CN2699320Y - 激光器的对焦设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光器的对焦设备，使用被对焦激光器的激光枪和光缆，该设备包括：可见光光源，提供可见光，与光缆的一端相连；滤镜，与光缆的另一端相连，滤镜输出的可见光输入至激光枪；成像装置，激光枪输出的经聚焦后的光线在成像装置上形成光斑；观察装置，可使用观察装置观察成像装置上的光斑，以光斑为依据调节激光枪焦点的位置。在采用了本实用新型的技术方案后，对焦装置首先采用可视光代替激光来为激光器的激光枪进行对焦，由于可视光对于肉眼无害，可直接观察可视光的对焦情况，因此能够达到准确对焦的要求，在完成对焦之后，在将光源换成激光即可。该设备的结构简单，对焦准确，较好地解决了现有技术中的对焦不易的问题。

Description

激光器的对焦设备

技术领域

本实用新型涉及激光器的对焦设备，更具体地说，涉及使用可见光来辅助对焦的对焦设备。

背景技术

随着激光设备越来越多地应用到机械加工设备的行列中，对于如何更好地是利用激光器，出现了很多新的课题有待完善。比如，激光器的对焦方法在激光器的应用中起着很重要的作用。

根据激光器工作的原理，请参考图1，图1所示的是常用的激光器中最重要的组成部分，激光枪的结构。见图1，激光束103从激光发生器(图中未示出)射出，经过光缆(图中也没有示出)到达激光枪100，激光枪100内的聚焦镜107将激光束聚焦成很小的光点(其最小值可小于0.1mm)，使焦点处达到很高的功率密度(可超过10⁶W/CM²)。这时光束输入(由光能转换)的热量远远超过被工件材料反射、传导或扩散部分，材料很快加热至汽化温度蒸发形成孔洞。随着光束与工件相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄(如0.1mm左右)的切缝。切边受热影响很小，基本没有工件热变形问题。图1中，激光枪100除了上面提到的部件外，还包括下述的部件：用于观察的目镜101、激光束准直仪102，折射用的45度平面镜104、冷却接口105。由于图1所示的激光枪100是用于切割工件的激光枪，所以其还包括切割辅助气体入口106，同时，图1中还示出了工件109。

通过上面的描述可知，激光器尤其是其中的激光枪的焦点与工件切割表面的相对位置对保证切割质量尤为重要。由于焦点处功率密度最高，在大多数情况下，切割时焦点位置刚处在工件切割表面或稍微在表面以下。图2示出了焦点的位置和切割孔的深度以及形状之间的关系。可见，将焦点保持在工件的表面上或者稍微在表面以下得到的切割孔的效果最佳。在整个切割过程中，确保焦点与工件相对位置恒定是获得稳定的切割质量的重要条件。有时，透镜受温度影响而引起焦长变化，或者镜片保养等等，这就需要及时调整焦点位置。

目前的对焦方法有：烧斑法、红外摄像法、小孔扫描法等。其中烧斑法最为常用，因为，此法只要取一张湿纸贴在工件表面打印即可，简便易行，为大多数用户所采纳。但是，此法仅能向人们提供大致的焦点轮廓，由于材料的横向热传导效应，使烧取的焦点图样失真，有时模糊不清，所以此法只能作为粗略的参考。且因为激光对人体有害，所以需要注意的发射光的安全防护问题。于是，就需要一种简便易行又能够较为准确的提供对焦的设备。

发明内容

针对现有技术中由于激光不能直接肉眼观察造成的对焦不精确的缺陷。本实用新型的目的是提供一种使用可视光辅助对焦的设备，通过对肉眼无害的可视光来辅助激光器的对焦。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种激光器的对焦设备，使用被对焦激光器的激光枪和光缆，该设备包括：可见光光源，提供可见光，与所述光缆的一端相连；滤镜，与所述光缆的另一端相连，所述滤镜输出的可见光输入至所述激光枪；成像装置，所述激光枪输出的经聚焦后的光线在所述成像装置上形成光斑，以此光斑作为调节所述激光枪焦点位置的依据；观察装置，可使用所述观察装置观察所述成像装置上的光斑，以所述光斑为依据调节所述激光枪焦点的位置。

按照本实用新型的一个实施例，所述激光器是用于切割的激光器。对于该用于切割的激光器，所述成像装置为一支架，具有与所述用于切割的激光器加工的工件相同的结构，所述支架的成像面即是所述工件被加工时所述激光器加工的面。例如，所述支架与连杆工件具有相同的结构，所述支架内部有一空腔，其一端为成像面。该支架可包括机架、腔体和对焦架，其中光斑位于腔体的一个端面上。

