头一般使用同轴送丝/粉加工方式，目前，同轴送丝/粉加工主要包括环形光内送丝/粉加工与分光光内送丝/粉加工两种方式；传统的分光方式一般采用锥形镜、棱镜、调节镜等进行分光，所需镜片多，光路稳定性差，不利于激光加工头轻量化、质量化发展。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种全反射式的光内送材激光加工头，其目的在于提供一种光路稳定性较好的轻量化同轴送丝/粉激光加工头。
为了实现上述目的，本发明提供了全反射式的光内送材激光加工头，包括：沿激光光路方向依次放置的非球面反射镜和平面反射镜；
非球面反射镜的反射面包括N个反射区域；平面反射镜的反射面包括与N个反射区域一一对应的N个反射平面，且平面反射镜中空，用于放置送材装置；
非球面反射镜的各反射区域的面型均不相同，用于对入射激光进行分光，得到N束激光，并分别入射至对应的反射平面上；
平面反射镜的各反射平面的倾斜角度均不相同，且各反射平面的反射光线与送材装置轴线之间的夹角均相同，用于将各反射平面的反射光线均匀地聚焦到工作面上，以对送材装置同轴送入的材料进行加工；
其中，N≥2；送材装置包括：送丝装置或送粉装置。
进一步优选地，非球面反射镜的各反射区域的面型均为旋转椭球面；
对于非球面反射镜的任意反射区域S，其面型满足：将以C点和D点分别作为焦点的椭圆绕轴线CD进行旋转后所得的旋转椭球面；
其中，C点为入射激光的激光光源所在的位置点；D点为工作面上的激光聚焦点关于平面反射镜的反射平面S’的空间对称点；反射平面S’为与反射区域S相对应的反射平面。
进一步优选，非球面反射镜的各反射区域的面型均为自由曲面；对于任一反射区域S，其面型通过以下方式确定：
S1、对反射区域S的面型进行初始化；
S2、将入射激光在反射区域S上的光源横截面进行等能量网格划分，从而在反射区域S上形成对应的网格点；
S3、基于反射区域S中任意相邻的两个网格点之间的连线向量与这两个网格点处法向量的平均值相垂直的关系，建立一组线性方程组，进而求得反射区域S中各网格点的三维位置数据，以对反射区域S的面型进行更新；其中，反射区域S中任一网格点处法向量为该网格点处入射光线和反射光线的角平分线方向；反射区域S上的网格点与目标网格点存在一一对应的映射关系，反射区域S上网格点处的入射光线经过反射区域S上的该网格点反射到对应的目标网格点；目标网格点的获取方式为：将工作面上的光斑按照预设需求进行网格划分，并将工作面上的网格点关于平面反射镜进行空间对称，得到对应的目标网格点；
S4、重复步骤S2-S3进行迭代，直至迭代次数达到预设迭代次数或者计算结果收敛，此时的反射区域S的面型即为所求反射区域S的面型。
进一步优选地，平面反射镜的任意反射平面S’的倾斜角度通过以下方式确定：
基于预设的反射平面S’的反射光线与送材装置轴线之间的夹角θ，得到反射平面S’的反射光线所在的方向；
基于直线O1O2与反射平面S’的入射光线之间的夹角与θ相等的关系，得到反射平面S’的入射光线所在的方向；
计算反射平面S’的入射光线与反射光线的角平分线所在的方向，得到反射平面S’的法向量方向，从而得到反射平面S’的倾斜角度；
其中，直线O1O2为非球面反射镜的中心点O1与平面反射镜中心点O2之间的连线。
进一步优选地，非球面反射镜的反射面上镀有高反射膜。
进一步优选地，非球面反射镜上设置有水冷通道。
进一步优选地，平面反射镜上设置有水冷通道。
进一步优选地，上述全反射式的光内送材激光加工头还包括：沿着光路方向设置在平面反射镜之后、工作面之前的保护镜。
进一步优选地，保护镜为中空的环形保护镜，由多个能够独立插拔的扇形保护镜拼接而成。
或者，保护镜为中空的双层保护镜结构，包括远离工作面的里层保护镜和靠近工作面的外层保护镜；其中，里层保护镜为中空的环形保护镜；外层保护镜为中空的环形保护镜，由多个能够独立插拔的扇形保护镜拼接而成。
进一步优选地，N＝4。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
