CN203918227U - 光学影像模组及具有其的激光切割设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光学影像模组及具有其的激光切割设备，光学影像模组包括：多焦点透镜；聚焦透镜；第一CCD影像模块；第二CCD影像模块；第一照明光源；第二照明光源；同轴测高仪；在第一照明光源的输出端依次设置全反射镜及多个半反半透镜，第一半反半透镜在激光光束传播方向上位于第一CCD影像模块与第二半反半透镜之间，第三半反半透镜在激光光束传播方向上位于多焦点透镜与聚焦透镜之间；在第二照明光源的输出端设置第四半反半透镜，第四半反半透镜在激光光束传播方向上位于所述第二CCD影像模块与所述加工工件之间。本实用新型在较小的空间内整合了全套设备的光学器件，结构精巧，合理利用空间，功能强大，满足了激光加工中的各项光学要求。

Description

光学影像模组及具有其的激光切割设备

技术领域

本实用新型涉及激光技术与器件领域，尤其涉及一种光学影像模组及具有其的激光切割设备。

背景技术

目前，应用于硬性玻璃激光切割设备的光学影像模组，由于要满足加工中的多项光学要求，其包括很多光学器件，然而，现有的光学影像模组大多没有经过合理的设计，只是简单的堆叠在一起，导致整个光学影像模组占用了较大的空间，结构复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光学影像模组，其结构精巧，功能强大。

本实用新型的目的还在于提供一种激光切割设备。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种光学影像模组，其包括：

多焦点透镜，用于在激光光束传播方向上形成多个具有间距的焦点；

聚焦透镜，用于在所述激光光束传播方向上形成焦点；

第一CCD影像模块；

第二CCD影像模块；

第一照明光源，用于给所述第一CCD影像模块的观察范围提供照明；

第二照明光源，用于给所述第二CCD影像模块的观察范围提供照明；

同轴测高仪，用于测量加工工件表面与所述聚焦透镜之间的高度；

其中，所述聚焦透镜在激光光束传播方向设置在所述多焦点透镜和所述加工工件之间，在所述第一照明光源的输出端依次设置全反射镜、第一半反半透镜、第二半反半透镜及第三半反半透镜，所述第一半反半透镜在所述激光光束传播方向上位于所述第一CCD影像模块与所述第二半反半透镜之间，所述第三半反半透镜在所述激光光束传播方向上位于所述多焦点透镜与所述聚焦透镜之间；在所述第二照明光源的输出端设置第四半反半透镜，所述第四半反半透镜在所述激光光束传播方向上位于所述第二CCD影像模块与所述加工工件之间。

作为本实用新型的进一步改进，还包括旁轴测高仪，用来辅助所述同轴测高仪测量加工工件表面与所述聚焦透镜之间的高度。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一半反半透镜、所述第二半反半透镜、所述第三半反半透镜及所述第四半反半透镜与水平面呈45度设置，对所述第一照明光源和所述第二照明光源发出的光具有1：1的透过与反射比例。

作为本实用新型的进一步改进，所述多焦点透镜和所述聚焦透镜安装在Z轴滑轨上。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一照明光源与第二照明光源为点光源。

为实现上述另一目的，本实用新型提供一种激光切割设备，包括如上所述的光学影像模组。

本实用新型的有益效果是：本实用新型在较小的空间内整合了全套设备的光学器件，结构精巧，合理利用空间，功能强大，满足了激光加工中的各项光学要求。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中的激光切割设备的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

参图1所示的本实用新型一具体实施方式，所述激光切割设备包括：激光发射模块10、光学影像模组100及工作台（未图示），工作台上用于固定加工工件30。

其中，光学影像模组100包括：多焦点透镜110、聚焦透镜120、第一CCD影像模块130、第二CCD影像模块140、用于给所述第一CCD影像模块的观察范围提供照明的第一照明光源131、用于给所述第二CCD影像模块的观察范围提供照明的第二照明光源141、同轴测高仪150、旁轴测高仪160、全反射镜132及多个半反半透镜。具体地，在所述第一照明光源131的输出端依次设置全反射镜132、第一半反半透镜133、第二半反半透镜134及第三半反半透镜135，所述第一半反半透镜133在所述激光光束传播方向上位于所述第一CCD影像模块130与所述第二半反半透镜134之间，所述第三半反半透镜135在所述激光光束传播方向上位于所述多焦点透镜110与所述聚焦透镜120之间；在所述第二照明光源141的输出端设置第四半反半透镜142，所述第四半反半透镜142在所述激光光束传播方向上位于所述第二CCD影像模块140与所述加工工件30之间。第一半反半透镜133、第二半反半透镜134、第三半反半透镜135及第四半反半透镜142与水平面呈45度设置，对第一照明光源131和第二照明光源141发出的光具有1：1的透过与反射比例，而对于激光具有高透过率的特性。

