CN221389357U - 同轴送丝光学装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种同轴送丝光学装置，涉及激光加工领域，该装置包括：准直模块、平行光束产生模块、聚焦模块和送丝杆；准直模块设置在发射激光束的激光器出口一侧，用于将激光器发射的激光束进行准直，以获得准直光束；平行光束产生模块设置在准直模块准直激光束的输出光路端一侧，用于将准直光束进行分光反射，以变换为多道平行光束；聚焦模块设置在平行光束产生模块将激光束变为平行光束的输出光路端一侧，用于将多道平行光束汇聚到交点，以获得汇聚光束；送丝杆的末端设置在聚焦模块将平行光束汇聚形成的交点位置，用于基于汇聚光束，同轴输送丝材以进行激光加工，光路结构简单，提高了送丝材料利用效率、激光加工速度、加工质量。

Description

同轴送丝光学装置

技术领域

本申请涉及激光加工技术领域，具体而言，涉及一种同轴送丝光学装置。

背景技术

激光加工技术涵盖了激光切割、焊接、淬火、打孔、微加工等多种激光加工工艺，利用了激光与物质相互作用的基本特性。由于激光束具有与加工材料的非接触性、加工速度快与质量优异等优势，保证了激光加工技术是一种无可替代的高新技术。随着中高功率光纤激光器价格的大幅降低，激光焊接、激光熔覆等也逐步获得广泛推广。送丝激光焊接、送丝激光熔覆在激光焊接与熔覆中十分常见，统称为送丝激光加工。通常的送丝激光加工，大致可分为旁轴送丝激光加工和同轴送丝激光加工。

目前，同轴送丝加工主要包括环形光内送丝加工与分光光内送丝加工。环形光内送丝加工这种方式的送丝结构与环形光束会产生干涉，存在安全隐患，及时解决了送丝结构与光束干涉问题，但光路结构复杂，整形镜片为熔融石英材料，难加工并导致成本很高；然而，分光光内送丝加工这种方式送丝杆需要先进行弯折后才能穿过光束再竖直向下送丝，易导致送丝杆末端丝材弯曲不直，可能无法稳定地与激光束发生作用。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种同轴送丝光学装置，通过提出一种多分光同轴送丝光学系统，基于准直镜准直光束特性、凸型多分光面反射镜与凹型多分光面反射镜分光反射特性，实现多道平行光，配合聚焦镜可实现多道光束汇聚为一点，同时结合同轴送丝机构光内出丝特性，可大幅提高送丝材料利用效率、激光加工速度、加工质量与一致性，光路结构简单，适用于光纤激光器送丝激光加工，尤其适用于高功率光纤激光送丝焊接、送丝熔覆等激光加工应用，从而解决上述技术问题。

本申请实施例提供了一种同轴送丝光学装置，所述装置包括：汇聚光束模块和同轴送丝机构；所述汇聚光束模块包括：准直模块、平行光束产生模块、聚焦模块；所述同轴送丝机构包括：送丝杆；所述准直模块设置在发射激光束的激光器出口一侧，所述平行光束产生模块设置在所述准直模块准直所述激光束的输出光路端一侧，所述聚焦模块设置在所述平行光束产生模块将所述激光束变为平行光束的输出光路端一侧；所述送丝杆的末端设置在所述聚焦模块将所述平行光束汇聚形成的交点位置；所述准直模块用于：将激光器发射的激光束进行准直，以获得准直光束；所述平行光束产生模块用于：将所述准直光束进行分光反射，以变换为多道平行光束；所述聚焦模块用于：将所述多道平行光束汇聚到所述交点，以获得汇聚光束；所述送丝杆用于：基于所述汇聚光束，同轴输送丝材以进行激光加工。

在上述实现过程中，通过提出一种多分光同轴送丝光学系统，基于准直光束特性、分光反射特性，实现多道平行光，配合聚焦特性可实现多道光束汇聚为一点，同时结合同轴送丝机构光内出丝特性，可大幅提高送丝材料利用效率、激光加工速度、加工质量与一致性，光路结构简单，适用于光纤激光器送丝激光加工，尤其适用于高功率光纤激光送丝焊接、送丝熔覆等激光加工应用，提高了加工精度。

