一种光能加工装置及其加工方法与流程

本发明涉及光能加工技术领域，特别是涉及一种光能加工装置及其加工方法。适用于自动化控制精密机械加工或光机电加工一体化装置，激光加工机械及装置，光学零件加工领域。

背景技术：

强光源能(自然光)是一种清洁能源，取之不尽、用之不竭，也不会造成环境污染，强光源能产品越来越多，强光源能路灯、强光源能交通信号灯、强光源能手机、强光源能充电器、强光源能遥控器、强光源能热水器、强光源能电站等等，强光源能技术已经从高科技领域进入到人们的日常生活。

利用强光源能技术在金属加工领域的应用还很少，主要受限于所述光能的采集、传输以及汇聚加工等方面，所获得的光斑温度低，汇聚度不够，所以还不能满足金属加工领域的要求，另外，目前的光能加工转置，只能适用于户外加工，没能对光能进行传输再利用，使得光能切割的场所严重受限，难以进一步普及。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现要素：

本发明主要目的在于提出一种光能加工装置及其加工方法，以解决上述现有技术存在的温度低、汇聚度以及光能传输再利用困难的技术问题。

为此，本发明提出一种光能加工装置，包括光能模组，所述光能模组包括采光机构、聚光机构和工作头，所述采光机构包括多个导光管，所述多个导光管包括管体，和设于所述管体上的采光透镜组及传输透镜组，所述采光透镜组设于所述管体的采集端，用于收集光能，所述传输透镜组设于所述管体内部，用于改变光的传输方向，所述聚光机构包括聚光本体和设于所述聚光本体中的聚光透镜组，所述聚光机构设于所述管体的输出端下方，多个所述导光管的输出端垂直地均匀阵列排布在所述聚光透镜组的上方，用于将多个所述导光管输出的光进行汇聚，所述工作头设于所述聚光本体上。

优选地，本发明还可以具有如下技术特征：

所述聚光透镜组包括第一聚光透镜和第二聚光透镜，所述第一聚光透镜用于一次聚光，所述第二聚光透镜用于二次聚光。

所述第一聚光透镜为菲涅尔透镜。

多个所述导光管的输出端于所述聚光透镜组的上方均匀阵列排列成圆形。

所述导光管的输出端的形状为矩形、圆形或多边形。

还包括光源模组，所述光源模组和所述光能模组设于转换器上，用于光源条件不理想的情况下进行加工工作。

所述采光透镜组包括主采光镜和次采光镜，所述主采光镜进行光能的一次汇聚采集，所述次采光镜将所述一次汇聚采集的光转换成光密度大的平行光送至导光管中。

此外，本发明还提出了一种光能加工方法，利用上述的光能加工装置进行光能加工，包括以下步骤：

S1、采光机构采集光能，并对光能进行汇聚和转换，将采集的光能传输至导光管的采集端中；

S2、通过导光管中的传输透镜组将光能在管体中传输至输出端的管口，投射出光斑；

S3、多个均匀阵列排布的导光管将输出至管口的多个光斑垂直投射于所述聚光机构的聚光透镜组上，通过所述聚光透镜组将多个光斑进行聚焦，于聚光本体中形成焦点；

S4、形成焦点的光斑从工作头输出，用于加工。

优选地，本发明提出的方法还可包括以下技术特征：

该方法还包括于光源条件不理想的情况下运用光源模组进行加工工作，通过转换器进行光能模组和光源模组的切换。

在步骤S1中：通过主采光镜进行光能的一次汇聚采集，通过次采光镜对一次汇聚采集的光转换成光密度大的平行光送至导光管中；在步骤S3中：通过聚光透镜组的第一聚光透镜对光能进行一次聚光，通过第二聚光透镜对光能进行二次聚光。

