CN208614023U - 光学系统、激光切割头和激光设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光学系统、激光切割头和激光设备，该激光设备包括激光切割头和用于发出激光的激光源，该激光切割头包括光学系统，所述光学系统还包括：准直聚焦组件，所述准直聚焦组件包括聚焦模块，所述激光源出射的激光经过所述聚焦模块；光路偏移组件，所述光路偏移组件位于所述聚焦模块的激光出射一侧，所述光路偏移组件包括第一楔形基板，透过所述聚焦模块的激光穿过所述第一楔形基板，所述第一楔形基板可绕所述激光源出射的激光的轴向旋转，并将激光偏转；电机，所述电机驱动所述第一楔形基板旋转。本实用新型技术方案旨在快速精准地实现圆或者圆弧的切割，方便用户使用。

Description

光学系统、激光切割头和激光设备

技术领域

本实用新型涉及激光切割技术领域，特别涉及一种光学系统和具有该光学系统的激光切割头、激光设备。

背景技术

目前常规的激光切割头主要由用于出射准直光的准直模块和用于聚焦的聚焦模块两个部分组成，此类激光切割头出射的光轴与切割头的中心轴同心，所以使用这类激光切割头进行切割直径为几毫米的圆孔或圆弧时，需要通过激光加工设备本身的X、Y、Z轴的精密移动实现切割。但是由于现有的X、Y、Z轴移动精度较低，导致切割圆或圆弧时的切割速度慢于直线切割，甚至无法切割出完整的圆或圆弧，不方便用户使用。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种光学系统，旨在快速精准地实现圆或者圆弧的切割，方便用户使用。

为实现上述目的，本实用新型提供的光学系统用于激光设备，该激光设备包括发出激光的激光源，所述光学系统还包括：

准直聚焦组件，所述准直聚焦组件包括聚焦模块，所述激光源出射的激光经过所述聚焦模块；

光路偏移组件，所述光路偏移组件位于所述聚焦模块的激光出射一侧，所述光路偏移组件包括第一楔形基板，透过所述聚焦模块的激光穿过所述第一楔形基板，所述第一楔形基板可绕所述激光源出射的激光的轴向旋转，并将激光偏转；

电机，所述电机驱动所述第一楔形基板旋转。

可选地，所述光路偏移组件还包括第二楔形基板，所述第二楔形基板设于所述第一楔形基板的出光侧，所述第二楔形基板将透过所述第一楔形基板的激光偏转，所述电机驱动所述第二楔形基板与所述第一楔形基板同步旋转。

可选地，所述第一楔形基板与所述第二楔形基板相对其间距的中点呈中心对称设置。

可选地，所述准直聚焦组件还包括准直模块，所述准直模块位于所述聚焦模块的入射面一侧，所述激光源出射的激光依次经过所述准直模块和所述聚焦模块。

可选地，所述准直模块为准直镜，所述聚焦模块为聚焦镜，所述准直镜、所述聚焦镜、所述第一楔形基板和所述第二楔形基板沿所述激光源出射的激光的轴向同轴设置。

本实用新型还提出一种激光切割头，用于激光设备，所述激光切割头包括光学系统，该激光设备还包括用于发出激光的激光源，所述光学系统还包括：

准直聚焦组件，所述准直聚焦组件包括聚焦模块，所述激光源出射的激光经过所述聚焦模块；

光路偏移组件，所述光路偏移组件位于所述聚焦模块的激光出射一侧，所述光路偏移组件包括第一楔形基板，透过所述聚焦模块的激光穿过所述第一楔形基板，所述第一楔形基板可绕所述激光源出射的激光的轴向旋转，并将激光偏转；