可选地，所述平行光束产生模块包括：第一斜面反射镜、凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜；所述第一斜面反射镜、凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜依次设置所述准直模块准直所述激光束的输出光路端一侧；所述第一斜面反射镜用于改变所述准直光束的传输方向至所述凸型多分光面反射镜的输入光路端；所述凸型多分光面反射镜用于对所述准直光束进行分光反射，以变换为发散光束群；所述凹型多分光面反射镜用于对所述发散光束群进行再次分光反射，以变换为传输方向一致的多道平行光束。

在上述实现过程中，通过第一斜面反射镜、凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜搭建的平行光束产生系统，光路结构简单，相较于无光机干涉的透射式环形光路而言，凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜更容易加工，整体光路成本更低，提高了送丝材料利用效率。

可选地，所述凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜均为圆形柱状分光反射镜；所述圆形柱状分光反射镜包括多个反射面，所述多个反射面中相邻两个反射面的交线交汇于一个顶点，所有交线的夹角相等且在同一个圆锥面上。

在上述实现过程中，通过设置圆柱状的凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜，更容易加工，整体光路成本更低。

可选地，所述凸型多分光面反射镜与所述凹型多分光面反射镜平行放置；所述圆形柱状分光反射镜的光束偏转角取值范围包括30°至150°。

在上述实现过程中，通过设置这个角度范围的反射面，基于凸型多分光面反射镜与凹型多分光面反射镜分光反射可以实现多道平行光特性，能够降低板材搭接宽度及装夹要求，有利于送丝杆送丝与激光产生稳定性的作用。

可选地，所述凹型多分光面反射镜为中空的圆形柱状分光反射镜，所述圆形柱状分光反射镜的中空区域用于传输所述多道平行光束。

在上述实现过程中，通过设置中空的凹型多分光面反射镜，帮助通光，有利于光路系统集成化、微小化，降低了成本。

可选地，所述聚焦模块包括：聚焦镜、第二斜面反射镜和中空保护镜；所述聚焦镜、第二斜面反射镜和中空保护镜依次设置所述平行光束产生模块将所述激光束变为平行光束的输出光路端一侧；所述聚焦镜用于将所述多道平行光束进行汇聚，以获得汇聚光束群；所述第二斜面反射镜用于改变所述汇聚光束群的传输方向至所述中空保护镜的输入光路端；所述中空保护镜用于通过折射汇聚所述汇聚光束群至所述交点，以获得汇聚光束。

在上述实现过程中，通过在丝材直度范围内与聚焦模块形成的光路汇聚交点作用，可确保送丝激光加工应用的稳定性。

可选地，所述准直模块包括：准直镜；所述准直镜设置在发射激光束的激光器出口一侧，用于将所述激光束进行准直，以获得准直光束。

在上述实现过程中，通过对入射的发散光束进行准直后，有助于第一斜面反射镜进行集中反射，有利于形成质量好的汇聚光束。

可选地，所述准直镜、聚焦镜及中空保护镜均为圆柱状的透射式光学镜片，所述第二斜面反射镜、中空保护镜均为中空的反射镜片。

在上述实现过程中，有助于提高承受功率上限，保证高功率下激光加工头的稳定性。

可选地，所述准直镜的中心轴与所述第一斜面反射镜中心对称面共面；所述第一斜面反射镜、凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜、聚焦镜、第二斜面反射镜柱面的中心轴同轴；所述中空保护镜的中心轴与所述第二斜面反射镜中心对称面共面；所述送丝杆设置于所述第二斜面反射镜和中空保护镜的中空区域。

在上述实现过程中，有利于丝材在输送时与光路汇聚点相互作用，可提高送丝激光加工应用的稳定性。

可选地，所述送丝杆的末端与所述交点的距离在预设范围内；其中，所述预设范围与送丝杆的尺寸有关。

在上述实现过程中，通过设置送丝杆末端与汇聚光束聚焦点的距离，能够提高高功率下激光加工头的稳定性。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作更多说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种同轴送丝光学装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种凸型多分光面反射镜结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种凹型多分光面反射镜结构示意图。

