CN201576131U - 一种激光器的扩束装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种二氧化碳激光器内置扩束装置，包括：主体、光路依序通过的第一、第二、第三、第四、第五反射镜片，所述第一反射镜片和所述第三反射镜片设置在所述主体的一侧，所述第二反射镜片、第四反射镜片和第五反射镜片设置在所述主体的另一侧，所述第二反射镜片为凸面反射镜片，所述第三反射镜片为凹面反射镜片，所述第四反射镜片为零偏振镜片，所述第五反射镜片为圆偏振镜片。本实用新型结构简单，安装调试方便，零部件加工精度要求下降，使成本更低，保证了激光器光束质量的稳定性。
Description
【技术领域】
本实用新型技术方案涉及一种激光器扩束装置，具体涉及实现大幅面切割的激光器内置扩束装置。
【背景技术】
随着大功率气体激光器在切割、焊接、熔覆等行业领域有着广泛的用途，尤其在切割领域，更是占据了85％以上的应用市场。作为对大功率气体激光器切割品质的要求，逐渐被摆在人们的视野内。人们不再满足于只是将钢板等材料切割下来就可以的现状，而是根据具体的实际加工要求，对切割平台内的大幅面连续切割能力和大幅面连续切割时切割断面前后端的品质一致性，及免补充加工(如打磨多余毛刺)等技术品质要求，逐一被提到衡量大功率气体激光器的品质能力范畴来。
现有的二氧化碳(CO2)大功率气体激光器光束，在机床工作幅面内进行传播，随着光程的延伸，光束直径逐渐变大，瑞利长度仅为3.8米，光斑直径间的最大差距为18毫米。由于光束直径变化过大，致使在机床不同位置上面的聚焦焦点差异巨大。严重影响了加工效果的一致性。使得没有办法完成大幅面的连续切割或者高精度的板材加工。已经严重制约了CO2大功率气体激光器的加工能力和实际应用范围。
由于CO2激光器光束直径的变化，引起在机床上的聚焦焦点变化，造成加工精度和加工一致的无法保证，同时也严重影响整体激光切割设备加工效率。
【实用新型内容】
为了保证切割平台内的大幅面连续切割能力和大幅面连续切割时切割断面前后端的品质一致性，以免补充加工(如打磨多余毛刺)等技术品质要求，保证加工精度和加工一致性的问题，本实用新型提供一种激光器的扩束装置，包括：主体、光路依序通过的第一、第二、第三、第四、第五反射镜片，所述第一反射镜片和所述第三反射镜片设置在所述主体的一侧，所述第二反射镜片、第四反射镜片和第五反射镜片设置在所述主体的另一侧，所述第二反射镜片为凸面反射镜片，所述第三反射镜片为凹面反射镜片，所述第四、第五反射镜片均为偏振镜片。
本实用新型的优选技术方案为：所述第四反射镜片为零偏振镜片。
本实用新型的优选技术方案为：所述第五反射镜片为圆偏振镜片。
本实用新型的优选技术方案为：所述第二反射镜片和所述第三反射镜片的入射角为大于0度且小于4度。
本实用新型的优选技术方案为：所述第二反射镜片和所述第三反射镜片的入射角为大于1.5度且小于3度。
本实用新型的优选技术方案为：所述第二反射镜片的曲率半径为1.5米至2.5米。
本实用新型的优选技术方案为：所述第二反射镜片的曲率半径为1.8米至2.2米。
本实用新型的优选技术方案为：所述第三反射镜片的曲率半径为2.8米至4.5米。
本实用新型的优选技术方案为：所述第三反射镜片的曲率半径为2.8米至3.2米。
本实用新型的优选技术方案为：所述第一反射镜片、第二反射镜片、第三反射镜片、第四反射镜和第五反射镜片有光线射过来的一面设置有低吸收率零相位偏移膜层。
本实用新型的优选技术方案为：还包括设置在所述主体上的多个镜腔，所述五个镜片设置在各自的镜腔内。
本实用新型的优选技术方案为：所述镜腔设有调节镜片的调节螺杆。
本实用新型特别为CO2大功率气体激光器设计定制了一款符合其光束特点的光束整形装置。装置通过凸面的反射镜和凹面的反射镜，结合零相位偏移的高反镀膜，将容易发散的CO2激光器光束进行整形，以此来保持光束直径的一致。以CST-3000激光器为例，通过整形后，瑞利长度达到为6米，光斑直径间的最大差距仅为3毫米以内。
