一种防回光激光加工头及加工设备的制作方法

本发明属于激光3d加工，尤其涉及一种防回光激光加工头及加工设备。

背景技术：

1、脉冲激光器可以在极短的时间内提供极高的峰值功率在微小的区域内对材料表面进行加工，例如表面雕刻、标记、清洗、切割、焊接等，可以对金属材料、无机脆性材料、塑料等各种材料进行加工，还可以对透明材料内部进行加工。随着加工需求的不断增加，对激光加工光斑能量的要求不断增加，需要平均功率越来越高的脉冲激光器。而脉冲激光器平均功率的提高受激光器件和材料特性的限制，因此，目前大功率激光器通常由光纤合束器将多个小功率激光器合束而成。这种激光合束技术的特点是对光束质量的劣化较大，不利于激光加工光学系统的设计。此外，由于脉冲激光器对回向反射光比较敏感，通常需要在光路中设置光隔离器，而光隔离器由于材料和器件的特性的限制，其耐受光的能力也有限，技术上很难满足要求，且价格昂贵。在脉冲激光加工系统中，有时还需要采用连续光进行辅助加工，现有的解决方案是采用两套激光系统同时加工，增加个系统成本和复杂度。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种防回光激光加工头及加工设备，本发明通过合理的结构设计，可以从结构上大幅减小回光，并直接采用小功率激光模块，优化删除合束环节，从而大幅减低设备成本，本发明在还通过将脉冲光和连续光整合在一个系统中，降低系统复杂度。

2、为了实现上述目的，本发明采用的方案是提供一种防回光激光加工头，包括激光扫描振镜、平场聚焦镜头和至少二个准直镜头，还包括在每个所述准镜头前对应设置的光纤输出激光模块，其中：

3、所述准直镜头用于将所对应的所述光纤输出激光模块的输出光纤端面输出的光变成平行光，所有准直镜头并行设置；

4、所述激光扫描振镜设置在准直镜头的输出光路上，用于实现一维或两维扫描；

5、所述平场聚焦镜头设置在所述激光扫描振镜的输出光路上，将来自所述激光扫描振镜的光束汇聚成多个光斑；

6、所述光纤输出激光模块中包括相互之间同步工作的脉冲激光模块；其中：

7、所述平场聚焦镜头光线出射端的来自对应准直镜头的子光束与平场聚焦镜头的光轴不平行；

8、任一子光束与所述平场聚焦镜头光轴垂直的面产生的镜面反射光与其它子光束的路径不重合；

9、任一子光束中的任一光线与所述平场聚焦镜头光轴垂直的面产生的镜面反射光与该子光束中的其它光线的路径不重合。

10、进一步的，所述准直镜头光轴平行且与所述平场聚焦镜头光轴平行；通过调整光纤输出激光模块光纤输出端面位置、纤芯形状、纤芯尺寸、所对应准直镜头焦距及平场聚焦镜头焦距，使所有光纤输出激光模块输出光纤端面通过对应的准直镜头及所述平场聚焦镜头后在焦面附近成的像叠加在一起形成点光斑；或者在焦面附近成的像排列在一起形成线光斑。

11、本发明还提供一种防回光激光加工头，包括动态聚焦镜头、激光扫描振镜和至少二个准直镜头，还包括在每个所述准直镜头前对应设置的光纤输出激光模块；其中：

12、所述准直镜头用于将所对应的光纤输出激光模块的输出光纤端面输出的光变成平行光，所有准直镜头并行设置；

13、所述动态聚焦镜头设置在准直镜头的输出光路中，将来自准直镜头的光汇聚成后焦面上多个按一定规律分布的光斑；所述动态聚焦镜头包含至少一片可以沿镜头光轴方向移动的透镜，用于使所汇聚的光斑沿光轴方向运动；

14、所述激光扫描振镜位于所述动态聚焦镜头的输出光路中，用于实现一维或两维角度扫描；所述动态聚焦镜头与所述激光扫描振镜协同工作，用于使来自准直镜头的所有光斑在所述动态聚焦镜头后方的一个三维空间上扫描；所述光纤输出激光模块中包括相互之间同步工作的脉冲激光模块；其中：

15、所述动态聚焦镜头光线出射端的来自对应准直镜头的所有子光束与动态聚焦镜头的光轴均不平行；任一子光束与所述动态聚焦镜头光轴垂直的面产生的镜面反射光与其它子光束的路径不重合；任一子光束中的任一光线与所述动态聚焦镜头光轴垂直的面产生的镜面反射光与该子光束中的其它光线的路径不重合。