图标：10-准直镜；20-第一斜面反射镜；30-凹型多分光面反射镜；40-凸型多分光面反射镜；50-聚焦镜；60-第二斜面反射镜；70-中空保护镜；80-送丝杆；90-丝材。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常拜访的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能解释为本申请的限制。

本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请发明人注意到：光纤激光器由于光纤柔韧性好、电光转换效率高、体积较小等优势，使得光纤激光器在工业激光加工的市场占有率日益突出。随着中高功率光纤激光器价格的大幅降低，激光焊接、激光熔覆等也逐步获得广泛推广。送丝激光焊接、送丝激光熔覆在激光焊接与熔覆中十分常见，这里统称为送丝激光加工。通常的送丝激光加工，大致可分为两类，一类是旁轴送丝激光加工，一类是同轴送丝激光加工。其中，旁轴送丝激光加工，是指激光束垂直或近似垂直于加工基材，送丝采用相对于加工基材有锐角角度的侧向送丝方式，送丝位置受激光束扫描方向的影响，这将导致送丝激光加工各向一致性差，送丝材料利用率低，加工速度缓慢且加工质量与一致性很难保证。同轴送丝加工，是指送丝材料相对于加工基材垂直或基本垂直，激光束环绕送丝材料进行加工的方式。同轴送丝加工相对于旁轴送丝加工，有助于解决送丝材料利用率、加工速度与加工质量以及各向一致性问题。目前，同轴送丝加工主要包括环形光内送丝加工与分光光内送丝加工。

对于环形光内送丝加工：例如专利文献CN101386111A和CN104259461A大体是采用圆锥反射镜将光束分为360°环形光束，环形光束经过环形抛物镜聚焦，聚焦焦点为实心点，离焦部分则为空心的环形光束，问题在于送丝结构与环形光束会产生干涉，存在安全隐患；又例如Precitec方案，光路依次是准直镜、平反镜、等厚凹凸轴锥透镜、等厚凹凸二分光镜、中空平反镜、中空等厚凹凸二分光镜以及中空聚焦镜和中空保护镜，虽然在保证环形光束的同时，解决了送丝结构与光束干涉问题，但该光路结构复杂，整形镜片为熔融石英材料，难加工并导致成本非常高。

对于分光光内送丝加工：例如Lasermech三分光光内送丝方案，光路大体为准直镜、平反镜、三分光反射镜、聚焦镜等，送丝杆需要先进行弯折后才能穿过光束再竖直向下送丝，易导致送丝杆末端丝材弯曲不直，可能无法稳定与激光束发生作用。

有鉴于此，本申请提出了一种如下介绍的同轴送丝光学装置。

请参看图1，图1为本申请实施例提供的一种同轴送丝光学装置的结构示意图。该装置包括：汇聚光束模块和同轴送丝机构；汇聚光束模块包括：准直模块、平行光束产生模块、聚焦模块；同轴送丝机构包括：送丝杆；

准直模块设置在发射激光束的激光器出口一侧，平行光束产生模块设置在准直模块准直激光束的输出光路端一侧，聚焦模块设置在平行光束产生模块将激光束变为平行光束的输出光路端一侧；送丝杆的末端设置在聚焦模块将平行光束汇聚形成的交点位置；

准直模块用于：将激光器发射的激光束进行准直，以获得准直光束；平行光束产生模块用于：将准直光束进行分光反射，以变换为多道平行光束；聚焦模块用于：将多道平行光束汇聚到交点，以获得汇聚光束；送丝杆80用于：基于汇聚光束，同轴输送丝材90以进行激光加工。