电机，所述电机驱动所述第一楔形基板旋转。

可选地，所述激光切割头包括：

固定筒，所述固定筒内套设有轴承，所述旋转头固定于所述轴承的内圈，并与所述固定筒转动连接，所述聚焦模块和所述准直模块均固定于所述固定筒内；

旋转头，所述旋转头内形成有容置腔，所述光路偏移组件容置于所述容置腔内，所述第一楔形基板、所述第二楔形基板与所述旋转头固定连接，所述电机驱动所述旋转头相对所述固定筒转动。

可选地，所述激光切割头还包括皮带，所述皮带环绕所述电机的输出端和旋转头，并带动所述旋转头旋转。

可选地，所述激光切割头还包括编码器，所述编码器与所述电机电连接，并控制所述电机的旋转角度；

且/或，所述激光切割头还包括连接器，所述连接器固定于所述固定筒背离所述旋转头的一侧，所述连接器与所述激光源连接；

且/或，所述激光切割头还包括冷却液接口，所述冷却液接口与所述固定壳固定连接；

且/或，所述激光切割头还包括气路接头，所述气路接头的一端与所述容置腔连通。

本实用新型还提出一种激光设备，包括激光切割头和用于发出激光的激光源，该激光切割头包括光学系统，所述光学系统还包括：

准直聚焦组件，所述准直聚焦组件包括聚焦模块，所述激光源出射的激光经过所述聚焦模块；

光路偏移组件，所述光路偏移组件位于所述聚焦模块的激光出射一侧，所述光路偏移组件包括第一楔形基板，透过所述聚焦模块的激光穿过所述第一楔形基板，所述第一楔形基板可绕所述激光源出射的激光的轴向旋转，并将激光偏转；

电机，所述电机驱动所述第一楔形基板旋转。

本实用新型技术方案通过设置激光源、准直聚焦组件和可旋转的光路偏移组件，当需要对工件进行圆或圆弧的切割时，激光源发出激光，激光穿过聚焦模块，从而激光被聚集，激光再穿过第一楔形基板，由于楔形基板具有使光束偏移的作用，激光的中心轴偏向第一楔形基板厚度较大的一侧，此时穿过第一楔形基板的被偏转激光的中心轴与激光自聚焦模块至第一楔形基板的中心轴具备一定的夹角，通过电机旋转第一楔形基板，即可利用被偏转的激光进行切割圆或圆弧；如遇到直线切割，则保持光路偏移组件不旋转，此时正常切割使用。因此，不需要激光设备上的轴控制，只依赖光路偏移组件的高速旋转即可实现切割圆或圆弧。如此，本实用新型技术方案可以快速精准地实现圆或者圆弧的切割，方便用户使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型光学系统一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型光学系统一实施例部分的结构示意图；

图3为本实用新型激光切割头一实施例的结构示意图；

图4为图3中A-A向的剖视图；

图5为本实用新型激光切割头一实施例另一视角的结构示意图；

图6为本实用新型激光切割头一实施例又一视角的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	激光切割头	33	喷嘴
10	光学系统	35	第二保护窗
				11	准直聚焦组件	40	电刷
111	准直模块	50	固定筒
				113	聚焦模块	51	轴承
13	光路偏移组件	53	第一保护窗
				131	第一楔形基板	55	安装板
133	第二楔形基板	60	皮带
				15	激光源	70	连接器
20	电机	80	冷却液接口
				30	旋转头	90	气路接头
31	容置腔

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种光学系统10。

参照图1、图2，本实用新型技术方案提出的光学系统10用于激光设备(未图示)，该激光设备包括用于发出激光的激光源15，所述光学系统10还包括：

准直聚焦组件11，所述准直聚焦组件11包括聚焦模块113，所述激光源15出射的激光经过所述聚焦模块113；

光路偏移组件13，所述光路偏移组件13位于所述聚焦模块113的激光出射一侧，所述光路偏移组件13包括第一楔形基板131，透过所述聚焦模块113的激光穿过所述第一楔形基板131，所述第一楔形基板131可绕所述激光源15出射的激光的轴向旋转，并将激光偏转；