1、本发明提供了一种全反射式的光内送材激光加工头，包括沿激光光路方向依次放置的非球面反射镜和平面反射镜；非球面反射镜包括多个反射区域，且各反射区域的面型均不相同，以对入射激光进行分光；平面反射镜包括多个反射平面，且各反射平面的倾斜角度均不相同，且各反射平面的反射光线与送材装置轴线之间的夹角均相同，从而将各反射平面的反射光线聚焦到工作面上，实现对送材装置同轴送入的丝/粉材料进行加工；相比于现有的光内送材激光加工头，本发明显著降低了光学组件数量，光路稳定性较好，实现了一种光路稳定性较好的轻量化同轴送丝/粉的激光加工头。
2、进一步地，本发明所提供的全反射式的光内送材激光加工头，非球面反射镜的反射区域的面型可以为旋转椭球面，也可以自由曲面，可以根据所需的光斑类型进行适应性的选择，应用场景较广。
3、进一步地，本发明所提供的全反射式的光内送材激光加工头，非球面反射镜的反射面上镀有高反射膜，能够进一步提高反射率，降低光损耗。
4、进一步地，本发明所提供的全反射式的光内送材激光加工头，由于采用全反射式结构，能够在非球面反射镜和/或平面反射镜上方便地设置水冷通道，以为非球面反射镜的反射面降温，从而提高了激光加工头的抗热效率。
5、进一步地，本发明所提供的全反射式的光内送材激光加工头，还包括：沿着光路方向设置在平面反射镜之后、工作面之前的保护镜，以防止粉尘杂散对激光加工头的污染。
6、进一步地，本发明所提供的全反射式的光内送材激光加工头，所使用的保护镜为中空的环形保护镜，由多个能够独立插拔的扇形保护镜拼接而成，方便灵活拆卸，避免了更换保护镜拆卸的困难。
7、进一步地，本发明所提供的全反射式的光内送材激光加工头，所使用的保护镜为为中空的双层保护镜结构，外层保护镜为中空的环形保护镜，由多个能够独立插拔的扇形保护镜拼接而成，方便灵活拆；里层为中空的环形保护镜，用于保护光路，在更换保护镜不会污染光路。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种全反射式的光内送材激光加工头的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的非球面反射镜面型设计流程图；
图3为本发明实施例1提供的平面反射镜各反射平面的倾斜角度示意图；
图4为本发明实施例1提供的非球面反射镜中反射区域的椭球面面型设计方法示意图；
图5为本发明实施例1提供的非球面反射镜椭球面面型各处的光斑示意图；
图6为本发明实施例1提供的保护镜的结构示意图；
图7为本发明实施例2提供的平顶光斑各处的光斑示意图；
图8为本发明实施例2提供的环凹光斑各处的光斑示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为了实现上述目的，本发明提供了一种全反射式的光内送材激光加工头，包括：沿激光光路方向依次放置的非球面反射镜和平面反射镜；
非球面反射镜的反射面包括N个反射区域；平面反射镜的反射面包括与N个反射区域一一对应的N个反射平面，且平面反射镜中空，用于放置送材装置；
非球面反射镜的各反射区域的面型均不相同，用于对入射激光进行分光，得到N束激光，并分别入射至对应的反射平面上；具体地，将激光束进行N等分，每个光斑可以呈现类似环形或者扇形的光斑分布。光斑的径向能量分布可自由设计，可设计为相等，也可设计为外高内低的方式，具体根据需要进行设计；
平面反射镜的各反射平面的倾斜角度均不相同，用于使各反射平面的反射光线与送材装置轴线之间的夹角均相同，从而将各反射平面的反射光线聚焦到工作面上，以对送材装置同轴送入的材料进行加工；
其中，N≥2；送材装置包括：送丝装置或送粉装置，例如导丝或导粉的空心管，保证送粉(送丝)结构与激光束为同轴。
本发明用相比于现有的光内送材激光加工头，本发明显著降低了光学组件数量，光路稳定性较好，实现了一种光路稳定性较好的轻量化同轴送丝/粉的激光加工头；且本发明采用全反射式结构，也能够更加方便地设置水冷通道，进而有效提高激光加工头的抗热效率。
为了实现精确地控制，根据点到点能量关系，可以设计非球面反射镜中每个反射区域(非球面)的面型，每个反射区域的面型可以为旋转椭球面，也可以为自由曲面。
在一种可选实施方式下，非球面反射镜的各反射区域的面型均为旋转椭球面；
对于非球面反射镜的任意反射区域S，其面型满足：将以C点和D点分别作为焦点的椭圆绕轴线CD进行旋转后所得的旋转椭球面；