示例性地，准直模块可以是：由将入射的发射光束进行准直处理的准直镜10等光学元件或具有该功能的光学元件搭建的光路系统组成，准直镜10是一种常见的光学元件，主要用于将光线准直，使光线按预定方向传播，准直镜10通常可由透镜或反射镜组成，具有较高的透射率和反射率。平行光束产生模块可以是：由将准直光束变为发散性的光束群，再将光束群的发散性变得平行，形成光束传输方向一致的平行光束群的多分光面反射镜等光学元件或具有该功能的光学元件搭建的光路系统组成，其中，光束群里面每道光束均保持平行光束特性。聚焦模块可以是：将平行光束群变为汇聚光束群的聚焦镜50等光学元件或有该功能的光学元件搭建的光路系统组成，其中，汇聚光束群里面每道光束均呈现汇聚性。

可选地，光纤激光器出射点发散光到准直镜10后获得准直光束，准直光束后经过多分光面反射镜分光反射，形成具有发散性的光束群，光束群里面每道光束均保持平行光束特性，在光束群入射到多分光面反射镜再次反射后，形成光束传输方向一致的光束群，即平行光束群，同样的，平行光束群里面每道光束依旧保持平行特性，当平行光束群经过聚焦镜50后，获得汇聚光束群，汇聚光束群里面每道光束均呈现汇聚性。汇聚光束群汇聚到一个交点，该汇聚交点也是汇聚光束群里面每道光束的焦点位置，此时汇聚交点的光斑能量分布与光纤激光器光纤输出端能量分布一致。由于入射光束与出射光束均是多道分光光束，相邻光束之间存在一定间距，结构设计时绕光轴适度调整多分光面反射镜后可避开分光光束与送丝杆80干涉；送丝杆80竖直送丝，在丝材90进入送丝杆80输送时，丝材90一定范围内可以保证直度，在直度范围内与光路汇聚点作用，可确保送丝加工应用的稳定性。

通过提出一种多分光同轴送丝光学系统，基于准直光束特性、分光反射特性，实现多道平行光，配合聚焦特性可实现多道光束汇聚为一点，同时结合同轴送丝机构光内出丝特性，可大幅提高送丝材90料利用效率、激光加工速度、加工质量与一致性，光路结构简单，适用于光纤激光器送丝激光加工，尤其适用于高功率光纤激光送丝焊接、送丝熔覆等激光加工应用，提高了加工精度。

在一个实施例中，该平行光束产生模块包括：第一斜面反射镜20、凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30；第一斜面反射镜20、凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30依次设置准直模块准直激光束的输出光路端一侧；第一斜面反射镜20用于改变准直光束的传输方向至凸型多分光面反射镜40的输入光路端；凸型多分光面反射镜40用于对准直光束进行分光反射，以变换为发散光束群；凹型多分光面反射镜30用于对发散光束群进行再次分光反射，以变换为传输方向一致的多道平行光束。

示例性地，第一斜面反射镜20可以是：规则柱状斜面反射镜，典型形状包含圆形柱状、矩形柱状，反射面为平面，光束偏转角为30°-150°，均有且仅有一个中心对称面。可选地，光纤激光器出射点发散光到准直镜10后获得准直光束，准直光束经过第一斜面反射镜20反射，改变传输方向，再由凸型多分光面反射镜40分光反射，形成具有发散性的光束群，在光束群入射到凹型多分光面反射镜30后，原有的发散性变得平行，即形成了光束传输方向一致的光束群，即平行光束群。通过第一斜面反射镜20、凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30搭建的平行光束产生系统，光路结构简单，相较于无光机干涉的透射式环形光路而言，凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30更容易加工，整体光路成本更低，提高了送丝材90料利用效率。

在一个实施例中，该凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30均为圆形柱状分光反射镜；圆形柱状分光反射镜包括多个反射面，多个反射面中相邻两个反射面的交线交汇于一个顶点，所有交线的夹角相等且在同一个圆锥面上。

示例性地，凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30均可以是圆形柱状的多分光面反射镜，均具有n个反射面，其中n≥3，每个反射镜面均为平面，每种镜片所有相邻反射分光镜面之间的交线交汇于一个顶点，所有相邻交线夹角相等且在同一个圆锥面上。可选地，如图2所示，凸型多分光面反射镜40的圆锥面向外凸，中心区域可为实心区域，镜面交线交汇于外部顶点；如图3所示，凹型多分光面反射镜30的圆锥面向内凹，中心区域可为中空区域，镜面交线交汇于内部顶点。凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30、为金属反射镜，可内置水冷通道，可直接水冷，相较于熔融石英反射镜而言，有助于提高承受功率上限，保证高功率下激光加工头的稳定性。通过设置圆柱状的凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30，更容易加工，整体光路成本更低。