电机20，所述电机20驱动所述第一楔形基板131旋转。

本实用新型技术方案通过设置激光源15、准直聚焦组件11和可旋转的光路偏移组件13，当需要对工件进行圆或圆弧的切割时，激光源15发出激光，激光穿过聚焦模块113，从而激光被聚集，激光再穿过第一楔形基板131，由于楔形基板具有使光束偏移的作用，激光的中心轴偏向第一楔形基板131厚度较大的一侧，此时穿过第一楔形基板131的被偏转激光的中心轴与激光自聚焦模块113至第一楔形基板131的中心轴具备一定的夹角，通过电机20旋转第一楔形基板131，即可利用被偏转的激光进行切割圆或圆弧；如遇到直线切割，则保持光路偏移组件13不旋转，此时正常切割使用。因此，不需要激光设备上的轴控制，只依赖光路偏移组件13的高速旋转即可实现切割圆或圆弧。如此，本实用新型技术方案可以快速精准地实现圆或者圆弧的切割，方便用户使用。

在本实施例中，聚焦模块113可以是多个组合的聚焦镜片或单个聚焦镜片，或者是其他一些具备聚焦功能的透镜，聚焦镜片、第一楔形基板131可以采用光学玻璃、塑料或其他合适的透光材料制作，只要方便用户使用即可。以及，聚焦镜片提供的焦距f可以根据实际需要进行设定，即，聚焦镜片与光路偏移组件13中的第一楔形基板131的距离可以根据实际需要进行设定，以得到合适的激光束。当然，还可以通过将第一楔形基板131设置与水平面呈一定的倾角，来使其偏转激光的效果更好。

参照图1、图2和图4，进一步地，所述光路偏移组件13还包括第二楔形基板133，所述第二楔形基板133设于所述第一楔形基板131的出光侧，所述第二楔形基板133将透过所述第一楔形基板131的激光偏转，所述电机20驱动所述第二楔形基板133与所述第一楔形基板131同步旋转。可以理解的是，第二楔形基板133再次对射出第一楔形基板131的激光进行偏转，从而方便用户对激光偏转量的调节，并且，第一楔形基板131与第二楔形基板133的距离可以根据需要进行设置，改变第一楔形基板131与第二楔形基板133之间的距离，可以使激光更贴近激光初始射出时的中心轴或更远离激光初始射出的中心轴，从而得到对应直径更大或更小的圆或圆弧，方便用户即可。可以理解的是，第一楔形基板131和第二楔形基板133的几何尺寸，可以根据制作材料对使用的激光波长的折射率计算得出。以及，楔形基板还可以设置为两个以上，从而对光路进行更多次的偏转，进而使激光切割更精确。

进一步地，所述第一楔形基板131与所述第二楔形基板133相对其间距的中点呈中心对称设置。如此设置使得第一楔形基板131和第二楔形基板133偏移激光的方向相反，从而共同调整激光的偏移，实现精准切割圆或者圆弧的效果。

参照图1、图4，进一步地，所述准直聚焦组件11还包括准直模块111，所述准直模块111位于所述聚焦模块113的入射面一侧，所述激光源15出射的激光依次经过所述准直模块111和所述聚焦模块113。在聚焦镜片的前面，一般会设置准直模块111，以使激光源15的激光经过准直模块111后变成接近平行的光束。具体的，该准直模块111可以为准直镜或扩束镜，准直镜可以较好地使点光源变成接近平行的光源；扩束镜主要有两个用途：其一是扩展激光束的直径；其二是减小激光束的发散角。用户可以根据实际需要选择准直模块111的镜片，只要方便使用即可。

进一步地，所述准直镜、所述聚焦镜、所述第一楔形基板131和所述第二楔形基板133沿所述激光源15出射的激光的轴向同轴设置。同轴设置可以方便激光的传播，从而方便用户进行激光切割，并且使光学系统10的结构更紧凑，方便用户使用。