16、进一步的，所述准直镜头光轴平行且与所述动态聚焦镜头光轴平行；通过调整所述光纤输出激光模块光纤输出端面位置、纤芯形状、纤芯尺寸、所对应准直镜头焦距及动态聚焦镜头焦距，使所有光纤输出激光模块输出光纤端面通过对应的准直镜头及所述动态聚焦镜头后在像面成的像叠加在一起形成点光斑，或者在像面成的像排列在一起形成线光斑。

17、进一步的，所述动态聚焦镜头包括一个负透镜光组和一个正透镜光组；所述负透镜光组靠近所述准直镜头设置，用于使来自准直镜头的多个平行光束变成来自多个虚像点的发射光；所述正透镜光组用于将来自负透镜光组的光汇聚到正透镜光组后的像面上；

18、所述负透镜光组可以沿平行于光轴方向运动。

19、进一步的，在所有准直镜头或所有光纤输出激光模块输出光纤端面区域设置至少一个回光探测系统。

20、进一步的，每个所述光纤输出激光模块对应设置一个回光探测系统；所述回光探测系统是光电探测器，设置在每个所述光纤输出激光模块输出光纤端面附近；

21、或者，所述回光探测系统包括光电探测器和一根探测光纤，所述探测光纤的一端设置在光纤输出激光模块输出光纤端面附近，另一端将探测到的回光照射在所述光电探测器上。

22、进一步的，所述回光探测系统包括一个探测镜头和一个光电探测器；所述探测镜头的光轴与所述平场聚焦镜头或动态聚焦镜头的光轴重合，将所述平场聚焦镜头或动态聚焦镜头返回的光汇聚到所述光电探测器上；

23、或者，所述回光探测系统包括一个探测镜头、一根光纤和一个光电探测器，所述探测镜头光轴与所述平场聚焦镜头或动态聚焦镜头的光轴重合，用于将所述平场聚焦镜头或动态聚焦镜头返回的光汇聚到所述探测光纤的一个端面上，所述探测光纤另一端面输出的光照射在所述光电探测器上。

24、进一步的，在每个所述准直镜头出光端紧邻处对应设置一个光隔离器；

25、所述光纤输出激光模块中还包括至少一个连续光激光模块。

26、进一步的，本发明还提供一种激光加工设备，包括上述防回光耐冲激光加工头。

27、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，与目前已公开的现有的激光加工头方案相比，本发明提出的防回光激光加工头直接采用多个小功率激光模块作为光源，消除了现有技术中光纤合束器的使用，降低了设备成本；并且通过合理设置准直镜头的位置，可以大幅度降低回光的影响，在绝大多数应用中可以消除隔离器的使用，降低了成本。

28、进一步的，可以使各准直镜头产生的子光束由垂直于平场聚焦镜头光轴的加工表面产生的回向反射光互不干扰，且回不到自己的接收孔径中。从而极大的减小了加工过程中回光的影响。形成点光斑的方案可以形成高功率的加工光斑。形成线光斑的方案并使线的走向垂直扫描方向，可以在某些应用中提高加工效率。可以灵活产生各种结构的光斑，适合不同的加工要求，灵活性高，适应性强。

29、进一步的，通过对准直镜头位置的设置限制，使任一子光束在加工过程中产生的镜面反射光不会进入其它光纤输出激光模块，同时也不会进入产生该子光束的光纤输出激光模块，可以大幅降低回光反射对诸光纤输出激光模块的影响。

30、进一步的，本发明结构设计合理，可在一些对回光反射要求特别高的地方，通过设置小功率隔离器增加性能，增加了技术可行性并降低了成本。

31、进一步的，通过在每个输入模块出设置回光探测系统，可以在某些极端条件下实时关闭相应激光模块，由于每个模块对总能量的影响有限，可以不影响工作的连续性。并且，通过设置回光探测系统，本发明可以做到实时监控激光加工效果。

32、进一步的，合束后的光束质量远好于现有拉锥技术可以达到的光束质量，对脉冲激光加工设备机械运动部分精度要求可以大幅放宽，降低成本；同时，还可以降低光学系统的复杂度，降低成本。

33、进一步的，通过将脉冲光源和连续光源整合在一个光学系统中，降低了系统复杂度的同时，有效降低成本，提高效率。

34、采用本发明提出的防回光激光加工头的设备与现有设备相比，具有成本低，工作联续性好的特点。