CN2573142Y - 一种激光宽带扫描转镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种激光宽带扫描转镜，包括壳体、其上下面板分别开有入光孔和出光孔，其特征在于所述壳体内一侧安装有均布20－40个反射镜面构成的转镜，其传动轴通过壳体一侧上轴承座与壳体外传动机构连接；壳体内另一侧安装有镜组调节装置，且其与壳体内中上部安装的聚焦镜组相连接；聚焦镜组内水平安装有平面反射镜和抛物聚焦镜，前者安装在靠近转镜一侧，且位置应使其工作面与聚焦镜组的上光孔和所述入光孔垂直对应，而后者安装在靠近镜组调节装置一侧，且位置应使其与聚焦镜组的下光孔和位于该孔正下方的平面反射镜工作面垂直对应；平面反射镜工作面与所述转镜的工作面水平对应；所述出光孔位于所述反射镜面工作面的正下方。
Description
(一)技术领域
本实用新型涉及一种激光光束成形装置，具体为一种激光扫描转镜，国际专利分类号拟为Int.Cl.7B23K26/00。
(二)背景技术
激光光束成形装置常用于进行金属材料的加工和表面处理。激光扫描转镜即是激光光束成形装置中的一种，主要用于材料表面的处理，如激光淬火、熔凝合金化、激光涂敷等。按激光光束成形的形状划分，激光形成的光斑可以分为点光斑、线光斑和矩形光斑。其中，线光斑和矩形光斑可以用于宽带激光表面处理。文献《激光热处理用的宽带激光光束处理装置》(中国激光，1987；(1)56)介绍了一种宽带激光光束处理装置，其组合镜的适用功率小于3KW，不能进行高功率和宽带激光加工；国外文献《国际光学与光电子会议录》(《Increasing the fecxiblility of beam integrating mutifacetedmirrors for high power laser surface treatment》SPIE Proc 1998；(1024))介绍了一种电磁振动激光镜，由于其振动惯性的影响，使激光扫描速度不稳定，光斑边缘强度大，光斑中心强度小，光斑不均匀，影响加工效果和质量；文献《激光应用杂志》(《The segmented aperture intergrator in materialsprocessing》Journal of la ser application 1990，2(2)：18-23)和文献《国际光学与光电子会议录》(《Novel shaping optics of CO2 Laser beam：LSVoptics principle and application》SPIE Proc 1990；(1276)202)分别介绍了激光组合积分镜和激光波导镜，它们能得到最大长度或宽度不超过20mm的方形或矩形光斑，适用于激光功率为20-30KW的激光加工。介于3-20KW之间的激光多面转镜式宽带镜技术尚属空白。此外，进口的超大功率的激光扫描仪器价格十分昂贵，一般难以承受。
(三)发明内容
为克服现有光斑成型装置的上述不足，本实用新型提供一种激光宽带扫描转镜，它适用功率为3-10KW的激光加工，且所得光斑强度分布均匀，并价格便宜。
本实用新型解决所述技术问题的技术方案是设计一种激光宽带扫描转镜，包括壳体、其上面开有入光孔，其下面开有出光孔，其特征在于所述壳体内的一侧安装有均布20-40面反射镜面构成的转镜，其传动轴通过壳体一侧上的轴承座与壳体外的传动机构相连接；壳体内的另一侧安装有镜组调节装置，且其与壳体内中上部安装的聚焦镜组相连接；聚焦镜组内水平安装有平面反射镜和抛物聚焦镜，平面反射镜安装在靠近转镜一侧，且位置应使其工作面与聚焦镜组的上光孔和所述入光孔垂直对应，而抛物聚焦镜的安装在靠近镜组调节装置一侧，且位置应使其工作面与聚焦镜组的下光孔和位于该孔正下方的平面反射镜工作面垂直对应；平面反射镜的工作面与所述转镜的工作面水平对应；所述出光孔位于所述反射镜面工作面的正下方。
本实用新型由于采用了独特的转镜扫描结构设计，与现有技术相比，激光加工耗用功率范围适中，扫描宽度大，可达10-30mm，并连续可调，且激光光束稳定，强度分布均匀。此外，本实用新型的可比价格仅是国外的1/10，具有良好的应用前景和市场竞争力。
(四)附图说明
图1是本实用新型转镜的原理和结构示意图。其中：1——入射激光束、2——聚焦镜组(包括聚焦镜组盒体、平面反射镜3和抛物聚焦镜4)、3——平面反射镜、4——抛物聚焦镜、5——平面反射镜、6——转镜、7——扫描光斑、8——加工平面、9——镜组调节装置、10——壳体、11——入光孔、12——出光孔、13——转镜轴、14——轴承座、15——聚焦镜组上光孔、16——聚焦镜组下光孔、17——反射镜面。
(五)具体实施方式
下面结合实施例及其附图详细叙述叙述本实用新型：