本实用新型还提出一种激光切割头100，该激光切割头100包括光学系统10，该光学系统10用于激光设备，该激光设备包括发出激光的激光源15，所述光学系统10还包括：

准直聚焦组件11，所述准直聚焦组件11包括聚焦模块113，所述激光源15出射的激光经过所述聚焦模块113；

光路偏移组件13，所述光路偏移组件13位于所述聚焦模块113的激光出射一侧，所述光路偏移组件13包括第一楔形基板131，透过所述聚焦模块113的激光穿过所述第一楔形基板131，所述第一楔形基板131可绕所述激光源15出射的激光的轴向旋转，并将激光偏转；

电机20，所述电机20驱动所述第一楔形基板131旋转。

由于本激光切割头100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

参照图3至图6，进一步地，所述激光切割头100包括：

固定筒50，所述固定筒50内套设有轴承51，所述旋转头30固定于所述轴承51的内圈，并与所述固定筒50转动连接，所述聚焦模块113和所述准直模块111均固定于所述固定筒50内；

旋转头30，所述旋转头30内形成有容置腔31，所述光路偏移组件13容置于所述容置腔31内，所述第一楔形基板131、所述第二楔形基板133与所述旋转头30固定连接，所述电机20驱动所述旋转头30相对所述固定筒50转动。

在本实施例中，可以通过在容置腔31的腔壁设置卡槽(未图示)，从而第一楔形基板131和第二楔形基板133卡接固定于卡槽中，或者通过胶水将第一楔形基板131和第二楔形基板133固定。本实施例中还提出，可以在容置腔31的内壁固定导轨(未图示)，并将第一楔形基板131和第二楔形基板133固定于导轨上，并通过电动马达驱动导轨运动，从而改变第一楔形基板131和第二楔形基板133之间的间距，从而使激光切割头100具有在一定范围内(直径约为0.5mm≤d≤3mm的圆)可调的圆孔切割功能。可以理解的是，旋转头30背离固定筒50的一端设有贯穿的喷嘴33，经过偏转后的激光从喷嘴33射出，从而加工工件。固定筒50的内部设有聚焦镜镜座和准直镜镜座，设置镜座可以使镜片很好的固定，并且方便对旋转头30提供支撑，从而方便加工。固定筒50还设有第一保护窗53，旋转头30的内部还设有第二保护窗35，所述第一保护窗53位于聚焦镜镜座和准直镜镜座的外侧，如此设置方便用户观察激光的情况，并方便对激光切割头100进行监测和调节，所述第二保护窗35防止激光加工工件后，工件产生的污染颗粒进入激光切割头100，从而方便加工。所述固定筒50的外侧还设有安装板55，该安装板55用于将激光切割头100固定于激光设备，从而方便用户加工工件。

进一步地，所述激光切割头100还包括所述激光切割头100还包括皮带60，所述皮带60环绕所述电机20的输出端和旋转头30，并带动所述旋转头30旋转。

本实施例中，通过电机20驱动皮带60，再使皮带60带动旋转头30转动，从而实现旋转头30的转动，并设置电刷40，从而可以实时控制电机20的转向，方便用户切割圆或圆弧。

进一步地，所述激光切割头100还包括编码器(未图示)，所述编码器与所述电机20电连接，并控制所述电机20的旋转角度；

且/或，所述激光切割头100还包括连接器70，所述连接器70固定于所述固定筒50背离所述旋转头30的一侧，所述连接器70与所述激光源15连接；

且/或，所述激光切割头100还包括冷却液接口80，所述冷却液接口80与所述固定壳固定连接；

且/或，所述激光切割头100还包括气路接头90，所述气路接头90的一端与所述容置腔31连通。

设置编码器可以精确控制电机20的旋转角度，从而方便用户控制电机20旋转；设置连接器70可以方便激光头与光源连接，从而方便激光加工；设置冷却液接口80可以使激光切割头100导通冷却液，从而方便对激光切割头100加工工件时冷却工件，从而方便加工；设置气路接头90可以在加工时，在第一楔形基板131和第二楔形基板133充入利于加工的气体，如稀有气体等，从而方便加工。