本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明利用强光源能作为机械加工的能源，通过采集、传输、聚焦再利用以实现机械加工地有效进行，克服了现有的光能加工方法温度、场地的限制；本发明的光能模组采用多个导光管进行光能的收集，多个导光管户外的一端设有采光透镜组，另一端设有聚光透镜组，光能通过采光透镜组采集到，然后通过管体中多个传输透镜组进行传输，传输透镜组可将送入管体中的光能进行换向，这样，导光管可以根据室内的结构和户外的设置位置以合理的曲度进行设置，最终将多根导光管汇聚至聚光机构上方，实现光能的传输，聚光机构上方的输出端垂直地均匀阵列排布，以将各管口输出的光斑均匀地投影于聚光透镜组上，通过聚光透镜组实现采集到的光能的聚焦再利用；通过多根导光管进行光能的采集，最终汇聚在聚光机构上，确保了足够的入光量，使得经聚光机构聚光后的光斑光密度大大提高，以使加工光斑的温度大幅提高，满足机械加工或金属加工的要求。

此外，由于本发明在采集、传输、聚焦再利用的过程中，通过多次聚焦让光斑达到应有的汇聚度，在采集端，采光透镜组包括主采光镜和次采光镜，通过主采光镜进行光能的一次汇聚采集，通过次采光镜对一次汇聚采集的光转换成光密度大的平行光送至导光管中，送入管体中的光为经过一次汇聚采集的平行光，光斑大小适应管口的大小；在输出端，通过聚光透镜组的第一聚光透镜对光能进行一次聚光，此时获得光斑比一次汇聚采集后的平行光光斑更小，通过第二聚光透镜对光能进行二次聚光，此时的光斑大小可以用于加工生产，第一次聚光可以获得φ1～100mm的光斑，经第二次聚光后可以获得φ0.0001～φ1mm的光斑。

进一步的，结合转换器和光源模组可以弥补加工装置依赖天气的弊端，可用于光源条件不理想的情况下进行加工工作。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一的光能加工装置整体示意图。

图2是本发明具体实施方式一的采光机构示意图。

图3是本发明具体实施方式一的导光管示意图。

图4是本发明具体实施方式一的聚光机构示意图。

图5是本发明具体实施方式二的工作头切割工件示意图。

图6是本发明具体实施方式二的流程图。

1-导光管，2-聚光机构，3-工作头，4-采集端，5-主采光镜，6-次采光镜，7-管体，8-传输透镜组，9-输出端，10-管口，11-光斑，12-聚光本体，13-第二聚光透镜，14-第一聚光透镜，15-工件，16-第一管道透镜，17-第二管道透镜。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参照以下附图1-6，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。

实施例一：

本实施例提出一种光能加工装置，包括光能模组，所述光能模组包括采光机构、聚光机构2和工作头3，所述采光机构包括多个导光管1，所述多个导光管1包括管体7，和设于所述管体7上的采光透镜组及传输透镜组8，所述采光透镜组设于所述管体7的采集端4，用于收集光能，所述传输透镜组8设于所述管体7内部，用于改变光的传输方向，所述聚光机构2包括聚光本体12和设于所述聚光本体12中的聚光透镜组，所述聚光机构2设于所述管体7的输出端9下方，多个所述导光管1的输出端9垂直地均匀阵列排布在所述聚光透镜组的上方，用于将多个所述导光管1输出的光进行汇聚，所述工作头3设于所述聚光本体12上。

本实施例中具体的为，所述聚光透镜组包括第一聚光透镜14和第二聚光透镜13，所述第一聚光透镜14用于一次聚光，所述第二聚光透镜13用于二次聚光。所述采光透镜组包括主采光镜5和次采光镜6，所述主采光镜5进行光能的一次汇聚采集，所述次采光镜6将所述一次汇聚采集的光转换成光密度大的平行光送至导光管1中。

本实施例中，为了做到多次聚光，可以在传输透镜组8再增设聚光镜，如图3所示，在导光管内部设有用于将导光管中的光进行聚光的第一管道透镜16，和用于将聚光后的光源转换成平行光的第二管道透镜17，由此将获得的光斑进一步缩小，以满足加工的要求。

为了更好的聚光，多个所述导光管1的输出端9于所述聚光透镜组的上方均匀阵列排列成圆形，本实施例中，所述导光管1的输出端9的形状为矩形，优选为矩形能够在第一聚光透镜14获得更为均匀的光斑11，当然，本领域的技术人员还可以根据实际的情况设置其他形状，例如圆形或其他多边形等。

