专利名称：光路长度补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种补偿装置，特别是一种光路长度补偿装置，属于激光技术领域。
背景技术：
激光光束经过聚焦后可获得极高的能量密度，将其运用于工业生产，已成功的实现了切割、打孔、焊接和材料改性，如热处理、熔融及涂敷等。激光在空间传播过程中还是有一定的发散，通常二氧化碳轴流激光的光束发散角为2毫弧度，二氧化碳横流激光的光束发散角为3毫弧度，YAG激光光束的发散角为4毫弧度。因此随着光程的增加，光斑直径也就发生了变化。以光程4米、光束发散角2毫弧度为例，近程与远程光斑的变化量为8毫米。不同直径的光斑通过聚焦后在同一位置的能量密度不同，因此在全光程中，存在着对工件加工质量不均衡的缺陷。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光路长度补偿装置，使其为光束在空间传播过程中，保证光程长度不变，改善光束的质量，提高激光加工质量。本实用新型通过如下技术方案实现，主要包括激光发生器、第一光束反射镜座、第二光束反射镜座、光束加工头、联体反射镜座运动导轨副、皮带支架运动导轨副、张紧皮带轮、拖动皮带轮、传动齿型皮带、皮带拖动支架、传动齿轮、皮带张紧机构、滑动板，其连接方式为激光发生器固定设置于第一光束反射镜座直线运动方向的前方，第一光束反射镜座，第二光束反射镜座分别设置于滑动板的两端，拖动皮带轮固定在滑动板的中部，滑动板设置于反射镜座运动导轨副之上，拖动皮带轮的下端通过轴承设有传动齿轮，传动齿轮与齿条啮合，齿条设置于反射镜座运动导轨副内侧，皮带拖动支架的两端分别连接光束加工头、传动齿型皮带，皮带拖动支架沿着皮带支架运动导轨副运动，传动齿型皮带连接拖动皮带轮、张紧皮带轮，光束加工头通过伺服电机、丝杠或齿条驱动，光束加工头与第一光束反射镜座、第二光束反射镜座的运动速比为2∶1，皮带张紧机构设置于张紧皮带轮的下端，反射镜座运动导轨副、皮带支架运动导轨副，以及光束加工头运动方向呈平行直线运动。
工作时，激光发生器固定设置于第一光束反射镜座直线运动方向的前方，第一光束反射镜座，第二光束反射镜座分别与滑动板的两端固定连接，组成联体光束反射镜座，拖动皮带轮固定在滑动板的中部位置上，滑动板设置于反射镜座运动导轨副之上，可沿反射镜座运动导轨副进行往返运动，拖动皮带轮的下端通过轴承设有传动齿轮，传动齿轮与齿条啮合，齿条设置于反射镜座运动导轨副内侧，当拖动皮带轮旋转时就带动传动齿轮一同旋转，传动齿轮沿齿条带动滑动板可进行往返运动。光束加工头为主动运动装置，通常可通过丝杠、齿条等驱动，光束加工头通过皮带拖动支架与传动齿型皮带连接，光束加工头运动后，通过连接件皮带拖动支架带动传动齿型皮带一起运动，传动齿型皮带运动后带动拖动皮带轮旋转运动，拖动皮带轮下端连接传动齿轮、齿条，因此带动滑动板进行直线运动，联体反射镜座也就作直线运动，这样光束加工头与第一光束反射镜座，第二光束反射镜座的运动关系就建立起来了，按照一定的传动比，最佳运动速比为2∶1，保证了光束加工头在加工的全过程中光程长度保持不变。反射镜座运动导轨副、皮带支架运动导轨副，以及光束加工头运动方向，三者保持平行直线运动，是保证光程长度不变的基本条件之一。传动齿型皮带连接拖动皮带轮与张紧皮带轮，皮带张紧机构设置于张紧皮带轮下端，起着调节传动齿型皮带的松紧合适程度。
本实用新型的工作原理为激光发生器所产生的光束投向处于初始位置的第一光束反射镜座，光束通过第一光束反射镜座投向处于初始位置的第二光束反射镜座，光束通过第二光束反射镜座投向处于初始位置的移动式光束加工头；A为光束从激光发生器到第一光束反射镜座之间的光程距离，B为第一光束反射镜座到第二光束反射镜座之间的光程距离，C为第二光束反射镜座到光束加工头之间的光程距离。当移动式光束加工头从初始位置移动到终止位置时，第一、第二光束反射镜座也相应地从初始位置移动到终止位置；A’为光束从激光发生器到第一光束反射镜座终止位置之间的光程距离，B’为光束从第一光束反射镜座终止位置到第二光束反射镜座终止位置之间的光程距离，C’为光束从第二光束反射镜座终止位置到光束加工头终止位置之间的光程距离。
从激光发生器发出的光束沿第一光束反射镜座、第二光束反射镜座、光束加工头方向传播。当光束加工头由初始位置移动到其终止位置时，第一、第二光束反射镜座也同步由初始位置移动到终止位置。第一光束反射镜座的初始位置到其终止位置的距离为A-A’，光束加工头的初始位置到其终止位置的距离为C’+(A-A’-C)，光束加工头与第一、第二光束反射镜座之间通过传动机结构建立起的运动几何关系为C’+(A-A’-C)＝2(A-A’)。