本实用新型提供的一种激光器的扩束装置通过光路箱式主体将相应的镜片镜腔合理配置空间技术参数，组成光束整形的扩束装置。相对固定的镜腔安装位置，确保装配调试过程中镜片安装位置的重复性和可靠性，使得该装置在外场维护和安装时具有很高的可操作性和很高的调试效率。
该CO2激光器外置扩束整形装置的特征是外观结构紧凑，布局稳定可靠合理。对光路传输的过程进行密封保护安全可靠，相对固定的安装位置确保了光束传输过程中角度折射的重复性和可靠性。对光路传输密封保护，确保该装置使用的安全性及光束传输品质的可靠性。灵活的安装调节方式，可以极大的提高安装调试的效率。
本实用新型结构简单，安装调试方便，零部件加工精度要求下降，使成本更低，保证了激光器光束质量的稳定性。
【附图说明】
图1为本实用新型一种激光器的扩束装置的立体结构示意图。
图2为本实用新型一种激光器的扩束装置的另一角度立体结构示意图。
图3为本实用新型一种激光器的扩束装置的光路走向示意图。
图中各部件名称如下：第一反射镜片1、第二反射镜片2、第三反射镜片3、第四反射镜片4、第五反射镜片5、主体6、调节螺杆7、第一镜腔10、第二镜腔20、第三镜腔30、第四镜腔40、第五镜腔50。
【具体实施方式】
以下结合附图和实施例对本实用新型技术方案进行展开说明：
如图1和图2所示为本实用新型的一种激光器的扩束装置的结构示意图，本激光器扩束装置尤其涉及一种二氧化碳激光器内置扩束装置，包括：光路箱式主体6；固定在该光路箱式主体6上的五个镜腔，分别为第一、第二、第三、第四、第五镜腔10、20、30、40、50；分别固定在所述五个镜腔10、20、30、40、50内的五个镜片，分别为第一反射镜片1、第二反射镜片2、第三反射镜片3、第四反射镜片4、第五反射镜片5；及调节镜片在所固定的镜腔内位置的多个调节螺杆7。其中，所述第一反射镜片1、第二反射镜片2、第三反射镜片3、第二反射镜4和第五反射镜5有光线射过来的一面设置有超低吸收率零相位偏移膜层。
所述第二反射镜片2为凸面反射镜，其曲率半径为1.5米至2.5米，其曲率半径优选为1.8米至2.2米。
所述第三反射镜片3为凹面反射镜，其曲率半径为2.8米至4.5米，其率半径优选为2.8米至3.2米。
所述第四、第五反射镜片4、5均为偏振镜片，其中，所述第四反射镜片(4)为零偏振镜片；所述第五反射镜片(5)为圆偏振镜片。
所述第一、第三反射镜片1、3安装固定在光路箱式主体6的一侧，所述第二、第四、第五反射镜片2、4、5安装固定在光路箱式主体5的另一侧。
所述第一反射镜片1、第二反射镜片2、第三反射镜片3、第四反射镜片4和第五反射镜片5的位置关系满足如下光路：光束从入光口(图未示)进入本扩束装置后，首先进入第一反射镜片1，通过第一反射镜片1的反射光线射到第二反射镜片2上。
由于第二反射镜片2是凸面反射镜，该凸面反射镜将原始光斑扩大，并将光束反射光线射到第三反射镜片3上，由于第三反射镜片3是凹面反射镜，该凹面反射镜将由第二反射镜片2扩大的光斑收缩，并且在一定距离内形成较小的光束，光束整形后由第三反射镜片3的反射光线射到第四反射镜片4上，第四反射镜片4的反射光线射到第五反射镜片5上，调整光束最终传播方向，从本扩束装置中进入待工作的场合。
通过所述第二反射镜片2和第三反射镜片3的入射光和反射光夹角大于0度且小于8度，即：所述第二反射镜片2和所述第三反射镜片3的入射角为大于0度且小于4度；通过所述第二反射镜片2和第三反射镜片3的入射光和反射光在同一平面内的夹角优选大于3度且小于6度。即所述第二反射镜2和第三凹面反射镜3的入射角优选为大于1.5度且小于3度。
使用中，本大功率气体激光器光束整形装置，由安装支架和镜片组成。
本实用新型所欲解决的技术问题是提供一种CO2激光器专用内置光束整形装置，包括整形装置光路箱式主体、反射镜座、反射镜片、整形镜片等。
