专利名称：一种基于扫描振镜的分时分焦装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种形成光束的装置及方法，尤其是一种利用扫描振镜进行分时分焦的装置及方法。
背景技术：
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微雕等各种加工工艺。为了适应各种不同用途的需要，在光路设计中要对焦点的位置和质量进行控制。例如，把具有很好光束质量的激光器应用激光切割时，能够取得很好的效果，然而，把同样一个激光器用于激光焊接时，却无法得到等同的质量。其原因，具有很好光束质量的激光用于焊接时，焦斑直径很小，会局部产生明显深溶穿透。许多焊接应用场合要求扩大焦斑面积。较大的焦斑面积可以改善架桥式的焊接效果，并且产生较低的热梯度和较宽的热作用区。在实际的焊接作业中，正越来越多地采用双焦技术，双焦技术不仅能显著第提高桥焊的可靠性，而且能显著的改善焊接品质。在现有技术中，双焦技术主要采用以下两种技术方案:1.屋脊分焦镜法。将屋脊反射镜与产生偏转光的抛物面聚焦反射镜相结合，可以在垂直于光路方向的同一平面形成双焦点。通过不同的屋脊取向的反射镜，可以调整双焦点之间的相对位置。2.双光路法。通过分光镜将光分 成两束，两路光分别通过一系列的光学元器件，最后分别在垂直于光路方向同一平面形成焦点。从屋脊分焦镜法来看，双焦点在在垂直于光路方向平面上，并且彼此不独立，不能单独控制每个焦点的能量与大小。从双光路法来看双焦点在在垂直于光路方向平面上，两焦点位置不能做相应的改变，自动化程度低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种全新的利用扫描振镜的分时分焦装置；同时，本发明还提供了采用所述装置进行分时分焦的方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种基于扫描振镜的分时分焦装置，包括依次设置的第一高反镜、第二高反镜、振镜、分焦装置、分光立方体和可调透镜组；所述分焦装置包括并列设置的第一分焦装置和第二分焦装置；所述第一分焦装置包括依次设置的第三高反镜、第一衰减器、第四高反镜和透镜组；所述第二分焦装置包括依次设置的第五高反镜和第二衰减器。本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置，利用扫描振镜的快速转动特性，将其应用在光路设计中，实现光路方向上的分时形成两个独立可控光斑。所述分光立方体是由一对直角棱镜很好的胶合在一起组合而成，使波前畸变最小化。一个棱镜的斜面上镀有专门为特定应用设计的多层分光膜。棱镜的四个外表面镀有V型红外膜或宽带膜，使表面反射损失在精确的波长范围内最小。作为本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置的优选实施方式，所述第二高反镜
与第一高反镜垂直设置。作为本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置的优选实施方式，所述第二高反镜垂直设于所述第一高反镜的上方，所述振镜与所述第二高反镜设于同一水平面。作为本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置的优选实施方式，所述第一分焦装置中的第三高反镜垂直设于所述振镜的上方，所述第一衰减器和第四高反镜与所述第三高反镜设于同一水平面，所述透镜组垂直设于所述第四高反镜的下方。作为本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置的优选实施方式，所述第二分焦装置的第五高反镜垂直设于所述振镜的下方，所述第二衰减器与所述第五高反镜设于同一水平面。作为本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置的优选实施方式，所述分光立方体垂直设于所述第一分焦装置中透镜组的下方，所述分光立方体与所述第二分焦装置中第二衰减器设于同一水平面。作为本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置的优选实施方式，所述可调透镜组垂直设于所述分光立方体的下方。作为本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置的优选实施方式，所述装置还包括激光器，所述激光器设于所述第一高反镜的前面。作为本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置的优选实施方式，所述激光器、第一高反镜、第二高反镜、振镜、分焦装置、分光立方体和可调透镜组均安装在光学平台上。另外，本发明的另一目的在于提供一种采用如上所述基于扫描振镜的分时分焦装置进行分时分焦的方法，所述方法包括以下步骤:(I)将激光器发出激光束，所述激光束依次通过第一高反镜和第二高反镜；(2)经过第二高反镜后的光束通过振镜分时形成两路光，其中第一路光依次通过第一分焦装置的第三高反镜、第一衰减器、第四高反镜和透镜组；第二路光依次通过第二分焦装置的第五高反镜和第二衰减器；(3)经过第一分焦装置后的第一路光透过分光立方体，然后经过可调透镜组的再次聚焦形成第一焦点；(4)经过第二分焦装置后的第二路光经过分光立方体折射90°，然后经过可调透镜组的聚焦形成第二焦点。 