CN206811306U - 用于外圆切割的光学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及旋切打孔技术领域，具体涉及一种用于外圆切割的光学装置。包括激光器、振镜、4F光学系统和大孔径聚焦镜，激光器发射的激光经振镜偏转后进入4F光学系统，激光经4F光学系统改变波前以后进入大孔径聚焦镜，大孔径聚焦镜对激光进行处理后输出具有倾角的工作激光光束，工作激光光束的倾角为锐角，4F光学系统和大孔径聚焦镜的中心轴重合，振镜输出的激光光轴与4F光学系统中心轴不重合，大孔径聚焦镜包括从前到后依次排列的凸透镜、平凹透镜和平凸透镜，平凹透镜和平凸透镜的平面朝向大孔径聚焦镜的光束出射端。利用该具有倾角的工作激光光束进行打孔时，工作激光光束的外缘不会与待加工物件相互接触，从而能有效的防止打孔时锥度的产生。

Description

用于外圆切割的光学装置

技术领域

本实用新型涉及旋切打孔技术领域，具体涉及一种用于外圆切割的光学装置。

背景技术

激光切割是非接触的加工，不存在工具的磨损。加工不同形状的零件，不需要更换“刀具”，只需改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低，振动小，与其他的切割方法相比具有切割质量好的特点，但是在精密的激光外圆切割中，一般的激光加工对于外圆的切割会有积累的热影响区较大，切割的外圆的上下的圆的直径会有差异，即存在一定的锥角。

普通的激光外圆切割如图1所示，此类激光外圆的切割光是垂直工作面，而由于激光束的汇聚，光束截面直径是变化，这会导致激光束与待加工物的干涉，从而使切割的外圆锥度会很大，而由于材料的吸收等等，导致激光的热影响区也比较大。因此，为了克服现有技术的不足，有必要提供一种更好的外圆切割的光学装置。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种调节方便，成本低廉且加工效果良好的用于外圆切割的光学装置。

本实用新型的技术方案为，包括激光器、振镜、4F光学系统和大孔径聚焦镜，所述激光器发射的激光经振镜偏转后进入4F光学系统，所述激光经所述4F光学系统改变波前以后进入大孔径聚焦镜，所述大孔径聚焦镜对所述激光进行处理后输出具有倾角的工作激光光束，所述工作激光光束的倾角为锐角，所述4F光学系统和大孔径聚焦镜的中心轴重合，所述振镜输出的激光光轴与所述4F光学系统中心轴不重合，所述大孔径聚焦镜包括从前到后依次排列的凸透镜、平凹透镜和平凸透镜，所述平凹透镜和平凸透镜的平面朝向大孔径聚焦镜的光束出射端，所述凸透镜、平凹透镜和平凸透镜的光轴重合。

进一步的，所述4F光学系统包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜的光轴重合。

进一步的，所述4F光学系统第一透镜的焦距f1与第二透镜距f1与第二透镜的焦距f2之比在0.5-5之间。

进一步的，所述4F光学系统的焦距在50mm-1000mm之间。

进一步的，所述大孔径聚焦镜的组合焦距在50mm-100mm之间。

本实用新型的有益效果：将振镜偏转后的激光束经4F光学系统和大孔径聚焦镜处理，能使工作激光从传统的垂直于工作面转变为相对于工作面倾斜入射。利用该具有倾角的工作激光光束进行外圆切割时，工作激光光束的外缘不会与待加工物件相互接触，从而能有效的防止外圆切割时锥度的产生，同时避免了热效应的积累。而通过调节4F光学系统f1与f2的比例或调节大孔径聚焦镜内各透镜的间隔，能够改变工作激光光束的出射角度和出瞳位置，以满足更多的加工需求。4F光学系统f1与f2的比例和调节大孔径聚焦镜内各透镜的间隔相较于传统的旋切加工系统，其调节更为简便，且无需增加额外的传动机构，结构简单，成本低廉。

附图说明

图1为普通的激光打孔示意图；

图2为本实用新型用于外圆切割的光学装置；

图3为4F光学系统第一透镜和第二透镜示意图；

如图4所示为激光束经大孔径聚焦镜的光路示意图。

图中：1—激光器、2—振镜、3—4F光学系统、301—第一透镜、302—第二透镜、4—大孔径聚焦镜、401—凸透镜、402—平凹透镜、403—平凸透镜、404—保护镜、5—待加工物。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

