一种光束整形单镜组激光头光路装置及激光切割头的制作方法

本技术涉及激光切割设备，尤其涉及一种光束整形单镜组激光头光路装置及激光切割头。

背景技术：

1、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、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门。

2、光纤激光器搭配激光切割头用于切割金属具有切割速度快，精度高等优势。常规激光切割头的主要光路由两片紧贴的球面准直镜及两片紧贴的球面聚焦镜构成，通过调节准直镜或聚焦镜在光轴上的位置实现焦点在光轴上位置的改变，以适应不同厚度的板材切割；同时，常规激光切割头出射光束为激光器输出的高斯光束。现有的激光切割头存在的问题有：(1)现有的激光切割头内的光学镜片多，结构复杂，成本高；(2)光学镜片的数量多，使得光学镜片吸收的热量也多，导致光学镜片温度上升较快，易引起焦点漂移；(3)高斯光束切割薄板金属具有能量密度高的优势，但切割厚板金属具有切割割缝过细，中心过热边缘切不动，能量利用率低的缺点；(4)现有的激光切割头输出激光束切割板材时产生的返渣易进入激光切割头内烧坏光学镜片。

3、因此亟需提供一种结构简单、生产成本低、且吸热量少的光束整形单镜组激光头光路装置及激光切割头。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种光束整形单镜组激光头光路装置及激光切割头，其解决了现有的激光切割头结构复杂，成本高，且吸收热量多易发生焦点漂移的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本实用新型实施例提供一种光束整形单镜组激光头光路装置，包括：壳体和非球面聚焦镜，所述非球面聚焦镜活动设置于所述壳体内部，其能够沿着所述壳体的轴线前、后移动，以调节激光束的焦点位置；

6、所述非球面聚焦镜一面为平面，另一面为凸的非球面，并且所述非球面聚焦镜凸的非球面的边缘两侧为轴锥面，中心为弧状非球面。

7、可选地，所述轴锥面的锥角为3°-6°，所述中心弧状非球面的孔径占整个所述非球面聚焦镜的孔径的60％-90％，所述中心弧状非球面的曲率半径为25-50mm。

8、可选地，所述轴锥面的锥角为3.5°-5°，所述中心弧状非球面的孔径占整个所述非球面聚焦镜的孔径的65％-80％，所述中心弧状非球面的曲率半径为25-39mm。

9、可选地，还包括：用于滤除激光束边缘杂光的孔径光阑；

10、所述孔径光阑，位于所述非球面聚焦镜的前侧，且固定在所述壳体内部；

11、所述孔径光阑，呈环状，中心开设有通光孔。

12、可选地，所述通光孔的直径为10-15mm。

13、可选地，还包括：用于防止激光束切割板材时产生的返渣烧坏所述非球面聚焦镜的保护窗；

14、所述保护窗，位于所述非球面聚焦镜的后侧，且固定在所述壳体内部。

15、可选地，所述保护窗为平面镜，其厚度小于光束焦距的1/10。

16、可选地，所述保护窗的厚度为5-8mm。

17、第二方面，本实用新型实施例提供一种激光切割头，包括：上述的光束整形单镜组激光头光路装置。

18、可选地，所述激光切割头还包括：水冷组件；

19、所述水冷组件设置在所述光束整形单镜组激光头光路装置上，用于对所述光束整形单镜组激光头光路装置进行冷却降温。

20、(三)有益效果

21、本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种光束整形单镜组激光头光路装置，由于包括：壳体和非球面聚焦镜，非球面聚焦镜活动设置于壳体内部，其能够沿着壳体的轴线前、后移动，以调节激光束的焦点位置；非球面聚焦镜一面为平面，另一面为凸的非球面，并且非球面聚焦镜凸的非球面的边缘两侧为轴锥面，中心为弧状非球面，轴锥面的锥角为3°-6°，中心弧状非球面的孔径占整个非球面聚焦镜的孔径的60％-90％，中心弧状非球面的曲率半径为25-50mm，其曲率更大，聚焦能力更强，仅通过一个非球面聚焦镜就能将发散的光偏折成汇聚的光，相对于现有技术而言，其简化了结构、降低了成本，同时单个镜片吸收热量更少，激光功率损耗低，并且光学镜片不容易发生焦点漂移。此外，由于非球面聚焦镜的凸面由轴锥面和弧状非球面构成，其能够将高斯分布的激光束转化为近似平顶光束，而近似平顶光束的能量分布更加均匀，切割板材的效果更好。

技术特征：

1.一种光束整形单镜组激光头光路装置，其特征在于：包括：壳体和非球面聚焦镜(3)，所述非球面聚焦镜(3)活动设置于所述壳体内部，其能够沿着所述壳体的轴线前、后移动，以调节激光束的焦点位置；

2.如权利要求1所述的光束整形单镜组激光头光路装置，其特征在于：所述轴锥面(6)的锥角为3°-6°，所述中心弧状非球面(5)的孔径占整个所述非球面聚焦镜(3)的孔径的60％-90％，所述中心弧状非球面(5)的曲率半径为25-50mm。

3.如权利要求2所述的光束整形单镜组激光头光路装置，其特征在于：所述轴锥面(6)的锥角为3.5°-5°，所述中心弧状非球面(5)的孔径占整个所述非球面聚焦镜(3)的孔径的65％-80％，所述中心弧状非球面(5)的曲率半径为25-39mm。

4.如权利要求3所述的光束整形单镜组激光头光路装置，其特征在于：还包括：用于滤除激光束边缘杂光的孔径光阑(2)；

5.如权利要求4所述的光束整形单镜组激光头光路装置，其特征在于：所述通光孔的直径为10-15mm。

6.如权利要求3所述的光束整形单镜组激光头光路装置，其特征在于：还包括：用于防止激光束切割板材时产生的返渣烧坏所述非球面聚焦镜(3)的保护窗(4)；

7.如权利要求6所述的光束整形单镜组激光头光路装置，其特征在于：所述保护窗(4)为平面镜，其厚度小于光束焦距的1/10。

8.如权利要求7所述的光束整形单镜组激光头光路装置，其特征在于：所述保护窗(4)的厚度为5-8mm。

9.一种激光切割头，其特征在于：包括：权利要求1-8任一项所述的光束整形单镜组激光头光路装置。

10.如权利要求9所述的激光切割头，其特征在于：所述激光切割头还包括：水冷组件；

技术总结
本技术涉及一种光束整形单镜组激光头光路装置及激光切割头，其中，该光束整形单镜组激光头光路装置包括：壳体和非球面聚焦镜，非球面聚焦镜一面为平面，另一面为凸的非球面，并且非球面聚焦镜凸的非球面的边缘两侧为轴锥面，中心为弧状非球面，轴锥面的锥角为3°‑6°，中心弧状非球面的孔径占整个非球面聚焦镜的孔径的60％‑90％，中心弧状非球面的曲率半径为25‑50mm。本技术的光束整形单镜组激光头光路装置，由于采取上述尺寸参数，其曲率更大，聚焦能力更强，仅通过一个非球面聚焦镜就能将发散的光偏折成汇聚的光，其简化了结构、降低了成本，同时单个镜片吸收热量更少，因此光学镜片不容易发生焦点漂移。

技术研发人员：贾文祺,姜鹏辉,陈传明,牛满钝
受保护的技术使用者：济南邦德激光股份有限公司
技术研发日：20221206
技术公布日：2024/1/12