本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置，采用振镜对光路进行分时分光，利用振镜可以高频摆动的特点，实现光路的快速分时切换；同时对两路光分别采用衰减器进行能量控制，实现两路光的性能的独立控制；采用分光立方体将两路光整合，保证了两焦点在同一直线上，并且都在光路方向上，而不是在垂直于光路的同一平面上，通过调整可调透镜组的位置，而非通过屋脊分光镜，从而实现对两焦点的相对位置的自动化控制。本发明所述装置采用振镜，而非屋脊分光镜分光的方法，配合衰减器，可调节透镜组以及分光立方体，在光路方向上形成两个性能和位置均可方便调整的焦点，同时更加方便进行自动化控制。
图1为本发明所述基于扫描振镜的分时分焦装置的一种实施例的结构示意图。图中，10为第一高反镜、12为第二高反镜、20为振镜、32为第二高反镜、34为第一衰减器、36为第四高反镜、38为透镜组、42为第五高反镜、44为第二衰减器、50为分光立方体、60为可透镜组、62为第一焦点、64为第二焦点、70为激光器、72为第一路光、74为第二路光、80为光学平台。
具体实施例方式为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。本发明一种基于扫描振镜的分时分焦装置的一种实施例，如附图1所示，所述装置包括依次设置的第一高反镜10、第二高反镜12、振镜20、分焦装置、分光立方体50和可调透镜组60 ;所述分焦装置包括并列设置的第一分焦装置和第二分焦装置；所述第一分焦装置包括依次设置的第三高反镜32、第一衰减器34、第四高反镜36和透镜组38 ;所述第二分焦装置包括依次设置的第五高反镜42和第二衰减器44。所述激光束可依次通过第一高反镜10和第二高反镜12，然后通过振镜20分时形成两路光；所形成的第一路光72依次通过所述第一分焦装置的第三高反镜32、第一衰减器34、第四高反镜36和透镜组38 ;所形成的第二路光74依次通过所述第二分焦装置的第五高反镜42和第二衰减器44 ;分别通过第一分焦装置和第二分焦装置的第一路光72和第二路光74分时通过分光立方体50，所述第一路光72直接透过分光立方体50，经过可调透镜组60的再次聚焦形成第一焦点62 ;所述第二路光74经过分光立方体50折射90°，然后经过可调透镜组60的聚焦形成第二焦点64。所述装置中采用振镜20对光路进行分时分光，利用振镜20可以高频摆动的·特点，实现光路的快速分时切换，同时所述第一分焦装置和第二分焦装置分别包含第一衰减器34和第二衰减器44，所述两个衰减器(34、44)可分别对两路光进行能量控制，实现两束光的性能的独立控制。然后，采用分光立方体50将两路光整合，保证了两焦点(62、64)在同一直线上，并且都在光路方向，而不是在垂直于光路的同一平面上；通过调整可调透镜组60的位置，而非通过屋脊分光镜，从而实现对两焦点(62、64)的相对位置的自动化控制。较佳地，如附图1所示，所述第二高反镜12与第一高反镜10垂直设置。更佳地，如附图1所示，所述第二高反镜12垂直设于所述第一高反镜10的上方，所述振镜20与所述第二高反镜12设于同一水平面。较佳地，如附图1所示，所述第一分焦装置中的第三高反镜32垂直设于所述振镜20的上方，所述第一衰减器34和第四高反镜36与所述第三高反镜32设于同一水平面，所述透镜组38垂直设于所述第四高反镜36的下方。更佳地，如附图1所示，所述第二分焦装置的第五高反镜42垂直设于所述振镜20的下方，所述第二衰减器44与所述第五高反镜42设于同一水平面。较佳地，如附图1所示，所述分光立方体50垂直设于所述第一分焦装置中透镜组38的下方，所述分光立方体50与所述第二分焦装置中第二衰减器44设于同一水平面。较佳地，如附图1所示，所述可调透镜组60垂直设于所述分光立方体50的下方。较佳地，如附图1所示，所述装置还包括激光器70，所述激光器70设于所述第一高反镜10的前面。较佳地，所述激光器70、第一高反镜10、第二高反镜12、振镜20、分焦装置、分光立方体50和可调透镜组60均安装在光学平台80上。另外，本实施例还提供一种采用如上所述基于扫描振镜的分时分焦装置进行分时分焦的方法，所述方法包括以下步骤:(I)将激光器70发出激光束，所述激光束依次通过第一高反镜10和第二高反镜12 ；(2)经过第二高反镜后12的光束通过振镜20分时形成两路光(72、74)，其中第一路光72依次通过第一分焦装置的第三高反镜32、第一衰减器34、第四高反镜36和透镜组38 ;第二路光74依次通过第二分焦装置的第五高反镜42和第二衰减器44 ；(3)经过第一分焦装置后的第一路光72透过分光立方体50，然后经过可调透镜组60的再次聚焦形成第一焦点62 ；(4)经过第二分焦装置后的第二路光74经过分光立方体50折射90°，然后经过可调透镜组60的聚焦形成第二焦点64。