一种可变焦深激光切割头转让专利
申请号 : CN202010442258.2
文献号 : CN111702346B
文献日 : 2021-04-20
发明人 : 谭羽 , 李明
申请人 : 中国科学院西安光学精密机械研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种可变焦深激光切割头,其特征在于:包括光学系统和调节机构;
所述光学系统包括沿光路依次设置的锥透镜(1)、第一光学透镜(2)、第二光学透镜(3)和第三光学透镜(4);锥透镜(1)和第一光学透镜(2)之间为固定光学间距;第一光学透镜(2)和第二光学透镜(3)之间、第二光学透镜(3)和第三光学透镜(4)之间为可变光学间距;
锥透镜(1)用于产生无衍射光丝;
第一光学透镜(2)、第二光学透镜(3)和第三光学透镜(4)构成倒置变倍缩束系统,光焦度始终为零,随着光学间距的调整,所述倒置变倍缩束系统的光束缩小倍率为10x‑20x;
所述调节机构包括同轴依次设置的第一镜筒(5)、第二镜筒(6)和第三镜筒(7);
所述锥透镜(1)和第一光学透镜(2)固定在第一镜筒(5)内,第二光学透镜(3)固定在第二镜筒(6)内,第三光学透镜(4)固定在第三镜筒(7)内;
定义锥透镜(1)处为前端,第三光学透镜(4)处为后端;
第一镜筒(5)的后端侧壁上设置有第一轴向滑槽(12),第二镜筒(6)的后端侧壁上设置有第二轴向滑槽(13);第二镜筒(6)的前端侧壁上设置有第一径向螺纹孔,该第一径向螺纹孔的位置与所述第一轴向滑槽(12)相适配;第三镜筒(7)的前端侧壁上设置有第二径向螺纹孔,该第二径向螺纹孔的位置与所述第二轴向滑槽(13)相适配;
第一镜筒(5)的后端与第二镜筒(6)的前端轴孔配合,并且在所述第一径向螺纹孔和第一轴向滑槽(12)内安装有第一固定螺钉(10),该第一固定螺钉(10)与第一轴向滑槽(12)之间为间隙配合;在第一镜筒(5)的后端与第二镜筒(6)的前端外还套设有第一调节环(8),第一调节环(8)的前端与第一镜筒(5)的后端之间为螺纹配合,第一调节环(8)的后端与第二镜筒(6)的前端之间为螺纹配合;第一调节环(8)前端与后端上设置的螺纹旋向相反;
第二镜筒(6)的后端与第三镜筒(7)的前端轴孔配合,并且在所述第二径向螺纹孔和第二轴向滑槽(13)内安装有第二固定螺钉(11),该第二固定螺钉(11)与第二轴向滑槽(13)之间为间隙配合;在第二镜筒(6)的后端与第三镜筒(7)的前端外还套设有第二调节环(9),第二调节环(9)的前端与第二镜筒(6)的后端之间为螺纹配合,第二调节环(9)的后端与第三镜筒(7)的前端之间为螺纹配合,第二调节环(9)的前端与后端上设置的螺纹旋向相反。
2.根据权利要求1所述的可变焦深激光切割头,其特征在于:锥透镜(1)入射面为平面,出射面为锥面,锥角角度为2°‑5°,光学间距为2.52mm;
第一光学透镜(2)入射面为凸面,出射面为平面,入射面曲率半径为85.3mm,光学间距为8.26mm;
第二光学透镜(3)入射面为凹面,出射面为平面,入射面曲率半径为16.66mm,光学间距为2.14mm;
第三光学透镜(4)入射面和出射面均为凸面,并且入射面与出射面曲率半径均为
38.43mm,光学间距为3.06mm;
锥透镜(1)和第一光学透镜(2)之间的光学间距为60mm;
第一光学透镜(2)和第二光学透镜(3)之间光学间距在134.8mm‑146.6mm之间可调;第二光学透镜(3)和第三光学透镜(4)之间光学间距在5.2mm‑15.7mm之间可调。
3.根据权利要求2所述的可变焦深激光切割头,其特征在于:锥透镜(1)、第一光学透镜(2)、第二光学透镜(3)和第三光学透镜(4)的面型精度小于0.005mm。