在一个实施例中，凸型多分光面反射镜40与凹型多分光面反射镜30平行放置；圆形柱状分光反射镜的光束偏转角取值范围包括30°至150°。

示例性地，在图1的实施例中，凸型多分光面反射镜40可与凹型多分光面反射镜30平行设置，凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30的反射分光镜面具有相同的光束偏转角，即光在经过凸型多分光面反射镜40与凹型多分光面反射镜30的两个反射面传播时，出射方向和入射方向的夹角的取值范围适宜处于30°至150°，可以是30°、40°…150°等角度，两个镜面一一对应平行放置。通过设置这个角度范围的反射面，基于凸型多分光面反射镜40与凹型多分光面反射镜30分光反射可以实现多道平行光特性，能够降低板材搭接宽度及装夹要求，有利于送丝杆80送丝与激光产生稳定性的作用。

在一个实施例中，凹型多分光面反射镜30为中空的圆形柱状分光反射镜，圆形柱状分光反射镜的中空区域用于传输多道平行光束。

示例性地，凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30为金属反射镜，常见材料可以是铜、铝合金等，内部可设冷却水通道；凹型多分光面反射镜30可以是图3中的中空镜片，中空部分用于为从平行设置的凸型多分光面反射镜40反射来的光束群提供一个传输通道，使得在光束群入射到凹型多分光面反射镜30后，原有的发散性变得平行，形成光束传输方向一致的平行光束群，进入下一个聚焦模块所在的光学系统中。相较于反射式环形光路而言，有效解决了激光与送丝杆80的干涉问题，在多模光纤耦合输出激光束下能够保证聚焦焦点及附近离焦光斑能量分布为平顶分布；相较于无光机干涉的透射式环形光路而言，凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30更容易加工，整体光路成本更低。通过设置中空的凹型多分光面反射镜30，帮助通光，有利于光路系统集成化、微小化，降低了成本。

在一个实施例中，聚焦模块包括：聚焦镜50、第二斜面反射镜60和中空保护镜70；聚焦镜50、第二斜面反射镜60和中空保护镜70依次设置平行光束产生模块将激光束变为平行光束的输出光路端一侧；聚焦镜50用于将多道平行光束进行汇聚，以获得汇聚光束群；第二斜面反射镜60用于改变汇聚光束群的传输方向至中空保护镜70的输入光路端；中空保护镜70用于通过折射汇聚该汇聚光束群至交点，以获得汇聚光束。

示例性地，第二斜面反射镜60可以是：同第一斜面反射镜20类似，可为规则柱状斜面反射镜，典型形状包含圆形柱状、矩形柱状，反射面为平面，光束偏转角为30°-150°，均有且仅有一个中心对称面，其可以是中空镜片。中空保护镜70可以是：透射式的光学镜片，圆形柱状外形，材料包含熔融石英、蓝宝石、硫化锌等，也可以是中空镜片。那么，第二斜面反射镜60、中空保护镜70的中空部分可用于放置送丝杆80。可选地，当平行光束群经过聚焦镜50后，获得汇聚光束群，汇聚光束群里面每道光束均呈现汇聚性，汇聚光束群再由第一斜面反射镜20反射、中空保护镜70折射后，汇聚到一个交点，该汇聚交点也是汇聚光束群里面每道光束的焦点位置，此时汇聚交点光斑能量分布与光纤激光器光纤输出端能量分布一致。由于第二斜面反射镜60入射光束与出射光束均是多道分光光束，相邻光束之间存在一定间距，结构设计时绕光轴适度调整凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30后可避开分光光束与送丝杆80干涉；送丝杆80竖直送丝，在丝材90进入送丝杆80输送时，丝材90一定范围内可以保证直度，在直度范围内与光路汇聚交点作用，可确保送丝激光加工应用的稳定性。

