一种高效激光打孔及清洗光学系统的制作方法

本发明涉及激光扫描技术领域，尤其涉及一种高效激光打孔及清洗光学系统。

背景技术

自从20世纪60年代激光问世以来，激光技术得到了迅猛发展。围绕着激光的应用展开了研究，其中随着脉冲激光器发展，高重复频率和高峰值功率的脉冲激光器的出现，推动了激光打孔和激光清洗应用的发展。但是由于当前激光打孔和激光清洗主要采用的是振镜实现光束二维扫描，受制于振镜的最大工作角速度，以焦距为650mm的场镜配套为例，目前最大的扫描速度只能达到10m/min，制约了激光打孔和激光清洗的效率。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种高效激光打孔及清洗光学系统，其能够极大地提高激光扫描的速度，从而提高激光打孔或激光清洗的效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高效激光打孔及清洗光学系统，包括外壳、上盖、设于所述外壳外侧的光纤准直耦合器、耦合器法兰、场镜组件、电学接头，以及设于所述外壳内的扩束镜组件、反射镜组件、多面镜组件、电机组件、光电开关组件；

所述光纤准直耦合器通过所述耦合器法兰连接于所述外壳侧面，所述扩束镜组件设于所述光纤准直耦合器的激光射入方向上，所述反射镜组件设于所述扩束镜组件的激光射入方向上，并将激光反射至所述多面镜组件；所述电机组件传动连接于所述多面镜组件，以带动所述多面镜组件旋转，所述场镜组件设于所述多面镜组件的激光反射方向上。

作为本发明优选，所述扩束镜组件包括扩束镜支架和扩束镜，所述扩束镜支架设于所述外壳底面，其上部设有螺纹通孔，所述扩束镜连接于所述螺纹通孔内。

作为本发明优选，所述反射镜组件包括反射镜支架、反射镜和反射镜压圈，所述反射镜支架设于所述外壳底面，其上部设有沉孔，所述沉孔内侧壁上设有内螺纹，所述反射镜设于所述沉孔内，所述反射镜压圈外侧设有配合所述内螺纹的外螺纹。

作为本发明优选，所述电机组件包括电机、电机支架、同步带轮和同步带，所述电机支架连接于所述外壳，所述电机设于所述电机支架上，所述同步带轮设于所述电机的输出端，所述同步带配合套设于所述同步带轮上。

作为本发明优选，所述多面镜组件包括多面镜底座、设于所述多面镜底座上的轴承、设于所述轴承内孔的传动轴、设于所述传动轴上的同步轮及多面镜，所述同步轮配合连接所述同步带。

作为本发明优选，所述多面镜上侧边缘处设有配合所述光电开关组件的挡片。

作为本发明优选，所述光电开关组件包括光电开关支架和光电开关，所述光电开关支架设于所述外壳底面，所述光电开关设于所述光电开关支架上部。

作为本发明优选，所述场镜组件包括场镜和场镜法兰，所述场镜法兰通过螺丝连接于所述外壳，所述场镜与场镜法兰螺纹连接。

作为本发明优选，所述外壳上端面设有密封槽，所述密封槽内设有密封条。

作为本发明优选，所述上盖边缘设有密封凸台。

本发明的优点是：

1、采用多面扫描镜一般是六面镜或者七面镜代替传统的振镜，在相同的电机驱动下，扫描速度比传统振镜快2倍以上。因此多面扫描镜更适用于大规模简单阵列激光打标、激光清洗等领域。

2、采用多面扫描镜，可以增大扫描面积。传统振镜是一种特殊的摆动电机，不能象普通电机一样旋转，只能发生偏转。在大多数情况下,最高偏转角镜是±12.5°(±10°往往是一个较安全范围)，入射角不能偏于45°。但用多面扫描镜取代传统振镜之后，多面镜是由电机驱动沿顺时针旋转的，没有入射角度限制，大大提高了扫描镜的有效反射面积。

3、多面扫描镜上进行镂空设计，减轻该装置的质量，并采用结构紧凑的光路和机械设计，克服了传统仪器大而笨重的特点。实现整个仪器的微型化和便携化，更广泛应用于更多场景。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明扫描光路的原理图。

1-光纤准直耦合器；2-耦合器法兰；3-扩束镜组件；4-反射镜组件；5-电机组件；6-多面镜组件；7-场镜组件；8-光电开关组件；9-电学接头；10-外壳；31-扩束镜支架；32-扩束镜；41-反射镜支架；43-反射镜压圈；51-电机；52-电机支架；54-同步带；61-多面镜底座；65-多面镜；651-挡片；101-密封槽。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

一种高效激光打孔及清洗光学系统，包括外壳10、上盖、设于所述外壳10外侧的光纤准直耦合器1、耦合器法兰2、场镜组件7、电学接头9，以及设于所述外壳10内的扩束镜组件3、反射镜组件4、多面镜组件6、电机组件5、光电开关组件8；所述光纤准直耦合器1通过所述耦合器法兰2连接于所述外壳10侧面，所述扩束镜组件3设于所述光纤准直耦合器1的激光射入方向上，所述反射镜组件4设于所述扩束镜组件3的激光射入方向上，并将激光反射至所述多面镜组件6；所述电机组件5传动连接于所述多面镜组件6，以带动所述多面镜组件6旋转，所述场镜组件7设于所述多面镜组件6的激光反射方向上。