上述所述采用基于扫描振镜的分时分焦装置进行分时分焦的方法中，首先使激光器70发出激光束，所述激光束依次通过第一高反镜10和第二高反镜12，通过第二高反镜12后的激光束反射到 振镜20上，利用振镜20可以高频摆动的特点，实现将所述激光束的快速分时切换，所述振镜20将激光束分为两路光，即第一路光72和第二路光74。所述第一路光72经过振镜20放射，依次通过第一分焦装置的第三高反镜32、第一衰减器34、第四高反镜36和透镜组38，所述第一衰减器34能够控制第一路光72光束的能量密度，所述透镜组38的位置是可以调节的；所述第二路光74依次通过第二分焦装置的第五高反镜42和第二衰减器44，所述第二衰减器44能够控制第二路光74光束的能量密度。因为所述第一路光72和第二路光74分别采用第一衰减器34和第二衰减器44进行能量控制，因此可实现对两路光的性能的独立控制。分别经过第一分焦装置和第二分焦装置后的第一路光72和第二路光74，分时通过分光立方体50，所述第一路光72直接透过分光立方体50，经过可调透镜组60的再次聚焦形成第一焦点62 ;而所述第二路光74经过分光立方体50折射90°，经过可调透镜组60的聚焦形成第二焦点64。采用分光立方体50将两路光整合，可保证所形成的第一焦点62和第二焦点64在同一直线上,并且都在一个光路上,而不是在垂直于光路的同一平面上。所述第一焦点52和第二焦点64的相对位置可通过调整可调透镜组60的位置进行控制，与现有技术采用的屋脊分光镜相比，可实现对两焦点的相对位置的自动化控制。最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
权利要求
1.一种基于扫描振镜的分时分焦装置，其特征在于，包括依次设置的第一高反镜、第二高反镜、振镜、分焦装置、分光立方体和可调透镜组； 所述分焦装置包括并列设置的第一分焦装置和第二分焦装置； 所述第一分焦装置包括依次设置的第三高反镜、第一衰减器、第四高反镜和透镜组； 所述第二分焦装置包括依次设置的第五高反镜和第二衰减器。
2.如权利要求1所述的基于扫描振镜的分时分焦装置，其特征在于，所述第二高反镜与第一高反镜垂直设置。
3.如权利要求2所述的基于扫描振镜的分时分焦装置，其特征在于，所述第二高反镜垂直设于所述第一高反镜的上方，所述振镜与所述第二高反镜设于同一水平面。
4.如权利要求1所述的基于扫描振镜的分时分焦装置，其特征在于，所述第一分焦装置中的第三高反镜垂直设于所述振镜的上方，所述第一衰减器和第四高反镜与所述第三高反镜设于同一水平面，所述透镜组垂直设于所述第四高反镜的下方。
5.如权利要求1或4所述的基于扫描振镜的分时分焦装置，其特征在于，所述第二分焦装置的第五高反镜垂直设于所述振镜的下方，所述第二衰减器与所述第五高反镜设于同一水平面。
6.如权利要求1或5所述的基于扫描振镜的分时分焦装置,其特征在于,所述分光立方体垂直设于所述第一分焦装置中透镜组的下方，所述分光立方体与所述第二分焦装置中第二衰减器设于同一水平面。
7.如权利要求6所述的基于扫描振镜的分时分焦装置，其特征在于，所述可调透镜组垂直设于所述分光立方体的下方。
8.如权利要求1所述的基于扫描振镜的分时分焦装置，其特征在于，所述装置还包括激光器，所述激光器设于所述第一高反镜的前面。
9.如权利要求1或8所述的基于扫描振镜的分时分焦装置，其特征在于，所述激光器、第一高反镜、第二高反镜、振镜、分焦装置、分光立方体和可调透镜组均安装在光学平台上。
10.一种采用如上任一所述基于扫描振镜的分时分焦装置进行分时分焦的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将激光器发出激光束，所述激光束依次通过第一高反镜和第二高反镜； (2)经过第二高反镜后的光束通过振镜分时形成两路光，其中第一路光依次通过第一分焦装置的第三高反镜、第一衰减器、第四高反镜和透镜组；第二路光依次通过第二分焦装置的第五高反镜和第二衰减器； (3)经过第一分焦装置后的第一路光透过分光立方体，然后经过可调透镜组的再次聚焦形成第一焦点； (4)经过第二分焦装置后的第二路光经过分光立方体折射90°，然后经过可调透镜组的聚焦形成第二焦点。
全文摘要
本发明公开一种利用扫描振镜的分时分焦装置，所述装置包括依次设置的第一高反镜、第二高反镜、振镜、分焦装置、分光立方体和可调透镜组；所述分焦装置包括并列设置的第一分焦装置和第二分焦装置；所述第一分焦装置包括依次设置的第三高反镜、第一衰减器、第四高反镜和透镜组；所述第二分焦装置包括依次设置的第五高反镜和第二衰减器。本发明所述装置采用振镜，而非屋脊分光镜分光的方法，配合衰减器，可调节透镜组以及分光立方体，在光路方向上形成两个性能和位置均可方便调整的焦点，同时更加方便进行自动化控制。同时，本发明还公开了采用所述装置进行分时分焦的方法，可方便简单的在光路方向上形成两个性能和位置均可方便调整的焦点。
文档编号B23K26/067GK103240524SQ20131019622
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月23日 优先权日2013年5月23日
发明者邓宇, 郭钟宁, 黄志刚 申请人:广东工业大学