其中，C点为入射激光的激光光源所在的位置点；D点为工作面上的激光聚焦点关于平面反射镜的反射平面S’的空间对称点；反射平面S’为与反射区域S相对应的反射平面。
在一种可选实施方式下，非球面反射镜的各反射区域的面型均为自由曲面；对于任一反射区域S，其面型通过以下方式确定：
S1、对反射区域S的面型进行初始化；
S2、将入射激光在反射区域S上的光源横截面进行等能量网格划分，从而在反射区域S上形成对应的网格点；
S3、基于反射区域S中任意相邻的两个网格点之间的连线向量与这两个网格点处法向量的平均值相垂直的关系，建立一组线性方程组，进而求得反射区域S中各网格点的三维位置数据，以对反射区域S的面型进行更新；其中，反射区域S中任一网格点处法向量为该网格点处入射光线和反射光线的角平分线方向；反射区域S上的网格点与目标网格点存在一一对应的映射关系，反射区域S上网格点处的入射光线经过反射区域S上的该网格点反射到对应的目标网格点；目标网格点的获取方式为：将工作面上的光斑按照预设需求进行网格划分，并将工作面上的网格点关于平面反射镜进行空间对称，得到对应的目标网格点；
S4、重复步骤S2-S3进行迭代，直至迭代次数达到预设迭代次数或者计算结果收敛，此时的反射区域S的面型即为所求反射区域S的面型。
在一种可选实施方式下，平面反射镜的任意反射平面S’的倾斜角度通过以下方式确定：
基于预设的反射平面S’的反射光线与送材装置轴线之间的夹角θ，得到反射平面S’的反射光线所在的方向；
基于直线O1O2与反射平面S’的入射光线之间的夹角与θ相等的关系，得到反射平面S’的入射光线所在的方向；
计算反射平面S’的入射光线与反射光线的角平分线所在的方向，得到反射平面S’的法向量方向，从而得到反射平面S’的倾斜角度；
其中，直线O1O2为非球面反射镜的中心点O1与平面反射镜中心点O2之间的连线。
在一种可选实施方式下，非球面反射镜的反射面上镀有高反射膜，以提高反射率，降低光损耗。
在一种可选实施方式下，非球面反射镜上设置有水冷通道，用于为非球面反射镜的反射面降温，以提高激光加工头的抗热效率。
在一种可选实施方式下，平面反射镜上设置有水冷通道，用于为平面反射镜的反射面降温，以提高激光加工头的抗热效率。
在一种可选实施方式下，上述全反射式的光内送材激光加工头还包括：沿着光路方向设置在平面反射镜之后、工作面之前的保护镜，以防止粉尘杂散对激光加工头的污染。
在一种可选实施方式下，保护镜为中空的环形保护镜，由多个能够独立插拔的扇形保护镜拼接而成，方便灵活拆卸，避免了更换保护镜拆卸的困难。在另一种可选实施方式下，保护镜还可以采用双层保护镜结构，外层保护镜为中空的环形保护镜，采用抽屉式的分体结构，由多个能够独立插拔的扇形保护镜拼接而成，方便灵活拆；里层为中空的环形保护镜，用于保护光路，在更换保护镜不会污染光路。
需要说明的是，N为大于或等于2的整数，可以取值为3、4、5、6、7、8等，这里不做限定；优选地，N＝4。
综上，本发明能有效优化光路设计，显著降低光学组件数量，显著降低激光加工头的组装难度，光斑径向能量分布可设计，极大增强激光加工头的灵活性，适用于高功率激光加工熔覆及焊接工艺，能广泛应用于激光增材制造等激光加工领域。
为了进一步说明本发明所提供的全反射式的光内送材激光加工头，下面结合具体实施例进行详述：
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种多分光的光内同轴送粉(送丝)的全反射式的光内送材激光加工头，现以四分光(N＝4)为例，详细描述其原理过程。本实施例中的全反射式的光内送材激光加工头包括光纤接头1，非球面反射镜2，平面反射镜3、工作面4、传输面5和送丝(送粉)管6；其中，非球面反射镜2的反射镜面镀有高反射膜，镜体采用圆柱体结构，并设有水冷通道，以给其反射镜面降温；平面反射镜3上同样设置有水冷通道，以给其反射镜面降温；平面反射镜3的中心设有圆形中空，以放置送丝(送粉)管6，并保证送丝(送粉)管6与激光束为同轴；
光纤接头1输出激光束，经过非球面反射镜2对光束反射后进行四分光，非球面反射镜2的四个非球面反射区域面型均不同；如图2所示为非球面反射镜面型设计方法流程图，具体流程包括：确定平面反射镜各块反射平面位置与倾斜角度，将工作面处的光斑通过各块反射平面映射到空间中的N个位置，非球面反射镜将入射激光束分成N份，并分别照射到空间中相应的N个位置。
