WO2019109500A1 - 一种分光装置 - Google Patents

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张�杰
周云申
陶沙
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英诺激光科技股份有限公司
常州英诺激光科技有限公司
江苏微纳激光应用技术研究院有限公司
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
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    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms

Definitions

  • the present application relates to a laser processing apparatus, and in particular to a spectroscopic apparatus.
  • the spectroscopic methods on the laser welding machine mainly include time splitting and energy splitting.
  • Time splitting is to divide a beam of laser light into two or more optical paths in chronological order to realize the division of multiple stations.
  • each optical path can completely output laser energy.
  • Energy splitting is to split a beam of laser light into two or more optical paths at the same time, which enables simultaneous processing of multiple stations, but each station does not output the full energy of the laser.
  • the advantage of using a spectroscopic device in a welding machine is that it rapidly welds different areas of the workpiece while greatly reducing the movement of the workpiece, thereby improving processing efficiency and improving accuracy.
  • the patented time-split patent technology of the prior art is the same as the core principle, that is, the total reflection lens is used to reflect the laser beam into the optical fiber of different optical paths, but the implementation is different.
  • the technical problem to be solved by the present application is to overcome the singularity of the prior art, and to propose a new spectroscopic device that can realize energy splitting and time splitting on the same device.
  • the present application discloses a spectroscopic device including a laser and a beam expander mounted after the laser, and a time splitting system and an energy splitting system installed after the beam expander The time splitting system and the energy splitting system are both connected to the beam expander through a first total reflection mirror.
  • the time splitting system comprises at least one fiber coupler and an optical fiber corresponding to the coupler, and the optical fiber is connected to the total reflection mirror system through a corresponding fiber coupler.
  • the energy splitting system comprises a first polarization beam splitting mirror and a second total reflection mirror connected behind the first polarization beam splitting mirror. ⁇ 0 2019/109500 ⁇ (:1' 2018/074524
  • the first polarizing beam splitter is further connected with at least one splitting sub-module, each sub-module comprising a sub-light polarization rotating device and a sub-full mirror and a sub-connector connected to the light polarization rotating device Polarizing beam splitter.
  • the second total reflection mirror is further connected with at least one beam splitting sub-module, each sub-module includes a sub-light polarization rotation device, and a sub-full mirror respectively connected behind the light polarization rotation device And sub-polarization beamsplitters.
  • a first optical polarization rotating device is further disposed between the first all-mirror and the first polarizing beam splitter.
  • the first light polarization rotating device is composed of a first wave plate and a first hollow rotating motor.
  • the sub-light polarization rotating device is composed of a 1 ⁇ 2 wave plate and a hollow rotating electrical machine.
  • the polarization beam splitting mirror divides a bundle of linearly polarized light into two beams of light having a polarization direction.
  • the 1 ⁇ 2 wave plate and the sub-wave plate are both wave plates for changing the polarization direction of the light beam; the first hollow rotating electric machine and the sub-hollow rotating electric machine both rotate the light beam at different angles. , a motor that obtains beams of different polarization directions.
  • the splitting function of the laser welding machine is mostly one of time splitting and energy splitting, and if a splitting device is designed, both functions can be realized simultaneously.
  • the application range is larger and more competitive; it has great market prospects and economic value.
  • FIG. 1 is a schematic structural view of a spectroscopic device according to an embodiment
  • Embodiment 1 This embodiment discloses a light splitting device, which includes a laser and is mounted on a laser ⁇ 0 2019/109500 ⁇ (:1' 2018/074524
  • the beam expander 2 after the optical device 1 further includes a time splitting system and an energy splitting system mounted after the beam expander; the time splitting system and the energy
  • the beam splitting system is connected to the beam expander through a first total reflection mirror.
  • the time splitting system comprises four fiber couplers 11 and a number of optical fibers 12 corresponding to the coupler 11, the fibers 12 being connected to the total reflection mirror system by corresponding fiber couplers 11.
  • the energy splitting system includes first light polarization rotating devices 4 and 5, a first polarization beam splitting mirror 6 and a second total reflection mirror 7 connected after the first polarization beam splitting mirror 6.
  • the first polarization beam splitting mirror 6 is further connected with a beam splitting sub-module, each of which includes a sub-light polarization rotating device 8 and a sub-polarization beam splitting mirror 9 connected behind the light polarization rotating device 8 And sub total reflection mirror 10.
  • the second total reflection mirror 7 is further connected with a beam splitting sub-module, each sub-module comprising a sub-light polarization rotation device 8, and a sub-polarization beam splitter 9 and sub total reflection respectively connected after the light polarization rotation device Mirror 10.
  • the sub-beam rotating device 8 is composed of a sub-wave plate and a sub-hollow rotating motor.
  • a first light polarization rotating device is further disposed between the first all-mirror mirror 3 and the first polarization beam splitting mirror 6.
  • the first beam rotating device is composed of a first wave plate 4 and a first hollow rotating motor 5.
  • the first polarization beam splitting mirror 6 divides a bundle of linearly polarized light into two beams of light having a polarization direction.
  • the 1 ⁇ 2 wave plate and the sub-wave plate are both wave plates for changing the polarization direction of the beam; the hollow rotating electric machine and the sub-hollow rotating electric machine both rotate the light beam at different angles to obtain beams of different polarization directions. Motor.
  • Time splitting operation When the total reflection mirror (first one) is turned on, the laser does not enter the optical path after the mirror. A fiber coupler that reflects to the different optical paths by swinging the first total reflection mirror at different angles.