光束从入光口进入扩束装置，先进入第一反射镜片1，通过第一反射镜片1反射到第二反射镜片2上。第二反射镜片2是凸面反射镜，可以将原始光斑扩大，反射到第三反射镜片3上。第三反射镜片3是凹面反射镜，可以将被扩大的光斑收缩，并且在一定距离内形成变化较小的光束。光束整形后反射到零偏振镜即第四反射镜片4上，再从零偏振镜对光束偏振进行调整反射到圆偏振镜，即第五反射镜片5上，最后再从圆偏振镜将光束偏振调整到实际使用状态及最终传播方向，从整形装置中输出。所有的镜片都由相应的镜腔固定，这些镜腔全部固定在光路箱式主体7上，一方面可以确保光束传播过程的密封性、安全性和可靠性；一方面可以通过机械结构减少镜片调节时的误差，使得该装置在安装装配时简单、灵活、高效，给现场安装调试提供了有效的便利。
在设计中，凸面的反射镜曲率半径1.5米至2.5米和凹面的反射镜曲率半径2.8米至4.5米。以CST-3000激光器为例，我们选用的镜片为2MCX(2米凸透镜)配合3MCC(3米凹透镜)的镜片组合达到上述的实验效果。同时，在实施的过程中，镜片的镀膜也有相应的要求，需要进行超低吸收率零相位偏移的膜层。
在镜片安装的过程中，要通过安装箱体保证，通过凸面镜片和凹面镜片的入射光和反射光的夹角小于8度且大于0度。在调试的过程中，需要保证激光束正好通过镜片的中心。
本实用新型使用结构简单，安装调试方便，零部件加工精度要求下降，使成本更低，保证了激光器光束质量的稳定性。
以CST-3000激光器为例，通过整形后的，瑞利长度达到为6M，光斑直径间的最大差距仅为3mm以内。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种激光器的扩束装置，其特征在于，包括：主体(6)、光路依序通过的第一、第二、第三、第四、第五反射镜片(1)、(2)、(3)、(4)、(5)，所述第一反射镜片(1)和所述第三反射镜片(3)设置在所述主体(6)的一侧，所述第二反射镜片(2)、第四反射镜片(4)和第五反射镜片(5)设置在所述主体(6)的另一侧，所述第二反射镜片(2)为凸面反射镜片，所述第三反射镜片(3)为凹面反射镜片，所述第四、第五反射镜片均为偏振镜片。
2.如权利要求1所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第四反射镜片(4)为零偏振镜片。
3.如权利要求1所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第五反射镜片(5)为圆偏振镜片。
4.如权利要求1所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第二反射镜片(2)和所述第三反射镜片(3)的入射角为大于0度且小于4度。
5.如权利要求4所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第二反射镜片(2)和所述第三反射镜片(3)的入射角为大于1.5度且小于3度。
6.如权利要求1所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第二反射镜片(2)的曲率半径为1.5米至2.5米。
7.如权利要求1所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述第三反射镜片(3)的曲率半径为2.8米至4.5米。
8.如权利要求1至7任意一项所述的一种激光器扩束装置，其特征在于：所述第一反射镜片(1)、第二反射镜片(2)、第三反射镜片(3)、第四反射镜(4)和第五反射镜片(5)有光线射过来的一面设置有低吸收率零相位偏移膜层。
9.如权利要求8所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：还包括设置在所述主体(6)上的多个镜腔，所述五个镜片设置在各自的镜腔内。
10.如权利要求9所述的一种激光器的扩束装置，其特征在于：所述镜腔设有调节镜片的调节螺杆(7)。
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