其中，平面反射镜的任意反射平面S’的倾斜角度通过以下方式确定：
基于预设的反射平面S’的反射光线与送材装置轴线之间的夹角θ，得到反射平面S’的反射光线所在的方向；其中，θ优选为arctan(d/L)，d为反射平面S’的中心点到平面反射镜中心的距离，L为平面反射镜中心到工作面的距离；优选地，θ的取值范围0.05～0.2rad；
基于直线O1O2与反射平面S’的入射光线之间的夹角与θ相等的关系，得到反射平面S’的入射光线所在的方向；
计算反射平面S’的入射光线与反射光线的角平分线所在的方向，得到反射平面S’的法向量方向，从而得到反射平面S’的倾斜角度；
其中，直线O1O2为非球面反射镜的中心点O1与平面反射镜中心点O2之间的连线。
如图3所示为平面反射镜各反射平面的倾斜角度确定方法示意图，O1、O2、O3分别为非球面反射镜的中心点、平面反射镜中心点、工作面上的激光聚焦点，为保证激光均匀入射到工作面，取距离O2相等的四个点，A点为其中一点，入射光线O1A’经过平面反射镜后出射光线为A’O3，出射光线A’O3经过A点，且有直线O1A’与的O1O2夹角和A’O3与O2O3的夹角相等，此时取O1A’和O3A’的角平分线A’E，即直线A’E为平面反射镜该反射平面的法线，从而可精确控制平面反射镜该反射平面的倾斜角度。平面反射镜的各反射平面可以通过一体化加工确保精度，降低系统的对准难度并提高使用过程中的稳定性。
在本实施例中，非球面反射镜的各反射区域的面型均为旋转椭球面；
具体地，本实施例中的非球面反射镜能够将点光源整形成四个点光斑，然后通过平面反射镜将在工作面4上将聚焦到一个点。旋转椭球面面型设计方法如图4所示，对于非球面反射镜的任意反射区域S，其面型满足：将以C点和D点分别作为焦点的椭圆绕轴线CD进行旋转后所得的旋转椭球面；
其中，C点为入射激光的激光光源所在的位置点；D点为工作面上的激光聚焦点关于平面反射镜的反射平面S’的空间对称点；反射平面S’为与反射区域S相对应的反射平面。
如图5所示为当非球面反射镜为椭球面面型时各处的光斑示意图，入射激光束经过非球面反射镜后先分光，形成四个离散的光斑，然后经过平面反射镜后光束合并到工作面上的一个点。
如图6所示为保护镜8的结构示意图，在每个工作镜面处均设有保护镜，以及水冷装置，保护镜为中空的环形保护镜，由N个扇形可以独立插拔的保护镜组合而成，保护镜采用抽屉式的分体结构，方便灵活拆卸，避免了更换保护镜拆卸的困难。除此之外，保护镜还可以采用双保护镜结构，外层保护镜采用抽屉式的分体结构，方便灵活拆，里层环形保护镜保护光路，在更换保护镜不会污染光路。
实施例2
本实施例与实施例1中的全反射式的光内送材激光加工头结构相同，不同之处仅在于非球面反射镜的各反射区域的面型均为自由曲面。
自由曲面的构造方法主要分为两步，第一步为建立对光源与目标面的能量映射关系，第二步是基于映射关系构造反射镜自由曲面。
建立映射方法可以采用M-A方法、支撑二次曲面法、变量可分离的映射方法等。
基于映射关系构造反射镜自由曲面的方法可以采用逐点迭代构造自由曲面法、正交双向迭代构造自由曲面法、利用种子曲线扩展构造自由曲面法、基于法向量的最小二乘法构造自由曲面法等。
优选地，在本实施例中，非球面反射镜面型为自由曲面的设计方法流程具体包括：对于任一反射区域S：
S1、对反射区域S的面型进行初始化；
本实施例中，将反射区域S的面型初始化为倾斜度为45°的平面；
S2、将入射激光在反射区域S上的光源横截面进行等能量网格划分，从而在反射区域S上形成对应的网格点；
S3、基于反射区域S中任意相邻的两个网格点之间的连线向量与这两个网格点处法向量的平均值相垂直的关系，建立一组线性方程组，进而求得反射区域S中各网格点的三维位置数据，以对反射区域S的面型进行更新；其中，反射区域S中任一网格点处法向量为该网格点处入射光线和反射光线的角平分线方向；反射区域S上的一个网格点与目标网格点存在一一对应的映射关系，反射区域S上网格点处的入射光线经过反射区域S上的该网格点反射到对应的目标网格点；目标网格点的获取方式为：将工作面上的光斑按照预设需求进行网格划分，并将工作面上的网格点关于平面反射镜进行空间对称，得到对应的目标网格点；