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Abstract

一种分光装置，包括激光器（1）和安装于激光器（1）后的扩束镜（2），还包括装于扩束镜（2）后的时间分光系统和能量分光系统；时间分光系统与能量分光系统都通过一个第一全反射镜（3）与扩束镜（2）相连接。目前激光焊接机的分光功能多数是时间分光与能量分光的其中一种，以上分光装置可以同时实现这两种功能，应用范围更大。

Description

\¥0 2019/109500 卩（：17 謂18/074524
一种分光装置
[0001] 本申请是以申请号为 201711312366.2， 申请日为 2017年 12月 7日的中国专利申请 为基础， 并主张其优先权， 该申请的全部内容在此作为整体引入本申请中。
[0002] 技术领域
[0003] 本申请属于激光加工装置， 具体涉及一种分光装置。
[0004] 背景技术
[0005] 目前激光焊接机上的分光方式主要有时间分光和能量分光两种， 时间分光是将 激光器的一束光按照时间先后顺序分给 2个及以上的光路中， 实现多个工位的分 时加工， 每一光路都可完全输出激光器能量。 能量分光则是将激光器的一束光 同时分成 2束及以上的光路， 可实现多个工位的同时加工， 但每个工位不会输出 激光器的全部能量。
[0006] 焊接机中使用分光装置的优势在于在大大减少工件移动的情况下快速焊接工件 的不同区域， 从而提高加工效率， 并提高精度。 但目前， 现有技术汇总的时间 分光专利技术从核心原理上一样， 就是利用全反射镜片将激光器光束反射进不 同光路的光纤， 只是在实现方式上有所差别。
[0007] 申请内容
[0008] 为此， 本申请所要解决的技术问题在于克服现有技术的单一性， 从而提出一种 可实现能量分光和时间分光在同一装置上体现的新的分光装置。
[0009] 为解决上述技术问题， 本申请公开了一种分光装置， 所述分光装置包括激光器 和安装于激光器后的扩束镜， 还包括装于扩束镜后的时间分光系统和能量分光 系统； 所述时间分光系统与所述能量分光系统都通过一个第一全反射镜与所述 扩束镜相连接。
[0010] 优选的， 所述时间分光系统包括至少一个光纤耦合器和与所述耦合器对应数量 的光纤， 所述光纤通过对应的光纤耦合器与所述全反射镜系统相连接。
[0011] 优选的， 所述能量分光系统包括第一偏振分束镜和连接在第一偏振分束镜之后 的第二全反射镜。 \¥0 2019/109500 卩（：1' 2018/074524
[0012] 优选的， 所述第一偏振分束镜后还连接有至少一个分束子模块， 每个子模块包 括一个子光偏振旋转装置以及连接在所述光偏振旋转装置之后的子全反射镜和 子偏振分束镜。
[0013] 优选的， 所述第二全反射镜后还连接有至少一个分束子模块， 每个子模块包括 一个子光偏振旋转装置， 以及分别连接在所述光偏振旋转装置之后的子全反射 镜和子偏振分束镜。
[0014] 优选的， 所述第一全反光镜和所述第一偏振分束镜之间还设置有一个第一光偏 振旋转装置。
[0015] 优选的， 所述第一光偏振旋转装置由第一 ½波片和第一空心旋转电机组成。
[0016] 优选的， 所述子光偏振旋转装置由 ½波片和空心旋转电机组成。
[0017] 优选的， 当所述第一全反射镜收起， 偏振分束镜将一束线偏振光分成偏振方向 垂直的两束光。
[0018] 更为优选的， 所述 ½波片和子 ½波片都是用于改变光束的偏振方向的波片； 所 述第一空心旋转电机和子空心旋转电机都是对光束进行不同角度的旋转， 得到 不同偏振方向的光束的电机。