激光发射模块10，产生超短脉冲激光光束，优选地，采用波长为1064nm红外光波段的激光器。激光发射模块10水平放置。

多焦点透镜110，可以是三焦点透镜或五焦点透镜甚至更多焦点的透镜，设置在激光发射模块10和聚焦透镜120之间。多焦点透镜110为圆形镜片，其上表面和下表面都设置为平面，多焦点透镜30的上表面朝向激光光束的入射方向设置，其上表面上有镀膜，镀膜的目的是为了增加激光光束的透过率、防止激光光束在镜面入射时反射掉从而造成能量损失。多焦点透镜110上有若干狭缝（未图示），狭缝呈圆环设置，这些狭缝呈同心设置在多焦点透镜110上，狭缝的线条很细，进入多焦点透镜110的单束光被这些呈同心设置的狭缝形成了多个圆环形光束，不过每个狭缝之间的间距很小，多焦点透镜110与聚焦透镜120配合由于衍射干涉原理形成多个焦点。

聚焦透镜120，优选地，聚焦透镜120采用平凸透镜，其凸起的一表面朝向多焦点透镜110设置。聚焦透镜120用于对激光发射模块10产生的超短脉冲激光光束进行聚焦，形成主焦点。激光发射模块10发出的主激光束通过多焦点透镜110与聚焦透镜120后，将主激光束分成若干不同激光发射角，相同传播方向的激光束，通过衍射干涉的原理将激光束又聚焦形成多个焦点。该多个焦点与聚焦透镜40形成的主焦点在激光光束传播方向形成一条直线，这些焦点之间存在间距。

反射镜20，优选地，采用平面反射镜，与水平面呈45度设置在激光发射模块10与多焦点透镜110之间，激光发射模块10一般要水平放置，因此反射镜20用来改变超短脉冲激光光束的传播方向，将超短脉冲激光光束导入多焦点透镜110中。

值得一提的是，激光切割设备还包括Z轴传送单元（图中未示出），Z轴传送单元包括Z轴滑轨和控制Z轴滑轨运动的电机，光学影像模组100固定在Z轴滑轨上，控制Z轴滑轨运动的电机用于调节多焦点透镜110和聚焦透镜120与加工工件30之间的间距。

工作台，包括：X轴传送单元、Y轴传送单元和基板（图中未示出）；其中，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制所述X轴滑轨运动的电机（图中未示出）；Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机（图中未示出），X轴采用龙门梁式结构，整个光学影像模组100和反射镜20固定在龙门梁上沿X方向运动，Y轴传送单元与X轴传送单元分离设置，当然，在其他实施方式中，Y轴传送单元也可以设置在X轴传送单元上，根据具体的情况技术人员可以选择Y轴传送单元与X轴传送单元不同的机械组装方式。基板设置于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，基板可采用耐高温大理石制作，基板上固定加工工件30。

具体应用时，激光发射模块10发出激光光束射向平面反射镜20，经过平面反射镜20的反射，进入多焦点透镜110，透过第三半反半透镜135进入聚焦透镜120，激光发射模块10发出的主激光束通过多焦点透镜110与聚焦透镜120后，将主激光束分成若干不同激光发射角，相同传播方向的激光束，激光光束经过多焦点透镜110与聚焦透镜120配合，形成多个在激光光束传播方向上具有间距的焦点，该多个焦点在激光光束传播方向成一条直线，通过Z轴电机调整安装于Z轴滑轨上的多焦点透镜110和聚集透镜120使这些焦点都位于加工工件30内部的不同深度，使加工工件30内部产生的贯穿整个工件的切割点。由X轴传送单元、Y轴传送单元在X方向和Y方向移动承载加工工件30的工作台，实现工作台在XY方向移动，在加工工件30的横截面上形成切割槽。X方向和Y方向相互垂直，Z方向垂直于X轴和Y轴所形成的平面，以该切割槽作为分离路径，通过机械力使加工工件30沿分离路径分裂，完成激光切割过程。