在一个实施例中，准直模块包括：准直镜10；准直镜10设置在发射激光束的激光器出口一侧，用于将激光束进行准直，以获得准直光束。

示例性地，准直镜10可以是：一种准直光束的光学元件，主要用于将光线准直，使光线按预定方向传播，准直镜10通常可由透镜或反射镜组成，具有较高的透射率和反射率。光学系统入射光源为光纤耦合输出激光器点发散光源，入射光源依次经过准直镜10、第一斜面反射镜20、凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30、聚焦镜50、第二斜面反射镜60、中空保护镜70后聚焦为一个交点，汇聚交点位于聚焦镜50聚焦的焦平面上。通过对入射的发散光束进行准直后，有助于第一斜面反射镜20进行集中反射，有利于形成质量好的汇聚光束。

在一个实施例中，准直镜10、聚焦镜50及中空保护镜70均为圆柱状的透射式光学镜片，第二斜面反射镜60、中空保护镜70均为中空的反射镜片。

示例性地，准直镜10、聚焦镜50及中空保护镜70可以是透射式光学镜片，圆形柱状外形，材料可以是熔融石英、蓝宝石、硫化锌等；第二斜面反射镜60可以为金属反射镜，材料可以是铜、铝合金，内部设有冷却水通道。请继续查看图1的实施例结构，第二斜面反射镜60、中空保护镜70均可以是中空的反射镜片，中空部分可用于放置送丝杆80，光学系统为保证第二斜面反射镜60的入射光束、出射光束均不与送丝杆80发生干涉，结构设计时可绕光轴适度调整凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30以避免该问题。特别地，第一斜面反射镜20、凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30、第二斜面反射镜60均可为金属反射镜，内置水冷通道，可直接水冷，相较于熔融石英反射镜而言，有助于提高承受功率上限，保证高功率下激光加工头的稳定性。

在一个实施例中，准直镜10的中心轴与第一斜面反射镜20中心对称面共面；第一斜面反射镜20、凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30、聚焦镜50、第二斜面反射镜60柱面的中心轴同轴；中空保护镜70的中心轴与第二斜面反射镜60中心对称面共面；送丝杆80设置于第二斜面反射镜60和中空保护镜70的中空区域。

示例性地，请继续查看图1的实施例结构，准直镜10的中心轴可与第一斜面反射镜20中心对称面共面，第一斜面反射镜20、凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30、聚焦镜50、第二斜面反射镜60柱面中心轴同轴，中空保护镜70的中心轴与第二斜面反射镜60中心对称面共面；凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30的反射分光镜面平行设置；丝材90通过设置于第二斜面反射镜60和中空保护镜70的中空区域中的送丝杆80输送后，其中心与光斑汇聚交点的中心重合，在丝材90进入送丝杆80输送时，丝材90一定范围内可以保证直度，在直度范围内与光路汇聚点作用，从而确保送丝激光加工应用的稳定性。

在一个实施例中，送丝杆80的末端与所述交点的距离在预设范围内；其中，所述预设范围与交点的尺寸有关。

示例性地，入射光源依次经过准直镜10、第一斜面反射镜20、凸型多分光面反射镜40、凹型多分光面反射镜30、聚焦镜50、第二斜面反射镜60、中空保护镜70后聚焦为一个交点，该交点即为光束汇聚点，光束汇聚点位于聚焦镜50聚焦的焦平面上。光束汇聚点与送丝杆80末端的距离可控制在一个预设范围内，例如图1实施例结构中的10mm～30mm之间，使得丝材90通过送丝杆80输送后，中心可与上述光束光斑汇聚点的中心重合；其中，该预设范围可根据实际应用场景具体设定。相较于反射式环形光路而言，可有效解决激光与送丝杆80的干涉问题，在多模光纤耦合输出激光束下能够保证聚焦焦点及附近离焦光斑能量分布为平顶分布。通过设置送丝杆80末端与汇聚光束聚焦点的距离，能够提高高功率下激光加工头的稳定性。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。在本申请实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同轴送丝光学装置，其特征在于，所述装置包括：汇聚光束模块和同轴送丝机构；