S4、重复步骤S2-S3进行迭代，直至迭代次数达到预设迭代次数(本实施例中取值为2)或者计算结果收敛，此时的反射区域S的面型即为所求反射区域S的面型。
光源面划分的每个区域的能量分布相同。将工作面上的光斑按照预设需求进行网格划分：平顶光斑能量沿径向分布为均匀的，若需实现平顶光斑，可将工作面等面积均匀划分，环凹光斑沿径向能量分布为中间低，两边高，若需实现环凹光斑，可将目标面内部面积划分更疏，外部面积划分更密。
本实施例中基于光线映射原理对非球面反射镜的四个反射区域进行面型设计，每个反射区域均为自由曲面，可以实现径向能量分布设计，可以设计为平顶光斑和环凹光斑，获得更加均匀的温度场分布。这将减少飞溅，获得更好的加工效果。
如图7所示为实现平顶光斑的各处的光斑分布示意图，本实施例中，圆形光斑经非球面反射镜后进行四分光，分为四部分能量分布相等的光斑，然后经过组合平面反射镜最后聚焦到工作面进行加工。
如图8所示为实现环凹光斑的各处的光斑分布示意图，其中圆形光斑经过组合非球面反射镜后进行四分光，分为四部分能量分布为凹形的光斑，然后经过组合平面反射镜最后聚焦到工作面进行加工。
本发明在保证分光质量的同时，能够简化光学系统设计，显著降低光学组件数量，同时增强激光加工头的灵活性，本发明提出的光学机构方法优点在于：
(1)本发明使用的非球面反射镜优先采用高精密车床加工而成，采用反射式镜面，可用于更高功率激光的加工应用，大大拓展了应用领域；
(2)光斑径向能量分布可设计，可设计为平顶光斑和环凹光斑，获得更加均匀的温度场分布，减少飞溅，获得更好的加工效果；
(3)可以确保送丝或送粉管不需要弯曲角度，同轴方式将丝(或粉)送入光斑的中心，提高了成形精度。
(4)激光传输过程不会照射到送丝或送粉管，确保光斑的完整性，也不存在由于送丝或送粉管的遮挡，而造成光路的损耗。
(5)非球面反射镜和平面反射镜可以采用一体化结构，通过加工确保精度，降低了系统的对准难度并提高了使用过程中的稳定性。
(6)双保护镜结构，外层保护镜采用抽屉式的分体结构，方便灵活拆，里层环形保护镜保护光路，在更换保护镜不会污染光路。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全反射式的光内送材激光加工头，其特征在于，包括：沿激光光路方向依次放置的非球面反射镜和平面反射镜；
所述非球面反射镜的反射面包括N个反射区域；所述平面反射镜的反射面包括与N个反射区域一一对应的N个反射平面，且所述平面反射镜中空，用于放置送材装置；
所述非球面反射镜的各反射区域的面型均不相同，用于对点光源发出的入射激光进行分光，得到N束激光，并分别入射至对应的反射平面上；
所述平面反射镜的各反射平面的倾斜角度均不相同，且各反射平面的反射光线与所述送材装置的轴线之间的夹角均相同，用于将各反射平面的反射光线均匀地聚焦到工作面上，以对所述送材装置同轴送入的材料进行加工；
其中，N≥2；所述送材装置包括：送丝装置或送粉装置。
2.根据权利要求1所述的光内送材激光加工头，其特征在于，所述非球面反射镜的各反射区域的面型均为旋转椭球面；
对于所述非球面反射镜的任意反射区域S，其面型满足：将以C点和D点分别作为焦点的椭圆绕轴线CD进行旋转后所得的旋转椭球面；
其中，所述C点为入射激光的激光光源所在的位置点；所述D点为所述工作面上的激光聚焦点关于平面反射镜的反射平面S’的空间对称点；所述反射平面S’为与所述反射区域S相对应的反射平面。
3.根据权利要求1所述的光内送材激光加工头，其特征在于，所述非球面反射镜的各反射区域的面型均为自由曲面；对于任一反射区域S，其面型通过以下方式确定：
S1、对反射区域S的面型进行初始化；
S2、将入射激光在反射区域S上的光源横截面进行等能量网格划分，从而在反射区域S上形成对应的网格点；
