一种反射式高功率双金属振镜扫描系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种反射式高功率双金属振镜扫描系统，包括离轴椭球面镜与斜平面反射镜，且离轴椭球面镜与斜平面反射镜均为90°光束偏转角，离轴椭球面镜中心与斜平面反射镜中心连线垂直于离轴椭球面镜柱面中心轴，同时也与斜平面反射镜柱面中心轴重合，离轴椭球面镜柱面中心轴与斜平面反射镜柱面中心轴相互垂直，本发明结构设计新颖，采用双镜片振镜系统，光路结构简单，实现了聚焦与振镜同步，相同镀膜条件下，最大程度提高能量利用效率，适用于光纤耦合输出类激光器振镜小范围扫描加工，尤其在千瓦、万瓦级高功率光纤耦合输出激光器的二维激光扫描加工中更具优势。
【专利说明】
一种反射式高功率双金属振镜扫描系统
技术领域
[0001]本发明涉及振镜扫描技术领域，具体为一种反射式高功率双金属振镜扫描系统。
【背景技术】
[0002]激光加工技术涵盖了激光切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等多种激光加工工艺，利用了激光与物质相互作用的基本特性。由于激光束与加工材料的非接触性、加工速度与质量等优势，奠定了激光加工技术是一种无可替代的高新技术。
[0003]当前激光切割占了整个激光加工行业的主要地位，而随着激光功率的提高，高功率激光焊接、熔覆、表面处理等加工工艺也将得到更广泛的扩展与提升，其中尤以高功率激光焊接能够更快普及，如在汽车、航空、船舶等多个行业的应用推广。
[0004]光纤耦合输出激光器因为光纤柔韧性、高效率耦合性、较好光束质量以及大功率激光器的出现，使得市场占有率日益突出，目前光纤耦合输出激光器千瓦级已是相当普及，万瓦级激光器也逐步上映市场，让光纤激光各类加工工艺越加普遍化。
[0005]振镜扫描以高速著称，在小面积范围内能够实现各类形状的快速扫描，且扫描精度与重复极高，主要用于激光打标、激光内雕、激光焊接、激光打孔行业等，随着激光功率的逐步提升，振镜扫描应用将得到更大程度的扩展，而作为振镜扫描的扫描镜片，虽镜片加工工艺更好，镀膜工业也越加成熟，因无法直接水冷仍将受到高功率特别是万瓦级以上功率激光应用的限制，而能够直接水冷以及良好导热性的金属反射型镜片，在保证较小的通光孔径下，依旧能够承受极高的激光功率，这是难以替代的优势。而且，普通振镜扫描系统在激光加工即便是二维扫描加工过程中往往需要较多镜片组成，降低了光束能量利用率。
[0006]基于上述各点，本发明提出一种镜片数量最少、能量利用率最高的反射式金属振镜系统，其基于离轴椭球面镜与斜平面反射镜组合，适用于光纤耦合输出激光器特别是高功率激光器的振镜扫描二维加工应用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种反射式高功率双金属振镜扫描系统，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:一种反射式高功率双金属振镜扫描系统，包括离轴椭球面镜与斜平面反射镜，且所述离轴椭球面镜与所述斜平面反射镜均为90°光束偏转角，所述离轴椭球面镜中心与所述斜平面反射镜中心连线垂直于离轴椭球面镜柱面中心轴，同时也与斜平面反射镜柱面中心轴重合，所述离轴椭球面镜柱面中心轴与所述斜平面反射镜柱面中心轴相互垂直。
[0009]优选的，所述离轴椭球面镜与斜平面反射镜均为圆柱状斜面反射镜。
[0010]优选的，所述离轴椭球面镜兼容聚焦镜与振镜两种特性。
[0011]优选的，所述离轴椭球面镜与斜平面反射镜内部均设有冷却水通道。
[0012]优选的，所述离轴椭球面镜入射焦距较短，出射焦距较长。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0014](I)本发明结构设计新颖，采用双镜片振镜系统，光路结构简单，实现了聚焦与振镜同步，相同镀膜条件下，最大程度提高能量利用效率，适用于光纤耦合输出类激光器振镜小范围扫描加工，尤其在千瓦、万瓦级高功率光纤耦合输出激光器的二维激光扫描加工中更具优势。
[0015](2)本发明的离轴椭球面镜与斜平面反射镜内部均设有冷却水通道，用于直接水冷，提尚镜片承受激光功率。