[0019] 本申请的上述技术方案相比现有技术具有以下优点 :目前激光焊接机的分光功 能多数是时间分光与能量分光的其中一种， 如果设计一个分光装置可以同时实 现这两种功能， 应用范围更大， 更有竞争力;具有极大的市场前景和经济价值。
[0020] 附图说明
[0021] 为了使本申请的内容更容易被清楚的理解， 下面根据本申请的具体实施例并结 合附图， 对本申请作进一步详细的说明， 其中
[0022] 图 1 是实施例所述分光装置的结构示意图；
[0023] 图中附图标记表示为： 1 -激光器； 2 -扩束镜； 3 -第一全反射镜； 4 -第一½波片；
5 -第一空心旋转电机； 6 -第一偏振分束镜； 7 -第二全反射镜； 8 -光偏振旋转装置 ; 9 -子偏振分束镜； 10 -子全反射镜； 11 -光纤稱合器； 12 -光纤。
[0024] 具体实施方式
[0025] 实施例
[0026] 实施例 1本实施例公开了一种分光装置， 所述分光装置包括激光器和安装于激 \¥0 2019/109500 卩（：1' 2018/074524 光器 1后的扩束镜 2, 还包括装于扩束镜后的时间分光系统和能量分光系统； 所 述时间分光系统与所述能量分光系统都通过一个第一全反射镜与所述扩束镜相 连接。
[0027] 所述时间分光系统包括 4个光纤耦合器 11和与所述耦合器 11对应数量的光纤 12 ， 所述光纤 12通过对应的光纤耦合器 11与所述全反射镜系统相连接。
[0028] 所述能量分光系统包括第一光偏振旋转装置 4和 5、 第一偏振分束镜 6和连接在 第一偏振分束镜 6之后的第二全反射镜 7。
[0029] 所述第一偏振分束镜 6后还连接有一个分束子模块， 每个子模块包括一个子光 偏振旋转装置 8以及连接在所述光偏振旋转装置 8之后的子偏振分束镜 9和子全反 射镜 10。 所述第二全反射镜 7后还连接有一个分束子模块， 每个子模块包括一个 子光偏振旋转装置 8， 以及分别连接在所述光偏振旋转装置之后的子偏振分束镜 9和子全反射镜 10。 所述子光束旋转装置 8由子½波片和子空心旋转电机组成。
[0030] 所述第一全反光镜 3和所述第一偏振分束镜 6之间还设置有一个第一光偏振旋转 装置。 所述第一光束旋转装置由第一½波片 4和第一空心旋转电机 5组成。 当所述 第一全反射镜 3收起， 第一偏振分束镜 6将一束线偏振光分成偏振方向垂直的两 束光。
[0031] 所述 ½波片和子 ½波片都是用于改变光束偏振方向的波片； 所述空心旋转电机 和子空心旋转电机都是对光束进行不同角度的旋转， 得到不同偏振方向的光束 的电机。
[0032] 工作原理
[0033] 1.时间分光操作： 打开全反射镜 （第一个） ， 则激光不会进入到反射镜后的光 路。 通过对第一全反射镜进行不同角度摆动反射到不同光路的光纤耦合器。
[0034] 2.能量分光操作： 关闭第一全反射镜， 即激光进入到 4/5装置， 之后经过后 面的偏振分束镜， 通过第一空心旋转电机 5对第一½波片 4的旋转， 实现激光不同 偏振方向能量的配比， 从而实现对激光能量的不同配比。
[0035] 显然， 上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例， 而并非对实施方式的限定 。 对于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可以做出其它不 同形式的变化或变动。 这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 而由此所 \¥0 2019/109500 卩（：1' 2018/074524 引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。
发明概述
技术问题
问题的解决方案
发明的有益效果