本实用新型还提出一种激光设备，包括激光切割头100和用于发出激光的激光源15，该激光切割头15包括光学系统10，所述光学系统10还包括：

准直聚焦组件11，所述准直聚焦组件11包括聚焦模块113，所述激光源15出射的激光经过所述聚焦模块113；

光路偏移组件13，所述光路偏移组件13位于所述聚焦模块113的激光出射一侧，所述光路偏移组件13包括第一楔形基板131，透过所述聚焦模块113的激光穿过所述第一楔形基板131，所述第一楔形基板131可绕所述激光源15出射的激光的轴向旋转，并将激光偏转；

电机20，所述电机20驱动所述第一楔形基板131旋转。

由于本激光设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学系统，用于激光设备，所述激光设备包括用于发出激光的激光源，其特征在于，所述光学系统还包括：

准直聚焦组件，所述准直聚焦组件包括聚焦模块，所述激光源出射的激光经过所述聚焦模块；

光路偏移组件，所述光路偏移组件位于所述聚焦模块的激光出射一侧，所述光路偏移组件包括第一楔形基板，透过所述聚焦模块的激光穿过所述第一楔形基板，所述第一楔形基板可绕所述激光源出射的激光的轴向旋转，并将激光偏转；

电机，所述电机驱动所述第一楔形基板旋转。

2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光路偏移组件还包括第二楔形基板，所述第二楔形基板设于所述第一楔形基板的出光侧，所述第二楔形基板将透过所述第一楔形基板的激光偏转，所述电机驱动所述第二楔形基板与所述第一楔形基板同步旋转。

3.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一楔形基板与所述第二楔形基板相对其间距的中点呈中心对称设置。

4.如权利要求2或3所述的光学系统，其特征在于，所述准直聚焦组件还包括准直模块，所述准直模块位于所述聚焦模块的入射面一侧，所述激光源出射的激光依次经过所述准直模块和所述聚焦模块。

5.如权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述准直模块为准直镜，所述聚焦模块为聚焦镜，所述准直镜、所述聚焦镜、所述第一楔形基板和所述第二楔形基板沿所述激光源出射的激光的轴向同轴设置。

6.一种激光切割头，其特征在于，包括如权利要求4或5所述的光学系统。

7.如权利要求6所述的激光切割头，其特征在于，所述激光切割头包括：

固定筒，所述固定筒内套设有轴承，所述聚焦模块和所述准直模块均固定于所述固定筒内；

旋转头，所述旋转头内形成有容置腔，所述旋转头固定于所述轴承的内圈，并与所述固定筒转动连接，所述光路偏移组件容置于所述容置腔内，所述第一楔形基板、所述第二楔形基板与所述旋转头固定连接，所述电机驱动所述旋转头相对所述固定筒转动。

8.如权利要求7所述的激光切割头，其特征在于，所述激光切割头还包括皮带，所述皮带环绕所述电机的输出端和旋转头，并带动所述旋转头旋转。

9.如权利要求8所述的激光切割头，其特征在于，所述激光切割头还包括编码器，所述编码器与所述电机电连接，并控制所述电机的旋转角度；

且/或，所述激光切割头还包括连接器，所述连接器固定于所述固定筒背离所述旋转头的一侧，所述连接器与所述激光源连接；

且/或，所述激光切割头还包括冷却液接口，所述冷却液接口与所述固定筒固定连接；

且/或，所述激光切割头还包括气路接头，所述气路接头的一端与所述容置腔连通。

10.一种激光设备，其特征在于，该激光设备包括如权利要求6至9中任一项所述的激光切割头。