CN204524548U - 一种适用于管道内壁的非衍射环形光束激光加工头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种适用于管道内壁的非衍射环形光束激光加工头，包括光路腔体、锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜；所述光路腔体呈圆柱筒形，一端设置有激光入射孔，另一端封闭；光路腔体的侧壁上设置有用于输出激光束的环形窗口镜；锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜均顺序安装在光路腔体内部，并沿着光路腔体的轴线方向依次布置；锥透镜固定安装在光路腔体敞口端部的内侧，圆锥反射镜固定安装在光路腔体封闭端部的内侧，聚焦镜固定安装在光路腔体的侧壁上；锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜在光路腔体中的安装方位应当使得三者沿光路传播方向同轴。本实用新型结构简单，与现有设备相比，无复杂的旋转机构，成本显著降低，可靠性显著提高。
Description
技术领域
本实用新型属于激光加工领域，具体涉及一种适用于管道内壁的非衍射环形光束激光加工头。
背景技术
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。
激光加工的基本原理是把具有足够功率(或能量)的激光束聚焦后照射到材料适当的部位，材料在接受激光照射能量后，在10的负11秒内便开始将光能转变为热能，被照部位迅速升温。根据不同的光照参量，材料可以发生气化、熔化、金相组织变化以及产生相当大的热应力，从而达到工件材料被去除、连接、改性和分离等加工目的。
锥透镜包括平凸(PCX)锥透镜和平凹(PCV)锥透镜。平凸(PCX)锥透镜具有一个凸锥面和一个平面；平凹(PCV)锥透镜具有一个凹锥面和一个平面。它们用于产生可随着距离增加直径，但又保持一致环形厚度的非衍射环形光束。若与准直高斯光束配合使用，平凸(PCX)锥透镜将可形成近似贝塞尔光束并适用于一系列医疗、研究、测量和校准应用的环形光束。这些锥透镜具有精确熔融的石英基片并备有无镀膜以及各种增透膜选项。贝塞尔光束是一种由相等功耗的环形所形成的非衍射光束，平凸(PCX)锥透镜和平凹(PCV)锥透镜可沿着光轴形成环形成像，或形成近似贝塞尔光束的非衍射光束。
目前，激光加工已经用于管道内壁的激光熔覆、焊接、热处理以及清洗等领域，但是他们都有个共同的特点，就是都是激光头自旋(焦点沿圆周路径在管壁上移动)或者管道自旋(效果跟前面一样)。这些方法具有诸多缺点，比如：1)使加工头旋转则需要产生旋转运动的机构并且要对应设计合理激光光路，从而加工头机构复杂，若让管道旋转则工件变位机构复杂(管道太长则可能无法旋转)且难以保证管道与入射光束同轴(同样要求对应设计合理激光光路)；2)上述焦点与管道之间相对移动的方式还导致激光加工效率不高、加工效果不均匀，并且激光焦点沿圆周方向顺序移动存在圆周热应力循环变化，导致管道可能变形等问题。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种适用于管道内壁的非衍射环形光束激光加工头；该适用于管道内壁的非衍射环形光束激光加工头利用多个锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜的组合，构成了环形聚焦线光束，无须加工头或管道自旋，即可高效率、高精度、高质量的完成管道内壁的激光加工，如热处理、清洗等。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种适用于管道内壁的非衍射环形光束激光加工头，包括光路腔体、锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜；
所述光路腔体呈圆柱筒形，一端设置有激光入射孔，另一端封闭；光路腔体的侧壁上设置有用于输出激光束的环形窗口镜；
锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜均顺序安装在光路腔体内部，并沿着光路腔体的轴线方向依次布置；锥透镜固定安装在光路腔体敞口端部的内侧，圆锥反射镜固定安装在光路腔体封闭端部的内侧，聚焦镜固定安装在光路腔体的侧壁上；锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜在光路腔体中的安装方位应当使得三者沿光路传播方向同轴；
激光束经光路腔体上的激光入射孔入射后，进入锥透镜，锥透镜输出非衍射的环形光束并传输至聚焦镜，聚焦镜将入射环形光束聚焦后形成细环形光束输出至圆锥反射镜，圆锥反射镜表面镀有全反膜，将细环形光束全部经环形窗口镜反射至管道内壁，在管道内壁上形成环形激光焦点。
本实用新型利用多个锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜的组合，构成了环形聚焦线光束，无须加工头或管道自旋，就实现了管道内壁的激光束加工，若要加工整根长管道内壁，只需让加工头沿管道行进即可，因此本实用新型所述的适用于管道内壁的非衍射环形光束激光加工头结构简单，与现有设备相比，无复杂的旋转机构，成本显著降低，可靠性显著提高。
附图说明
图1为本实用新型所述适用于管道内壁的非衍射环形光束激光加工头的结构图；
图中各标号的含义如下：
光路腔体1、锥透镜2、聚焦镜3、圆锥反射镜4、环形窗口镜5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型提供了一种适用于管道内壁的非衍射环形光束激光加工头，包括光路腔体1、锥透镜2、聚焦镜3和圆锥反射镜4；
所述光路腔体1呈圆柱筒形，一端设置有激光入射孔，另一端封闭；光路腔体1的侧壁上设置有环形窗口镜5，用于输出激光束。
锥透镜2、聚焦镜3和圆锥反射镜4均顺序安装在光路腔体1内部，并沿着光路腔体1的轴线方向依次布置；锥透镜2固定安装在光路腔体1敞口端部的内侧，圆锥反射镜4固定安装在光路腔体1封闭端部的内侧，聚焦镜3固定安装在光路腔体1的侧壁上。
锥透镜2、聚焦镜3和圆锥反射镜4在光路腔体1中的安装方位应当使得三者沿光路传播方向同轴，即激光束经光路腔体1上的激光入射孔入射后，进入锥透镜2，锥透镜2输出非衍射的环形光束并传输至聚焦镜3，聚焦镜3将入射环形光束聚焦后形成细环形光束输出至圆锥反射镜4，圆锥反射镜4表面镀有全反膜，将细环形光束全部经环形窗口镜5反射至管道内壁，在管道内壁上形成环形激光焦点。这样无须加工头或管道自旋，就可以实现管道内壁的激光束加工。尤其是，若要加工整根长管道内壁，只需让加工头沿管道行进即可。
本实用新型可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本实用新型的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (1)
1.一种适用于管道内壁的非衍射环形光束激光加工头，包括光路腔体(1)、锥透镜(2)、聚焦镜(3)和圆锥反射镜(4)；
所述光路腔体(1)呈圆柱筒形，一端设置有激光入射孔，另一端封闭；光路腔体(1)的侧壁上设置有用于输出激光束的环形窗口镜(5)；
锥透镜(2)、聚焦镜(3)和圆锥反射镜(4)均顺序安装在光路腔体(1)内部，并沿着光路腔体(1)的轴线方向依次布置；锥透镜(2)固定安装在光路腔体(1)敞口端部的内侧，圆锥反射镜(4)固定安装在光路腔体(1)封闭端部的内侧，聚焦镜(3)固定安装在光路腔体(1)的侧壁上；锥透镜(2)、聚焦镜(3)和圆锥反射镜(4)在光路腔体中的安装方位应当使得三者沿光路传播方向同轴；
激光束经光路腔体(1)上的激光入射孔入射后，进入锥透镜(2)，锥透镜(2)输出非衍射的环形光束并传输至聚焦镜(3)，聚焦镜(3)将入射环形光束聚焦后形成细环形光束输出至圆锥反射镜(4)，圆锥反射镜(4)表面镀有全反膜，将细环形光束全部经环形窗口镜(5)反射至管道内壁，在管道内壁上形成环形激光焦点。
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