[0016](3)本发明的离轴椭球面镜有两个焦点，入射焦点对应光纤耦合输出激光器的出光点，聚焦焦点对应为出射焦点，基于椭球面特性，能够提高聚焦光束质量。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的整体工作原理图；
[0018]图2为本发明的离轴椭球面镜结构示意图；
[0019]图3为本发明的斜平面反射镜结构示意图；
[0020]图4为本发明的双镜片投影图；
[0021]图5为本发明的A-A向剖视图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0023]请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案:一种反射式高功率双金属振镜扫描系统，包括离轴椭球面镜I与斜平面反射镜2，且所述离轴椭球面镜I与所述斜平面反射镜2均为90°光束偏转角，所述离轴椭球面镜I中心与所述斜平面反射镜2中心连线垂直于离轴椭球面镜柱面中心轴3，同时也与斜平面反射镜柱面中心轴4重合，所述离轴椭球面镜柱面中心轴3与所述斜平面反射镜柱面中心轴4相互垂直。
[0024]本实施例中，在保证通光孔径利用率基础上，为了降低镜片重量，离轴椭球面镜I与斜平面反射镜2均为圆柱状斜面反射镜。
[0025]本实施例中，离轴椭球面镜I用作聚焦镜或振镜，在离轴椭球面镜柱面中心轴旋转时，不影响聚焦光束特性。
[0026]本实施例中，离轴椭球面镜I与斜平面反射镜2内部均设有冷却水通道，用于直接水冷，提尚镜片承受激光功率。
[0027]另外，本实施例中，离轴椭球面镜I的入射焦点对应光纤耦合输出激光器的出光点，所述离轴椭球面镜I上有两个焦点，任何一个焦点上点光源发射一束光束，经过镜面均会汇聚到另一焦点，离轴椭球面镜I入射焦距较短，出射焦距较长，能够提高聚焦光束质量。
[0028]本发明工作时通过旋转离轴椭球面镜柱面中心轴和斜平面反射镜柱面中心轴一定角度，可实现聚焦平面小范围扫描，同时离轴椭球面镜聚焦焦距较长，可通过长焦深自补偿聚焦光斑尺寸一致性。[0029 ]工作原理:光纤耦合输出激光器出光点在离轴椭球面镜I入射焦点上，输出光束经过离轴椭球面镜I聚焦，聚焦光束经过斜平面反射镜2反射后聚焦成一个一定大小的光斑，聚焦光斑大小取决于离轴椭球面镜I入射有效焦距、出射有效焦距以及光纤耦合输出激光器的光纤芯径，通过小角度旋转离轴椭球面镜柱面中心轴3与斜平面反射镜柱面中心轴4，聚焦焦面形成一定扫描范围，通过匹配椭球面镜柱面中心轴3与斜平面反射镜柱面中心轴4转角及转向，扫描范围内可以实现任何图形的扫描，且扫描过程中，聚焦光束性能不变。
[0030]本发明结构设计新颖，采用双镜片振镜系统，光路结构简单，实现了聚焦与振镜同步，相同镀膜条件下，最大程度提高能量利用效率，适用于光纤耦合输出类激光器振镜小范围扫描加工，尤其在千瓦、万瓦级高功率光纤耦合输出激光器的二维激光扫描加工中更具优势。
[0031]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种反射式高功率双金属振镜扫描系统，其特征在于:包括离轴椭球面镜与斜平面反射镜，且所述离轴椭球面镜与所述斜平面反射镜均为90°光束偏转角，所述离轴椭球面镜中心与所述斜平面反射镜中心连线垂直于离轴椭球面镜柱面中心轴，同时也与斜平面反射镜柱面中心轴重合，所述离轴椭球面镜柱面中心轴与所述斜平面反射镜柱面中心轴相互垂直。2.根据权利要求1所述的一种反射式高功率双金属振镜扫描系统，其特征在于:所述离轴椭球面镜与斜平面反射镜均为圆柱状斜面反射镜。3.根据权利要求1所述的一种反射式高功率双金属振镜扫描系统，其特征在于:所述离轴椭球面镜用作聚焦镜与振镜。4.根据权利要求1所述的一种反射式高功率双金属振镜扫描系统，其特征在于:所述离轴椭球面镜与斜平面反射镜内部均设有冷却水通道。5.根据权利要求1所述的一种反射式高功率双金属振镜扫描系统，其特征在于:所述离轴椭球面镜入射焦距较短，出射焦距较长。
【文档编号】B23K26/082GK105904087SQ201610475222
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月26日
【发明人】邵华江, 李思佳, 李思泉
【申请人】上海嘉强自动化技术有限公司