工作原理：所述光纤准直耦合器1通过光纤与脉冲激光器相连接，以将脉冲激光准直经所述耦合器法兰2，导射入外壳10内，然后脉冲激光经所述扩束镜组件3的直径放大，再经所述反射镜组件4被反射至所述多面镜组件6，而多面镜组件6将脉冲激光反射至场镜组件7，最后激光经场镜组件7聚焦在其焦平面上。并且，由于所述多面镜组件6在所述电机组件5的带动下进行旋转，所以激光射入多面镜组件的镜面的角度在连续变化，即多面镜组件反射至场镜组件的激光的角度也在连续变化，激光的焦点在场镜组件的焦平面沿一直线不停地从一端向另一端滑动，从而形成边续的光束扫描。

具体的，如图1和2所示，一种较佳的实施方式下，多面镜组件具体为七面镜，而多面镜组件的具体旋转方向为顺时针，激光经旋转的七面镜反射后，并经场镜后的焦点在其聚焦平面上重复着从右往左的扫描运动。本系统极大地提高了激光扫描的速度，从而提高激光打孔或激光清洗的效率。

实施例2

在实施例1的基础上，所述扩束镜组件3包括扩束镜支架31和扩束镜32，所述扩束镜支架31设于所述外壳10底面，其上部设有螺纹通孔，所述扩束镜32连接于所述螺纹通孔内。所述结构便于安装及拆卸维护，其中扩束镜32的主轴与激光光轴重合，将激光束进行扩束，以便在场镜的焦平面上能获得小直径的光斑。

所述反射镜组件4包括反射镜支架41、反射镜和反射镜压圈43，所述反射镜支架41设于所述外壳10底面，其上部设有沉孔，所述沉孔内侧壁上设有内螺纹，所述反射镜设于所述沉孔内，所述反射镜压圈43外侧设有配合所述内螺纹的外螺纹。所述反射镜通过反射镜压圈的限位作用，稳定地被定位于反射镜支架的沉孔内，整个结构的稳定性高。另外，反射镜一般采用玻璃或石英材质，其一面镀有与激光波长相同的反射膜。在本实施方式中，反射镜的镜面与入射的激光呈45度，并对激光进行90度夹角的反射。

所述电机组件5包括电机51、电机支架52、同步带轮和同步带54，所述电机支架52连接于所述外壳10，所述电机51设于所述电机支架52上，所述同步带轮设于所述电机51的输出端，所述同步带54配合套设于所述同步带轮上。所述电机组件通过电机51带动同步带轮转动，同步带轮通过同步带54带动多面镜组件旋转。其中，所述电机可以是步进电机、直流电机或伺服电机等转速可控的电机。

所述多面镜组件6包括多面镜底座61、设于所述多面镜底座61上的轴承、设于所述轴承内孔的传动轴、设于所述传动轴上的同步轮及多面镜65，所述同步轮配合连接所述同步带54。其中，轴承具有两个，分别从上下两侧装入到所述多面镜底座61内，然后将传动轴装入到轴承内孔，同时传动轴与轴承内孔为过盈配合，轴承与多面镜底座也为过盈配合。同步轮套设于传动轴上，而多面镜套设于传动轴上端并用顶丝固定，同步轮配合连接同步带，由电机通过同步带驱动多面镜旋转。另外，多面镜采用轻质材料制成，并且多面镜上设有多个通孔，以进一步减轻重量。而多面镜的多个侧面上胶合有反射镜片，反射镜片采用玻璃或石英材质，反射镜片表面上镀有与激光波长相同的反射膜。

所述多面镜65上侧边缘处设有配合所述光电开关组件8的挡片651。以监测多面镜旋转的转速及工作状态。

所述光电开关组件8包括光电开关支架和光电开关，所述光电开关支架设于所述外壳10底面，所述光电开关设于所述光电开关支架上部。所述结构同样便于拆装维护，工作时，多面镜没旋转一周，其上的挡片就会扫过光电开关一次，而光电开关随即发送一电信号，经所述电学接头9传输到控制系统，以便于检测多面镜的转速和工作状态。

所述场镜组件7包括场镜和场镜法兰，所述场镜法兰通过螺丝连接于所述外壳10，所述场镜与场镜法兰螺纹连接。所述结构安装方便，稳定可靠。

所述外壳10上端面设有密封槽101，所述密封槽101内设有密封条。所设密封槽及密封条用于确保外壳内的密闭性，避免外界干扰及内部激光外射。另外，外壳采用轻质金属材料如铝合金加工而成。所述上盖同样采用轻质金属材料加工而成，其边缘设有密封凸台，用于配合外壳的密封槽，以防止内部激光散射光线经外壳与上盖的缝隙直接射出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，该具体实施方式是基于本发明整体构思下的一种实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。