Claims

\¥0 2019/109500 卩（：17 謂18/074524 权利要求书
[权利要求 1] 一种分光装置， 其特征在于， 所述分光装置沿方向设置有激光器、 扩 束镜， 和在扩束镜之后的时间分光系统和能量分光系统；
所述时间分光系统与所述能量分光系统都通过一个第一全反射镜与所 述扩束镜相连接。
[权利要求 2] 如权利要求 1所述的分光装置， 其特征在于， 所述时间分光系统包括 至少一个光纤耦合器和与所述耦合器对应数量的光纤， 所述光纤通过 对应的光纤耦合器与所述全反射镜系统相连接。
[权利要求 3] 如权利要求 2所述的分光装置， 其特征在于， 所述能量分光系统包括 至少一个第一偏振分束镜和连接在第一偏振分束镜之后的第二全反射 镜。
[权利要求 4] 如权利要求 3所述的分光装置， 其特征在于， 所述第一偏振分束镜后 还连接有至少一个分束子模块， 每个子模块包括一个子光偏振旋转装 置以及连接在所述光偏振旋转装置之后的子全反射镜和子偏振分束镜
[权利要求 5] 如权利要求 4所述的分光装置， 其特征在于， 所述第二全反射镜后还 连接有至少一个分束子模块， 每个子模块包括一个子光偏振旋转装置 ， 以及分别连接在所述光偏振旋转装置之后的子全反射镜和子偏振分 束镜。
[权利要求 6] 如权利要求 5所述的分光装置， 其特征在于， 所述第一全反光镜和所 述第一偏振分束镜之间还设置有一个第一光偏振旋转装置。
[权利要求 7] 如权利要求 6所述的分光装置， 其特征在于， 所述第一光偏振旋转装 置由第一 ½波片和第一空心旋转电机组成。
[权利要求 8] 如权利要求 7所述的分光装置， 其特征在于， 所述子光偏振旋转装置 由 ½波片和空心旋转电机组成。
[权利要求 9] 如权利要求 8所述的分光装置， 其特征在于， 当所述第一全反射镜收 起， 第一偏振分束镜将一束线偏振光分成偏振方向垂直的两束光。
[权利要求 10] 如权利要求 9所述的分光装置， 其特征在于， 所述 ½波片和子½波片都 \¥0 2019/109500 卩（：17 謂18/074524 是用于改变光束的偏振方向的波片； 所述第一空心旋转电机和子空心 旋转电机都是对光束进行不同角度的旋转， 得到不同偏振方向的光束 的电机。
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