一种新型可变光斑激光切割头的制作方法

本技术涉及激光切割设备，尤其涉及一种新型可变光斑激光切割头。

背景技术：

1、激光切割是利用聚焦后的高功率密度激光照射材料，使得材料迅速熔化、气化，同时借助与光束同轴的高速气流吹出熔融物质，从而实现切割目的的一种新型加工手段。在激光切割时，光斑大小的调节对切割不同厚度的板材具有一定帮助。

2、薄板切割时一般采用光斑直径小且能量密度高的焦斑，得到的切缝窄，切割效率高，在高速切割中发挥重要作用；在进行厚板切割时，一般采用光斑直径大的焦斑，得到的切缝宽，有助于吹走熔融的金属材料，同时可以获得大的焦深，切割断面的垂直度好，可大幅度地提高切割质量。因此，在激光切割中，控制激光焦斑的大小和位置至关重要。

3、激光切割头内部光路通常包括两部分，包括用于准直光纤出射激光的准直镜组件和用于对平行光进行聚焦的聚焦镜组件，因此常用的两种变光斑的方式通常是改变聚焦镜组件的位置或者改变准直镜组件的位置。此外，还可以在现有的准直镜组件和聚焦镜组件之间加入无焦变倍扩束系统，用于改变切割头光路的倍率。

4、虽然改变准直镜组件的位置可以改变光学系统的倍率，但这种调焦方式会造成焦点位置的移动。在变焦过程中，可调范围中大约一半的焦点位于切割头内部，无法真正聚焦到工件表面。此外，这种调焦方式造成焦点行程过长，在喷嘴位置固定不动的情况下，存在烧喷嘴的风险。

5、此外，有人提出了一种在准直镜组件和聚焦镜组件之间加入无焦变倍扩束系统的变倍方案。变倍过程中，焦点始终位于切割头喷嘴外部，且焦点位置不变。但这种基于开普勒结构的正-负-正无焦变倍扩束系统存在体积长、可变倍率范围小的缺点。

6、为此，本申请人经过有益的探索和研究，找到了解决上述问题的方法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题在于：针对现有技术的不足而提供一种体积小、可变倍率范围大的新型可变光斑激光切割头。

2、本实用新型所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现：

3、一种新型可变光斑激光切割头，包括沿光路方向依次布置的光纤输出器件、准直镜组件、无焦扩束变倍镜组件以及聚焦镜组件；其特征在于，

4、所述无焦扩束变倍镜组件包括沿光路方向布置的前透镜、变倍透镜以及补偿透镜，所述前透镜的位置固定不动，所述变倍透镜和补偿透镜可沿光路方向进行往复移动，通过改变变倍透镜和/或补偿透镜的位置来改变所述无焦扩束变倍镜组件的扩束比。

5、在本实用新型的一个优选实施例中，所述前透镜和变倍透镜为单面凹透镜，所述补偿透镜为双面凸透镜。

6、在本实用新型的一个优选实施例中，所述无焦扩束变倍镜组件的倍率可调范围为2.0x～6.0x。

7、在本实用新型的一个优选实施例中，所述准直镜组件为单面凹透镜。

8、在本实用新型的一个优选实施例中，所述聚焦镜组件包括沿光路方向布置的双面凸透镜和弯月透镜。

9、由于采用了如上技术方案，本实用新型的有益效果在于：

10、1.本实用新型通过在准直镜组件与聚焦镜组件之间加入基于伽利略负-负-正结构的无焦扩束变倍镜组件，可根据需求连续改变光学系统倍率，扩束比连续可调，同时焦点位置保持不变，从而改变焦点光斑大小，焦点光斑大小连续可调，提升切割质量；

11、2.本实用新型的聚焦镜组件采用消像差设计用以补偿前组透镜产生的像差，用于消除自身引入的像差并补偿前组透镜产生的像差，可极大地减小波前畸变，并提升聚焦点的光束质量；

12、3.本实用新型的无焦扩束变倍镜组件采用模块化设计，具有体积小、结构紧凑、实用性强的优点。

技术特征：

1.一种新型可变光斑激光切割头，包括沿光路方向依次布置的光纤输出器件、准直镜组件、无焦扩束变倍镜组件以及聚焦镜组件；其特征在于，

2.如权利要求1所述的新型可变光斑激光切割头，其特征在于，所述前透镜和变倍透镜为单面凹透镜，所述补偿透镜为双面凸透镜。

3.如权利要求1所述的新型可变光斑激光切割头，其特征在于，所述无焦扩束变倍镜组件的倍率可调范围为2.0x～6.0x。

4.如权利要求1所述的新型可变光斑激光切割头，其特征在于，所述准直镜组件为单面凹透镜。

5.如权利要求1所述的新型可变光斑激光切割头，其特征在于，所述聚焦镜组件包括沿光路方向布置的双面凸透镜和弯月透镜。

技术总结
本技术公开的一种新型可变光斑激光切割头，包括沿光路方向依次布置的光纤输出器件、准直镜组件、无焦扩束变倍镜组件以及聚焦镜组件；所述无焦扩束变倍镜组件包括沿光路方向布置的前透镜、变倍透镜以及补偿透镜，所述前透镜的位置固定不动，所述变倍透镜和补偿透镜可沿光路方向进行往复移动，通过改变变倍透镜和/或补偿透镜的位置来改变所述无焦扩束变倍镜组件的扩束比。本技术通过在准直镜组件与聚焦镜组件之间加入基于伽利略负‑负‑正结构的无焦扩束变倍镜组件，可根据需求连续改变光学系统倍率，扩束比连续可调，同时焦点位置保持不变，从而改变焦点光斑大小，焦点光斑大小连续可调，提升切割质量。

技术研发人员：高旭恒,刘进辉,丁建武
受保护的技术使用者：光惠（上海）激光科技有限公司
技术研发日：20221207
技术公布日：2024/1/13