上述几何关系推演出A+C＝A’+C’。其结果说明光束加工头的初始位置的光路长度与光束加工头的终止位置的光程长度一致，根据移动式光束加工头运动与从动的第一、第二光束反射镜座之间通过传动机构建立起的运动几何关系可以使光束加工头的移动过程中的任意位置的光路长度相等。因此可以保证移动式光束加工头在远近的全加工范围内光路长度保持恒定。获得均匀的光斑直径，确保聚焦后光点的能量密度一致，在工件上得到均匀的加工质量。
本实用新型使光束加工头在远近的全加工范围内光路长度保持恒定，获得均匀的光斑直径，确保聚焦后光点的能量密度一致，有效改善光束的质量，使之得到均匀的加工质量，从而提高对工件的加工质量。
图1一种光路长度补偿装置结构示意图。
图2一种光路长度补偿装置的原理图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型主要包括激光发生器1、第一光束反射镜座2、第二光束反射镜座3、光束加工头4、联体反射镜座运动导轨副5、皮带支架运动导轨副6、张紧皮带轮7、拖动皮带轮8、传动齿型皮带9、皮带拖动支架10、传动齿轮11、皮带张紧机构12、滑动板13，其连接方式为激光发生器1固定设置于第一光束反射镜座2直线运动方向的前方，第一光束反射镜座2，第二光束反射镜座3分别设置于滑动板13的两端，拖动皮带轮8固定在滑动板13的中部位置上，滑动板13设置于反射镜座运动导轨副5之上，拖动皮带轮8的下端通过轴承设有传动齿轮11，传动齿轮11与齿条啮合，齿条设置于反射镜座运动导轨副5内侧，光束加工头4通过皮带拖动支架10与传动齿型皮带9连接，皮带拖动支架10沿着皮带支架运动导轨副6运动，传动齿型皮带9连接拖动皮带轮8与张紧皮带轮7。
光束加工头4与第一光束反射镜座2、第二光束反射镜座3的运动速比为2∶1。
皮带张紧机构12设置于张紧皮带轮7的下端。
反射镜座运动导轨副5、皮带支架运动导轨副6，以及光束加工头4运动方向呈平行直线运动。
光束加工头4通过伺服电机、丝杠或齿条驱动。
权利要求1.一种光路长度补偿装置，主要包括激光发生器(1)、光束加工头(4)，其特征在于还包括第一光束反射镜座(2)、第二光束反射镜座(3)、联体反射镜座运动导轨副(5)、皮带支架运动导轨副(6)、张紧皮带轮(7)、拖动皮带轮(8)、传动齿型皮带(9)、皮带拖动支架(10)、传动齿轮(11)、皮带张紧机构(12)、滑动板(13)，其连接方式是激光发生器(1)固定设置于第一光束反射镜座(2)直线运动方向的前方，第一光束反射镜座(2)，第二光束反射镜座(3)分别设置于滑动板(13)的两端，拖动皮带轮(8)固定在滑动板(13)的中部位置上，滑动板(13)设置于反射镜座运动导轨副(5)之上，拖动皮带轮(8)的下端通过轴承设有传动齿轮(11)，传动齿轮(11)与齿条啮合，齿条设置于反射镜座运动导轨副(5)内侧，光束加工头(4)通过皮带拖动支架(10)与传动齿型皮带(9)连接，皮带拖动支架(10)沿着皮带支架运动导轨副(6)运动，传动齿型皮带(9)连接拖动皮带轮(8)、张紧皮带轮(7)。
2.根据权利要求1所述的这种光路长度补偿装置，其特征在于光束加工头(4)与第一光束反射镜座(2)、第二光束反射镜座(3)的运动速比为2∶1。
3.根据权利要求1所述的这种光路长度补偿装置，其特征在于皮带张紧机构(12)设置于张紧皮带轮(7)的下端。
4.根据权利要求1所述的这种光路长度补偿装置，其特征在于反射镜座运动导轨副(5)、皮带支架运动导轨副(6)，以及光束加工头(4)运动方向呈平行直线运动。
5.根据权利要求1所述的这种光路长度补偿装置，其特征在于光束加工头(4)通过伺服电机、丝杠或齿条驱动。
专利摘要一种光路长度补偿装置，属于激光加工技术领域。主要包括激光发生器、联体移动光束反射镜座、光束加工头、联体反射镜座的运动导轨副、皮带支架运动导轨副、拖动皮带轮、传动齿型皮带、皮带拖动支架、传动齿轮、滑动板，激光发生器固定设置于第一光束反射镜座直线运动方向前方，两个光束反射镜座分别设置于滑动板两端，拖动皮带轮固定在滑动板的中部，滑动板设置于反射镜座运动导轨副之上，传动齿轮与齿条啮合，光束加工头通过皮带拖动支架与传动齿型皮带连接。本实用新型为光束在加工运动过程中，保持光程长度恒定，确保聚焦后的光点能量密度一致，主要应用于激光加工技术领域。
文档编号B23K26/02GK2576402SQ02261358
公开日2003年10月1日 申请日期2002年11月7日 优先权日2002年11月7日
发明者吴建国, 罗敬文, 宋维建, 孟凡昌, 沈晖 申请人:上海团结百超数控激光设备有限公司