更进一步地，本实施例在激光切割设备上运用光学影像模组来引导切割过程，整个光学影像模组结构类似几个管道相互连通，主要起引导光束与图像的作用，其中包括多个半反半透镜和全反射镜，半反半透镜可按需配置，以满足实际使用需求。第一照明光源131为第一CCD影像模块130的观察范围提供照明，优选地，第一照明光源131为点光源，发出的照明光经全反射镜132全反射进入第二半反半透镜134，从该方向进入第二半反半透镜134的光被反射进入第三半反半透镜135，经第三半反半透镜135反射进入聚焦透镜120，经过聚焦透镜120汇聚于加工工件30的上表面，将加工工件30的上表面照亮，并携带表面信息被反射回聚焦透镜120，经第三半反半透镜135的反射回到第二半反半透镜134，又经第二半反半透镜134反射到第一半反半透镜133，此时，该方向入射的照明光透过第一半反半透镜133，到达第一CCD影像模块130，第一CCD影像模块130通过以上照明光的传播过程使操作人员通过第一CCD影像模块130找寻多焦点透镜110与聚焦透镜120配合形成在加工工件30内部的多个焦点。加工工件30必须的相对于激光透明的材料，才能被CCD检测到焦点的位置。第二照明光源141为第二CCD影像模块140的观察范围提供照明，优选地，第二照明光源141为点光源，发出的照明光射向第四半反半透镜142，从该方向进入第四半反半透镜142的照明光被反射照射到加工工件30的上表面，将加工工件30的上表面照亮，并携带表面信息被反射回第四半反半透镜142，这里需要说明的是，第四半反半透镜142虽然与水平面呈45度设置，但是其倾斜的方向与其他半反半透镜相反，第二CCD影像模块140通过上述光的传播过程使操作人员通过第二CCD影像模块140对加工工件30进行大幅面的边缘识别。同轴测高仪150，用于测量加工工件30表面与聚焦透镜120之间的高度，同轴测高仪150发出的光透过第二半反半透镜134射向第三半反半透镜135，经过第三半反半透镜135的反射经聚焦透镜120汇聚到加工工件30的上表面，由此可以在同轴测高仪150上显示出测量加工工件30表面与聚焦透镜120之间的高度，从而在加工过程中对Z轴进行修正以应对不平整的加工表面，控制Z轴滑轨运动的电机根据同轴测高仪150显示的数值调节聚焦透镜120与加工工件30之间的间距。优选地，光学影像模组还包括旁轴测高仪160，用来辅助所述同轴测高仪测量加工工件30表面与聚焦透镜120之间的高度，旁轴测高仪160测量时反映速度快，但是测量精度略低，可以预先测量旁轴测高仪160到加工工件30表面的高度。然后同轴测高仪150再来精确测量加工工件30表面与聚焦透镜120之间的高度，在激光切割过程中，通过同轴测高仪150和旁轴测高仪160的共同作用不断地对Z轴进行修正以应对不平整的加工表面，使得多焦点透镜110和聚集透镜120配合形成的多个焦点始终位于加工工件30内部。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光学影像模组，其特征在于，包括：

多焦点透镜，用于在激光光束传播方向上形成多个具有间距的焦点；

聚焦透镜，用于在所述激光光束传播方向上形成焦点；

第一CCD影像模块；

第二CCD影像模块；

第一照明光源，用于给所述第一CCD影像模块的观察范围提供照明；

第二照明光源，用于给所述第二CCD影像模块的观察范围提供照明；

同轴测高仪，用于测量加工工件表面与所述聚焦透镜之间的高度；

其中，所述聚焦透镜在激光光束传播方向设置在所述多焦点透镜和所述加工工件之间，在所述第一照明光源的输出端依次设置全反射镜、第一半反半透镜、第二半反半透镜及第三半反半透镜，所述第一半反半透镜在所述激光光束传播方向上位于所述第一CCD影像模块与所述第二半反半透镜之间，所述第三半反半透镜在所述激光光束传播方向上位于所述多焦点透镜与所述聚焦透镜之间；在所述第二照明光源的输出端设置第四半反半透镜，所述第四半反半透镜在所述激光光束传播方向上位于所述第二CCD影像模块与所述加工工件之间。

2.根据权利要求1所述的光学影像模组，其特征在于，还包括旁轴测高仪，用来辅助所述同轴测高仪测量加工工件表面与所述聚焦透镜之间的高度。

3.根据权利要求1所述的光学影像模组，其特征在于，所述第一半反半透镜、所述第二半反半透镜、所述第三半反半透镜及所述第四半反半透镜与水平面呈45度设置，对所述第一照明光源和所述第二照明光源发出的光具有1：1的透过与反射比例。

4.根据权利要求1所述的光学影像模组，其特征在于，所述多焦点透镜和所述聚焦透镜安装在Z轴滑轨上。

5.根据权利要求1所述的光学影像模组，其特征在于，所述第一照明光源与第二照明光源为点光源。

6.一种激光设备，包括如上任意一项权利要求所述的光学影像模组。