S3、基于反射区域S中任意相邻的两个网格点之间的连线向量与这两个网格点处法向量的平均值相垂直的关系，建立一组线性方程组，进而求得反射区域S中各网格点的三维位置数据，以对反射区域S的面型进行更新；其中，反射区域S中任一网格点处法向量为该网格点处入射光线和反射光线的角平分线方向；反射区域S上的网格点与目标网格点存在一一对应的映射关系，反射区域S上网格点处的入射光线经过反射区域S上的该网格点反射到对应的目标网格点；目标网格点的获取方式为：将所述工作面上的光斑按照预设需求进行网格划分，并将所述工作面上的网格点关于平面反射镜进行空间对称，得到对应的目标网格点；
S4、重复步骤S2-S3进行迭代，直至迭代次数达到预设迭代次数或者计算结果收敛，此时的反射区域S的面型即为所求反射区域S的面型。
4.根据权利要求1所述的光内送材激光加工头，其特征在于，所述平面反射镜的任意反射平面S’的倾斜角度通过以下方式确定：
基于预设的所述反射平面S’的反射光线与送材装置轴线之间的夹角θ，得到所述反射平面S’的反射光线所在的方向；
基于直线O1O2与所述反射平面S’的入射光线之间的夹角与θ相等的关系，得到所述反射平面S’的入射光线所在的方向；
计算所述反射平面S’的入射光线与反射光线的角平分线所在的方向，得到所述反射平面S’的法向量方向，从而得到所述反射平面S’的倾斜角度；
其中，所述直线O1O2为所述非球面反射镜的中心点O1与所述平面反射镜中心点O2之间的连线。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的光内送材激光加工头，其特征在于，所述非球面反射镜的反射面上镀有高反射膜。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的光内送材激光加工头，其特征在于，所述非球面反射镜上设置有水冷通道。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的光内送材激光加工头，其特征在于，所述平面反射镜上设置有水冷通道。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的光内送材激光加工头，其特征在于，还包括：沿着光路方向设置在所述平面反射镜之后、所述工作面之前的保护镜。
9.根据权利要求8所述的光内送材激光加工头，其特征在于，所述保护镜为中空的环形保护镜，由多个能够独立插拔的扇形保护镜拼接而成；
或者，所述保护镜为中空的双层保护镜结构，包括远离所述工作面的里层保护镜和靠近所述工作面的外层保护镜；
所述里层保护镜为中空的环形保护镜；所述外层保护镜为中空的环形保护镜，由多个能够独立插拔的扇形保护镜拼接而成。
10.根据权利要求1-4任意一项所述的光内送材激光加工头，其特征在于，N＝4。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311782893.5A CN117697123A (zh) | 2023-12-22 | 2023-12-22 | 一种全反射式的光内送材激光加工头 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311782893.5A CN117697123A (zh) | 2023-12-22 | 2023-12-22 | 一种全反射式的光内送材激光加工头 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117697123A true CN117697123A (zh) | 2024-03-15 |
Family
ID=90147806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311782893.5A Pending CN117697123A (zh) | 2023-12-22 | 2023-12-22 | 一种全反射式的光内送材激光加工头 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117697123A (zh) |
-
2023
- 2023-12-22 CN CN202311782893.5A patent/CN117697123A/zh active Pending
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