一种基于环形光斑的激光焊机装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种基于环形光斑的激光焊机装置。


背景技术：

2.传统激光加工如焊接、切割、熔覆等领域输出都是高斯光束，由于高斯光束中间能量高，边缘能量低的缘故，使得激光加工的质量，精度等都受到了限制。环形光斑与普通高斯光束相比能量分布在边缘环形带上，能量分布较均匀，在激光加工应用中可以有效解决激光加工过程中产生的飞溅和炸点等不良问题，从而提高加工精度及质量。通常情况下可以通过光纤合束器、组合透镜、doe整形等方式产生环形光斑，这些方式受到器件加工难度大，光路调节精度高，器件价格昂贵等因素制约，往往效果不好。
3.因此，有必要设计一种新的装置，实现有效解决激光加工应用中飞溅和炸点等不良加工现象，提高加工精度及质量，效果佳。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于环形光斑的激光焊机装置。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种基于环形光斑的激光焊机装置，包括依序连接的激光器、光纤以及光学器件，所述光纤包括光纤纤芯以及光学外包层，所述光学外包层设在所述光纤纤芯的外周。
6.其进一步技术方案为：所述光纤还包括光学包层，所述光纤纤芯以及所述光学外包层之间设有所述光学包层。
7.其进一步技术方案为：所述光学外包层的外周设有涂覆层。
8.其进一步技术方案为：所述光纤纤芯的材料为高纯石英或掺锗材料；所述光学包层的材料为化学气相沉积的掺杂玻璃材料，所述光学外包层的材料为高纯石英材料，所述涂覆层的材料为丙烯酸树脂。
9.其进一步技术方案为：所述光纤纤芯的折射率大于所述光学包层的折射率。
10.其进一步技术方案为：所述光学外包层的折射率大于所述涂覆层的折射率。
11.其进一步技术方案为：所述光学包层的折射率小于所述光学外包层的折射率。
12.其进一步技术方案为：所述光学器件包括依序连接的第三透镜、振镜以及场镜。
13.其进一步技术方案为：所述激光器以及所述光纤之间依序连接有第一透镜以及第二透镜。
14.本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型通过设置依序连接的激光器、光纤以及光学器件，光纤包括光纤纤芯以及光学外包层，结合通过增加光学器件后产生环形光斑，实现有效解决激光加工应用中飞溅和炸点等不良加工现象，提高加工精度及质量，效果佳。
15.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例提供的一种基于环形光斑的激光焊机装置的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例提供的高斯光束经过光纤后产生环形光斑的示意图；
19.图3为本实用新型实施例提供的光纤的结构示意图；
20.图4为本实用新型实施例提供的光纤的折射率的分布示意图；
21.图中标识说明：
22.1、第一透镜；2、第二透镜；3、光纤；4、第三透镜；5、振镜；6、场镜；7、焦平面；8、光纤纤芯；9、光学包层；10、光学外包层；11、涂覆层；12、激光器。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
25.还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
26.还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
27.请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种基于环形光斑的激光焊机装置的结构示意图，该激光焊机装置用于激光加工场景中，用于激光微焊接加工工艺改善，实现有效解决激光加工应用中飞溅和炸点等不良加工现象，提高加工精度及质量，效果佳。
28.请参阅图1，上述的一种基于环形光斑的激光焊机装置，包括依序连接的激光器12、光纤3以及光学器件，光纤3包括光纤纤芯8以及光学外包层10，光学外包层10设在光纤纤芯8的外周。