所述汇聚光束模块包括：准直模块、平行光束产生模块、聚焦模块；所述同轴送丝机构包括：送丝杆；

所述准直模块设置在发射激光束的激光器出口一侧，所述平行光束产生模块设置在所述准直模块准直所述激光束的输出光路端一侧，所述聚焦模块设置在所述平行光束产生模块将所述激光束变为平行光束的输出光路端一侧；所述送丝杆的末端设置在所述聚焦模块将所述平行光束汇聚形成的交点位置；

所述准直模块用于：将激光器发射的激光束进行准直，以获得准直光束；所述平行光束产生模块用于：将所述准直光束进行分光反射，以变换为多道平行光束；所述聚焦模块用于：将所述多道平行光束汇聚到所述交点，以获得汇聚光束；所述送丝杆用于：基于所述汇聚光束，同轴输送丝材以进行激光加工。

2.根据权利要求1所述的同轴送丝光学装置，其特征在于，所述平行光束产生模块包括：第一斜面反射镜、凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜；

所述第一斜面反射镜、凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜依次设置所述准直模块准直所述激光束的输出光路端一侧；

所述第一斜面反射镜用于改变所述准直光束的传输方向至所述凸型多分光面反射镜的输入光路端；所述凸型多分光面反射镜用于对所述准直光束进行分光反射，以变换为发散光束群；所述凹型多分光面反射镜用于对所述发散光束群进行再次分光反射，以变换为传输方向一致的多道平行光束。

3.根据权利要求2所述的同轴送丝光学装置，其特征在于，所述凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜均为圆形柱状分光反射镜；

所述圆形柱状分光反射镜包括多个反射面，所述多个反射面中相邻两个反射面的交线交汇于一个顶点，所有交线的夹角相等且在同一个圆锥面上。

4.根据权利要求3所述的同轴送丝光学装置，其特征在于，所述凸型多分光面反射镜与所述凹型多分光面反射镜平行放置；所述圆形柱状分光反射镜的光束偏转角取值范围包括30°至150°。

5.根据权利要求3或4所述的同轴送丝光学装置，其特征在于，所述凹型多分光面反射镜为中空的圆形柱状分光反射镜，所述圆形柱状分光反射镜的中空区域用于传输所述多道平行光束。

6.根据权利要求1所述的同轴送丝光学装置，其特征在于，所述聚焦模块包括：聚焦镜、第二斜面反射镜和中空保护镜；

所述聚焦镜、第二斜面反射镜和中空保护镜依次设置所述平行光束产生模块将所述激光束变为平行光束的输出光路端一侧；

所述聚焦镜用于将所述多道平行光束进行汇聚，以获得汇聚光束群；所述第二斜面反射镜用于改变所述汇聚光束群的传输方向至所述中空保护镜的输入光路端；所述中空保护镜用于通过折射汇聚所述汇聚光束群至所述交点，以获得汇聚光束。

7.根据权利要求1所述的同轴送丝光学装置，其特征在于，所述准直模块包括：准直镜；

所述准直镜设置在发射激光束的激光器出口一侧，用于将所述激光束进行准直，以获得准直光束。

8.根据权利要求1-7任一所述的同轴送丝光学装置，其特征在于，准直镜、聚焦镜及中空保护镜均为圆柱状的透射式光学镜片，第二斜面反射镜、中空保护镜均为中空的反射镜片。

9.根据权利要求8所述的同轴送丝光学装置，其特征在于，所述准直镜的中心轴与第一斜面反射镜中心对称面共面；所述第一斜面反射镜、凸型多分光面反射镜、凹型多分光面反射镜、聚焦镜、第二斜面反射镜柱面的中心轴同轴；所述中空保护镜的中心轴与所述第二斜面反射镜中心对称面共面；所述送丝杆设置于所述第二斜面反射镜和中空保护镜的中空区域。

10.根据权利要求9所述的同轴送丝光学装置，其特征在于，所述送丝杆的末端与所述交点的距离在预设范围内；其中，所述预设范围与送丝杆的尺寸有关。