按照本实用新型的一个实施例，所述观察装置至少包括一目镜和一转镜。例如，观察装置包括：一“”的连接管，其中安装有转镜，连接管的一端通过一锁紧螺丝与成像装置相连，另一端连接到一伸缩套，伸缩套的长度可调节，所述伸缩套连一目镜。另外，根据不同的需要，所述观察装置还可包括一组或多组用于折射的平面镜组以及一组或多组透镜组。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的对焦装置首先采用可视光代替激光来为激光器的激光枪进行对焦，由于可视光对于肉眼无害，可直接观察可视光的对焦情况，因此能够达到准确对焦的要求，在完成对焦之后，在将光源换成激光即可。该设备的结构简单，对焦准确，较好地解决了现有技术中的上述问题。

附图说明

本实用新型的特征、本质和优势将在下述结合附图和实施例的描述之后变得更加明显，在附图中，相同的附图标记表示相同的特征，其中：

图1是目前使用的激光器的激光枪的结构图；

图2是焦点位置和切割的孔的情况的关系图；

图3是光的聚焦特性的示意图；

图4是本实用新型的对焦设备的光学原理图；

图5是按照本实用新型的一个实施例的对焦设备的结构图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和附图来进一步描述本实用新型的设计原理。

在此之前，首先介绍一下了光的聚焦特性，分析一下可见光的焦点是否与激光焦点同位。

激光在聚焦后得到的光斑直径可根据艾里衍射理论算出：

$d=\frac{2.4\mathrm{f\λ}}{D}$

其中d为光斑直径，f为物镜焦距，λ为光的波长，D为物镜有效直径。

图3示出了光的聚焦特性，从图3中可以看出，在物镜焦距f和物镜有效直径D在现有的设备中已经确定的情况下，光斑的大小就取决于光波的长度，所以不同的光波就会形成不同大小的光斑。对于拥有多种光波长度的灯光(由多种可见光组合而成)来说，其聚焦原理同样遵从上述法则。如图3所示，几种不同波长的光在聚焦时，各自以不同大小的光斑同时显现在一个焦点截面上，光斑的中心是照明光源的倍光，其外缘会呈现斑斓的色彩。这种现象其实是多层单色光斑叠加的结果。根据艾里衍射理论，光波越长，其光斑直径就越大。那么，在同等光束直径下，激光(波长1060nm)的光斑是否比可见光(波长400nm～700nm)的光斑大呢？其实未必。由于激光具有良好的方向性、相干性，使其在空间能够进行直进式传播，虽然激光在衍射效应下有一定的发散性，但将其压缩至衍射临界值并不困难。而可见光压缩至很小的光斑却非常困难，这是由于其本身方向性、空间相干性差形成较大发散性的缘故。所以，可见光的光斑直径大于激光光斑。

就激光与可见光的上述特性而言，激光具有空间相干性，能够在聚焦镜的作用下产生高功率密度，形成高温。而可见光不能达到这样的效果，只是形成的光斑大而无力罢了。这对于用来验对激光焦距并无妨碍，因为聚焦镜的焦距f并没有因为光波长度的变化而改变。所以，利用可见光能够实现辅助对焦。既是首先使用可见光来对聚焦镜的焦距f进行调节，在对焦完毕之后将光源换成激光，由于焦距f不变，因此激光其是也已完成对焦。

由此，本实用新型采用下述的技术方案来实现上述目的：

一种激光器的对焦设备，使用被对焦激光器的激光枪和光缆，该设备包括：

可见光光源，提供可见光，与光缆的一端相连；

滤镜，与光缆的另一端相连，滤镜输出的可见光输入至激光枪；

成像装置，激光枪输出的经聚焦后的光线在成像装置上形成光斑，以此光斑作为调节激光枪焦点位置的依据；

观察装置，可使用观察装置观察成像装置上的光斑，以光斑为依据调节所述激光枪焦点的位置。

图4所示的是本实用新型的对焦设备的光学原理图，如图4所示，该结构应包括可视光光源401，光缆402、滤镜403、激光枪404、成像装置405和观察装置406。其中光缆402和激光枪404是激光器原有的部件，原先光缆402连接至激光发生器，将激光输入到激光枪404中，在使用对焦设备进行对焦时，将光缆402连接到可视光光源401，可视光光源401可以使用灯光来实现。比如在图4中表示为一个灯箱，其连接到光缆402的一端，光缆402的另一端具有滤镜403，可视光通过滤镜403后输入到激光枪404中，在图4中，激光枪被简化为两个透镜和一个平面镜的形式。之后，经过激光枪聚焦的可视光在成像装置405上形成光斑，该光斑即是用来进行对焦。对于成像装置405，其可根据实际被加工的工件的不同而具有不同的结构，在使用对焦装置时，应该注意使用和将要被加工的工件具有相同结构的成像装置，其中成像装置405中的成像面即是工件被加工时激光器加工的面。这在下面会结合具体的实施例进行进一步的描述。观察装置406是用来观察成像装置405中的光斑的，由于可见光成像的光斑可能亮度较弱，因此使用观察装置406来进行观察能够得到更为精确的结果。观察装置406的结构和通用的光学装置类似。一般来说，至少应该具有一目镜410和一转镜412，在图4所示的光学示意图中，还具有一组用于折射的平面镜组414和一组透镜416，根据不同的需要，平面镜组和透镜组的数量是可以变化的。在使用该对焦设备时，打开可见光光源401后，可见光通过光缆402、滤镜403、激光枪404到达成像装置405形成光斑，通过调节观察装置406中的目镜410，使观察达到最佳的清晰效果。此时，可根据成像装置405中的光斑的大小来判断并调节激光枪404的焦点的最佳位置。