本实用新型的激光宽带扫描转镜(参见图1)，包括壳体10(激光宽带扫描转镜壳体)、其上面板开有入光孔11，其下面板开有出光孔12，其特征在于所述壳体10内的一侧安装有一个均布20-40面反射镜面17构成的转镜6，其传动轴13通过壳体10一侧上的轴承座14与壳体10外的传动机构相连接(传动机构为常规机构，图中未画出)；壳体10内的另一侧安装有镜组调节装置9，且其与壳体10内中上部安装的聚焦镜组2相连接；聚焦镜组2盒体内水平安装有平面反射镜3和抛物聚焦镜4，平面反射镜3安装在靠近转镜6一侧，且位置应使其工作面与上光孔15和所述壳体10上的入光孔11垂直对应，而抛物聚焦镜4的安装在靠近镜组调节装置9一侧，且位置应使其工作面与聚焦镜组2的下光孔16(聚焦镜组2盒体下盒板)和位于该孔正下方的平面反射镜5工作面垂直对应；平面反射镜5的工作面与所述转镜6的工作面水平对应；所述出光孔12位于所述反射镜面17工作面的正下方。
本实用新型激光宽带扫描转镜的结构与工作原理是：入射激光束1，经过转镜壳体10上面的入光孔11和聚焦镜组2上面与入光孔11位置垂直对应的上光孔15，投射在聚焦镜组2内与所述上光孔15位置垂直对应的平面反射镜3上后，反射到聚焦镜组2内与之对应水平安装的抛物聚焦镜4上；经后者聚焦后，通过聚焦镜组2下面与抛物聚焦镜4位置对应的下光孔16，又投射给与之位置垂直对应的平面反射镜5上；然后光束再投射在的转镜6的反射镜面17上；转镜6由均布在其圆周上的20-40面反射镜面17构成，在传动轴13的驱动下，可以高速旋转，且速度可调。作为光束展宽元件的转镜6，在连续高速旋转时，反射镜面17会把聚焦后由平面反射镜5投射来的光束经位于转镜6正下方的出光孔12，连续反射扫描到被加工机件的工作面8上，形成聚焦的线状光斑；所得线状光斑通过与工件(工作面8)的相对运动，即可实现大面积宽带激光加工处理，实现本实用新型的技术目的。
本实用新型所述的反射镜面17可以设计为多种形体，均布在转镜6上的数量为20-40面，但不受限定，以满足光束的有效反射，转镜6的结构(如直径、安装、冷却等)设计和激光功率要求为原则。本实用新型的进一步特征是所述的转镜6为4 5度斜棱台多面体，其棱台外侧均布有20--40个反射镜面(17)，内为水冷却结构，实施例的数量为28片。
本实用新型激光宽带扫描转镜设计有多处调节点：所述的镜组调节装置9采用齿条齿轮结构与所述的聚焦镜组2连接，可以整体调节后者的高低位置，即可以同时调节平面反射镜3和抛物聚焦镜4的高低位置；所述的平面反射镜5也设计有弹簧调节装置(图1中未画出)，它可以使平面反射镜5水平移动和水平转动。调节点的设计可以保证光束反射或聚焦准确和高效。此外，通过调节激光宽带扫描转镜与被加工工件之间的相对高度和焦点位置，可以实现线光斑尺寸(如线光斑的长度和粗细)的调节。
为了提高光传输效率和设备使用寿命，本实用新型激光宽带扫描转镜的进一步特征在于所述的平面反射镜3、抛物聚焦镜4、平面反射镜5和反射镜面17均为金属反射镜，并且所述金属反射镜的工作镜面均附有可擦拭的镀金层。本实用新型激光宽带扫描转镜的进一步特征还在于所述的平面反射镜3、抛物聚焦镜4、平面反射镜5和反射镜片面均为水冷却结构设计，以满足大范围高功率激光宽带扫描的要求，避免所述金属反射镜的变形以及防止炸镜。
本实用新型实施例的激光宽带扫描转镜性能是：激光功率调节范围为1-10KW；激光扫描宽度可达10-30mm，并连续可调，且激光扫描线状光斑光束稳定，强度分布均匀。
Claims (6)
1.一种激光宽带扫描转镜，包括壳体(10)、其上面板开有入光孔(11)，其下面板开有出光孔(12)，其特征在于所述壳体(10)内的一侧安装有均布20-40个反射镜面(17)构成的转镜(6)，其传动轴(13)通过壳体(10)一侧上的轴承座(14)与壳体(10)外的传动机构相连接；壳体(10)内的另一侧安装有镜组调节装置(9)，且其与壳体(10)内中上部安装的聚焦镜组(2)相连接；聚焦镜组(2)内水平安装有平面反射镜(3)和抛物聚焦镜(4)，平面反射镜(3)安装在靠近转镜(6)一侧，且位置应使其工作面与聚焦镜组(2)的上光孔(15)和所述入光孔(11)垂直对应，而抛物聚焦镜(4)安装在靠近镜组调节装置(9)一侧，且位置应使其工作面与聚焦镜组(2)的下光孔(16)和位于该孔正下方的平面反射镜(5)工作面垂直对应；平面反射镜(5)的工作面与所述转镜(6)的工作面水平对应；所述出光孔(12)位于所述反射镜片(17)工作面的正下方。
2.根据权利要求1所述的激光宽带扫描转镜，其特征在于所述的转镜(6)为45度斜棱台多面体，其棱台外侧均布有20--40个反射镜面(17)。
3.根据权利要求1或2所述的激光宽带扫描转镜，其特征在于所述的平面反射镜(3)、抛物聚焦镜(4)、平面反射镜(5)和反射镜面(17)均为金属反射镜。
4.根据权利要求3所述的激光宽带扫描转镜，其特征在于所述金属反射镜的工作镜面均附有可擦拭的镀金层。
5.根据权利要求1.2或4所述的激光宽带扫描转镜，其特征在于所述的平面反射镜(3)、抛物聚焦镜(4)、平面反射镜(5)和反射镜面(17)均为水冷却结构。
6.根据权利要求3所述的激光宽带扫描转镜，其特征在于所述的平面反射镜(3)、抛物聚焦镜(4)、平面反射镜(5)和反射镜面(17)均为水冷却结构。
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