如图2所示，实用新型用于外圆切割的光学装置包括激光器1、振镜2、4F光学系统3和大孔径聚焦镜4。激光器1发射的激光经振镜2偏转后进入4F光学系统3，激光经4F光学系统3改变波前以后进入大孔径聚焦镜4，大孔径聚焦镜4对激光进行处理后输出具有倾角θ的工作激光光束，工作激光光束的倾角θ为锐角。其中4F光学系统3和大孔径聚焦镜4的中心轴重合，而振镜2输出的激光光轴与4F光学系统3和大孔径聚焦镜4的中心轴不重合。

如图3所示，本实用新型一种本实施例中，4F光学系统3包括位于入射端的第一透镜301和位于出射端的第二透镜302。第一透镜301和第二透镜302的光轴重合，激光光束经第一透镜301聚焦于第一透镜301的焦点，后光束发散射入第二透镜302，输出波前被改变的激光束至大孔径聚焦镜4。其中第一透镜的焦距f1与第二透镜的焦距f2之比在0.5-5之间。4F光学系统的单片焦距在50mm-1000mm之间。

本实用新型一种本实施例中，大孔径聚焦镜4包括从前到后依次排列的凸透镜401、平凹透镜402、平凸透镜403和保护镜404，平凹透镜和平凸透镜的平面朝向大孔径聚焦镜4的光束出射端，凸透镜401、平凹透镜402、平凸透镜403和保护镜404的光轴重合。大孔径聚焦镜的组合焦距在50mm-100mm之间。

在进行待加工物5加工时，首先对本实用新型光学装置输出的工作激光光束进行调整，该调整包括倾角调整、激光加工的视场和出瞳位置调整。

倾角调整：即调节工作激光光束相对于待加工物5表面的倾斜角度。传统工作激光光束的光轴垂直于待加工物5表面，倾角θ为0°。为了防止外圆切割时，上部的激光作用于待加工物5非切割区，需要将倾角θ调节成一个合适的锐角，从而避免切割锥度。如图4所示，平行于主中心轴的平行激光束经大孔径聚焦镜4后，能够形成倾斜射出的光束，而倾角θ的大小由4F光学系统3和大孔径聚焦镜4之间的距离或者是4F系统的两组透镜的比例决定，因此，通过调节4F系统与大孔径聚焦镜的距离或者4F系统两组透镜的比例，可以实现倾角θ大小的调整，从而可以满足不同大小的外圆加工需求。

激光加工的视场,即相对于待加工物5的外圆大小,由振镜的旋转来实现，从而满足加工不同大小的外圆。

出瞳位置：调节工作激光光束出瞳位置可以满足不同切割深度的加工，出瞳位置的调整通过调节4F光学系统f1与f2的比例和/或调节大孔径聚焦镜内各透镜的间隔实现。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于外圆切割的光学装置，其特征在于：包括激光器、振镜、4F光学系统和大孔径聚焦镜，所述激光器发射的激光经振镜偏转后进入4F光学系统，所述激光经所述4F光学系统改变波前以后进入大孔径聚焦镜，所述大孔径聚焦镜对所述激光进行处理后输出具有倾角的工作激光光束，所述工作激光光束的倾角为锐角，所述4F光学系统和大孔径聚焦镜的中心轴重合，所述振镜输出的激光光轴与所述4F光学系统中心轴不重合，所述大孔径聚焦镜包括从前到后依次排列的凸透镜、平凹透镜和平凸透镜，所述平凹透镜和平凸透镜的平面朝向大孔径聚焦镜的光束出射端，所述凸透镜、平凹透镜和平凸透镜的光轴重合。

2.如权利要求1所述用于外圆切割的光学装置，其特征在于：所述4F光学系统包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜的光轴重合。

3.如权利要求1所述用于外圆切割的光学装置，其特征在于：所述4F光学系统第一透镜的焦距f1与第二透镜的焦距f2之比在0.5-5之间。

4.如权利要求1所述用于外圆切割的光学装置，其特征在于：所述4F光学系统的单片焦距在50mm-1000mm之间。

5.如权利要求1所述用于外圆切割的光学装置，其特征在于：所述大孔径聚焦镜的组合焦距在50mm-100mm之间。