下面举一例来具体说明，在激光器的应用中，切割用的激光器最为常用，例如，在加工发动机连杆的工艺中，采用激光切割使可缩短工件的物流时间，提高连杆的制造效率，大幅度降低了制造成本。在加工连杆的过程中，需要一个微小的开口作为引导。形成这个开口就是采用激光切割。针对用于该工艺中的激光器，本实用新型的对焦设备的一个实施例具有如下的结构，参考图5。在图5中，成像装置405为具有与连杆工件相同的结构的支架，该支架的内部有一空腔，其一端为成像面，该成像面即是加工连杆工件时的加工面。继续参考图5，图中的可视光光源401在该实施例中为一灯箱，灯箱内有一诸如灯泡的光源。光缆402的一端连接在灯箱上，另一端安装有滤镜403，激光枪404在该图中仍然使用简略的虚线框表示，具体的结构可参考图1。成像装置405，如前面所述的，在该实施例中具有与连杆工件相同的结构，具体包括机架500、腔体502和对焦架504，其中光斑506位于腔体502的一个端面上。观察装置406。在该实施例中，观察装置406具有下述的结构，一“”的连接管508，其中安装有转镜412，连接管508的一端通过一锁紧螺丝510与成像装置405中的对焦架504相连，另一端连接到一伸缩套512，伸缩套512可的长度可调节，伸缩套512连接目镜410，在该实施例中，目镜410为Hass公司生产的Hass目镜，当然使用其他的目镜也是可以的。图5中的光路走向如514。在该实施例中，没有用于折射的平面镜组414和透镜416，但是熟悉本领域的技术人员应该理解，如果需要，在其它的实施例中可以使用一组或多组的平面镜组和/或透镜组，这并不应该被理解为超出本实用新型的范围之外。

在采用了本实用新型的技术方案之后，本实用新型的对焦装置首先采用可视光代替激光来为激光器的激光枪进行对焦，由于可视光对于肉眼无害，可直接观察可视光的对焦情况，因此能够达到准确对焦的要求，在完成对焦之后，在将光源换成激光即可。该设备的结构简单，对焦准确，较好地解决了现有技术中的对焦不准的问题。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (8)

1.一种激光器的对焦设备，使用被对焦激光器的激光枪和光缆，其特征在于，该设备包括：

可见光光源，提供可见光，与所述光缆的一端相连；

滤镜，与所述光缆的另一端相连，所述滤镜输出的可见光输入至所述激光枪；

成像装置，所述激光枪输出的经聚焦后的光线在所述成像装置上形成光斑，以此光斑作为调节所述激光枪焦点位置的依据；

观察装置，可使用所述观察装置观察所述成像装置上的光斑，以所述光斑为依据调节所述激光枪焦点的位置。

2.如权利要求1所述的对焦设备，其特征在于，所述激光器是用于切割的激光器。

3.如权利要求2所述的对焦设备，其特征在于，所述成像装置为一支架，具有与所述用于切割的激光器加工的工件相同的结构，所述支架的成像面即是所述工件被加工时所述激光器加工的面。

4.如权利要求3所述的对焦设备，其特征在于，所述支架与连杆工件具有相同的结构，所述支架内部有一空腔，其一端为成像面。

5.如权利要求4所述的对焦设备，其特征在于，所述支架包括机架、腔体和对焦架，其中光斑位于腔体的一个端面上。

6.如权利要求1所述的对焦设备，其特征在于，所述观察装置至少包括一目镜和一转镜。

7.如权利要求6所述的对焦设备，其特征在于，所述观察装置还包括一组或多组用于折射的平面镜组以及一组或多组透镜组。

8.如权利要求6所述的对焦设备，其特征在于，所述观察装置包括：一“”的连接管，其中安装有转镜，连接管的一端通过一锁紧螺丝与成像装置相连，另一端连接到一伸缩套，伸缩套的长度可调节，所述伸缩套连一目镜。

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