29.在本实施例中，将激光器12输出高斯光束耦合进光纤3的光学外包层10中，通过双包层光钎的光学外包层10后输出，如图2所示，通过光纤3产生的环形光斑，器件价格优惠，光路调节简单，环形光斑效果明显，在此基础上通过增加如透镜，振镜5，场镜6等光学器件就能构成一套成熟完善的环形光斑的定激光焊机装置，可以有效解决激光焊接加工时各类
不良问题。
30.在一实施例中，请参阅图3，上述的光纤3还包括光学包层9，光纤纤芯8以及光学外包层10之间设有光学包层9。
31.在一实施例中，请参阅图3，上述的光学外包层10的外周设有涂覆层11。
32.在一实施例中，请参阅图3，上述的光纤纤芯8的材料为高纯石英或掺锗材料；光学包层9的材料为化学气相沉积的掺杂玻璃材料，光学外包层10的材料为高纯石英材料，涂覆层11的材料为丙烯酸树脂。
33.在一实施例中，请参阅图4，上述的光纤纤芯8的折射率大于光学包层9的折射率。
34.在一实施例中，请参阅图4，上述的光学外包层10的折射率大于涂覆层11的折射率。
35.在一实施例中，请参阅图4，上述的光学包层9的折射率小于光学外包层10的折射率。
36.光纤3是由纤芯、包层涂覆层11所组成的圆柱形的介质光波导，该光纤纤芯8为高纯石英或掺锗材料，光学包层9为化学气相沉积的掺杂玻璃材料，光学外包层10为高纯石英材料，涂覆层11一般为丙烯酸树脂，其中光纤纤芯8的折射率为n1；光学包层9的折射率为n2；光学外包层10的折射率为n3；涂覆层11的折射率为n4。折射率n1大于折射率n2，折射率n3大于折射率n4，如图4所示，根据光波导理论，当光从光密介质到光梳介质且入射角大于临界角时会发生全反射，光会在光密介质中传播，在本实施例中，光纤3的各区域折射率n1＞n2，n3＞n4，n1＞n2＜n3，当激光光束耦合进光学外包层10中时，由于n3＞n4，光在光纤外包层10中传播，由于n2＜n3，光无法在光纤光学包层9中传播，光学包层9起到一个隔绝束缚光的作用，使产生的环形光斑轮廓更明显清晰。
37.在一实施例中，请参阅图1，上述的光学器件包括依序连接的第三透镜4、振镜5以及场镜6。
38.在一实施例中，请参阅图1，上述的激光器12以及光纤3之间依序连接有第一透镜1以及第二透镜2。
39.在光纤3的基础上增加激光器12、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜4、振镜5以及场镜6等光学器件组成环形光斑的焊机装置，激光器12发出高斯光束，经过第一透镜1准直后，再经过第二透镜2聚焦耦合进光纤3的光纤外包层中，光纤3输出光束后，经过第三透镜4准直后，进入振镜5，经过场镜6聚焦后在焦平面7处得到环形光斑。
40.举个例子：第一透镜1为f50透镜，第二透镜2为f50透镜，第三透镜4为f120透镜，场镜6为f170场镜6；焊机装置依次由qcw激光器12、f50透镜、f50透镜、400/440/560 0.22na光纤、f120透镜、振镜5、f170场镜6以及焦平面7组成。其中激光器12发出多模或少模激光光束，经过第一透镜1准直，第二透镜2聚焦后光斑大小14um，耦合进光纤外包层中，光纤3输出光束发散角na＝0.1，经过第三透镜4准直后光斑大小24mm，光束进入振镜5，经过场镜6后在焦平面7处得到聚焦环形光斑，光斑大小623um。此光纤各区域折射率分布：n1＞n2，n3＞n4，n1＞n2＜n3，如图4所示。激光光束耦合进光纤外包层10时，n3＞n4，根据波导原理，光束会在光纤外包层的结构内传播；由于n2＜n3，n2＞n1，根据波导原理，光无法在光学包层9结构中传播，光学包层9起到一个隔绝束缚光的作用，使最终得到的环形光斑更明显，轮廓更清晰。
41.上述的一种基于环形光斑的激光焊机装置，通过设置依序连接的激光器12、光纤3以及光学器件，光纤3包括光纤纤芯8以及光学外包层10，结合通过增加光学器件后产生环形光斑，实现有效解决激光加工应用中飞溅和炸点等不良加工现象，提高加工精度及质量，效果佳。
42.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。