所述第一聚光透镜14为菲涅尔透镜，菲涅尔透镜具有比常规凸透镜体积更小，重量小，且加工成本小，并能获得比常规凸透镜更强的聚光能力。

本实施例，优选地，还包括光源模组，所述光源模组和所述光能模组设于转换器上，用于光源条件不理想的情况下进行加工工作。

利用本装置进行光能加工时，加工设备可设置在室内，采光机构设在室外的，可以为房顶或其他地方，通过在户外设置多个导光管1，来采集强光源光，可以保证足够的入光量，进而达到应有的加工温度，导光管1可以任意设置，通过传输透镜组8进行平行光的传输，最终汇聚在聚光机构2上，用于加工，实现了光能的传输，本实施例中传输透镜组8为多个设于管体7中的多个反射镜，通过该反射镜进行光的换向、切换。

多次聚光后可以获得φ0.0001-φ1mm的光斑，以实现利用光能进行机械或金属加工，利用强光源能作为机械加工的能源，能降低加工成本，提高加工精度。

实施例二：

本实施例提出了一种光能加工方法，利用上述的光能加工装置进行光能加工，如图6所示，包括以下步骤：

S1、采光机构采集光能，并对光能进行汇聚和转换，将采集的光能传输至导光管的采集端中；

S2、通过导光管中的传输透镜组将光能在管体中传输至输出端的管口10，投射出光斑；

S3、多个均匀阵列排布的导光管将输出至管口10的多个光斑垂直投射于所述聚光机构的聚光透镜组上，通过所述聚光透镜组将多个光斑进行聚焦，于聚光本体中形成焦点；

S4、形成焦点的光斑从工作头输出，用于加工。

优选地，本领域的技术人员可以根据实际情况增加光源模组，以弥补光能加工受天气影响较大的弊端，该方法还包括于光源条件不理想的情况下运用光源模组进行加工工作，通过转换器进行光能模组和光源模组的切换。

本实施例中，在步骤S1中：通过主采光镜进行光能的一次汇聚采集，通过次采光镜对一次汇聚采集的光转换成光密度大的平行光送至导光管中；在步骤S3中：通过聚光透镜组的第一聚光透镜对光能进行一次聚光，通过第二聚光透镜对光能进行二次聚光。

本实施例利用强光源能作为机械加工的能源，通过采集、传输、聚焦再利用以实现机械加工地有效进行，克服了现有的光能加工方法温度、场地的限制；本实施例的光能模组采用多个导光管进行光能的收集，多个导光管户外的一端设有采光透镜组，另一端设有聚光透镜组，光能通过采光透镜组采集到，然后通过管体中多个传输透镜组进行传输，传输透镜组可将送入管体中的光能进行换向，这样，导光管可以根据室内的结构和户外的设置位置以合理的曲度进行设置，最终将多根导光管汇聚至聚光机构上方，实现光能的传输，聚光机构上方的输出端垂直地均匀阵列排布，以将各管口输出的光斑均匀地投影于聚光透镜组上，通过聚光透镜组实现采集到的光能的聚焦再利用；通过多根导光管进行光能的采集，最终汇聚在聚光机构上，确保了足够的入光量，使得经聚光机构聚光后的光斑光密度大大提高，以使加工光斑的温度大幅提高，满足机械加工或金属加工的要求。

此外，由于本实施例在采集、传输、聚焦再利用的过程中，通过多次聚焦让光斑达到应有的汇聚度，在采集端，采光透镜组包括主采光镜和次采光镜，通过主采光镜进行光能的一次汇聚采集，通过次采光镜对一次汇聚采集的光转换成光密度大的平行光送至导光管中，送入管体中的光为经过一次汇聚采集的平行光，光斑大小适应管口的大小；在输出端，通过聚光透镜组的第一聚光透镜对光能进行一次聚光，此时获得光斑比一次汇聚采集后的平行光光斑更小，通过第二聚光透镜对光能进行二次聚光，此时的光斑大小可以用于加工生产，第一次聚光可以获得φ1～100mm的光斑，经第二次聚光后可以获得φ0.0001～φ1mm的光斑，如图5所示，为工作头对工件进行加工的示意图。

进一步的，结合转换器和光源模组可以弥补加工装置依赖天气的弊端，可用于光源条件不理想的情况下进行加工工作。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。