4.根据权利要求3所述的可变焦深激光切割头,其特征在于:锥透镜(1)、第一光学透镜(2)、第二光学透镜(3)和第三光学透镜(4)中,相邻两个光学元件之间的光学间距误差小于
0.05mm。
5.根据权利要求4所述的可变焦深激光切割头,其特征在于:锥透镜(1)、第一光学透镜(2)、第二光学透镜(3)和第三光学透镜(4)的轴偏移均小于0.02mm,角度偏移小于0.5′。
6.根据权利要求5所述的可变焦深激光切割头,其特征在于:锥透镜(1)、第一光学透镜(2)、第二光学透镜(3)和第三光学透镜(4)均由熔融石英制成。
7.根据权利要求1‑6任一所述的可变焦深激光切割头,其特征在于:所述第一调节环(8)和第二调节环(9)上均设置有表征激光光束焦深的刻度。
8.根据权利要求7所述的可变焦深激光切割头,其特征在于:所述第一轴向滑槽(12)和第二轴向滑槽(13)的表面粗糙度小于1.6μm。
9.根据权利要求8所述的可变焦深激光切割头,其特征在于:所述第一固定螺钉(10)和第二固定螺钉(11)上端为螺纹,下端为圆柱面,且圆柱面的表面粗糙度小于1.6μm。
10.根据权利要求9所述的可变焦深激光切割头,其特征在于:锥透镜(1)和第一光学透镜(2)采用机械压圈压紧在第一镜筒(5)内,第二光学透镜(3)采用机械压圈压紧在第二镜筒(6)内,第三光学透镜(4)采用机械压圈压紧在第三镜筒(7)内。
说明书 :
一种可变焦深激光切割头
技术领域
背景技术
参数多样,制造精度高;3.非接触加工,无道具磨损。同时,激光切割还具有切割质量好、切
割效率高、切割速度快、适应性好、维护成本低等优点。基于上述优势,目前激光切割已经大
规模应用于工业生产中,通常情况下金属是激光切割的主要对象,其他加工对象还有塑料、
陶瓷、硅片、玻璃等。
割边缘更为平整,通常会采用激光光学元器件实现长焦深和小聚焦光斑的汇聚光束输出,
并进行加工,可以满足一般加工需求。
割需求。
发明内容
之间、第二光学透镜和第三光学透镜之间为可变光学间距;
述第一轴向滑槽相适配;第三镜筒的前端侧壁上设置有第二径向螺纹孔,该第二径向螺纹
孔的位置与所述第二轴向滑槽相适配;
一镜筒的后端与第二镜筒的前端外还套设有第一调节环,第一调节环的前端与第一镜筒的
后端之间为螺纹配合,第一调节环的后端与第二镜筒的前端之间为螺纹配合;第一调节环
前端与后端上设置的螺纹旋向相反;
二镜筒的后端与第三镜筒的前端外还套设有第二调节环,第二调节环的前端与第二镜筒的
后端之间为螺纹配合,第二调节环的后端与第三镜筒的前端之间为螺纹配合,第二调节环
的前端与后端上设置的螺纹旋向相反。
为8.26mm;第二光学透镜入射面为凹面,出射面为平面,入射面曲率半径为16.66mm,光学间
距为2.14mm;第三光学透镜入射面和出射面均为凸面,并且入射面与出射面曲率半径均为
38.43mm,光学间距为3.06mm;锥透镜和第一光学透镜之间的光学间距为60mm;第一光学透
镜和第二光学透镜之间光学间距在134.8mm‑146.6mm之间可调;第二光学透镜和第三光学
透镜之间光学间距在5.2mm‑15.7mm之间可调。
附图说明
12‑第一轴向滑槽;13‑第二轴向滑槽。
具体实施方式
10x‑20x。
间光学间距可在5.2mm‑15.7mm之间调整。
直径在3.75μm‑7.5μm可调,焦深在0.45mm‑1.8mm可调。
移0.5′。
透镜3固定在第二镜筒6内,并采用机械压圈压紧,保证其不松动;第三光学透镜4固定在第
三镜筒7内,采用机械压圈压紧,保证其不松动。
螺纹孔,后端加工左旋螺纹和第二轴向滑槽13,为使得调节时更顺畅,第二轴向滑槽13表面
粗糙度最好小于1.6μm;第三镜筒7的前端侧壁加工右旋螺纹和第二径向螺纹孔;第一调节
环8内侧壁加工两处螺纹,一处加工左旋螺纹,另一处加工右旋螺纹,且这两处螺纹的直径、
螺距分别与第一镜筒5后端外侧壁的左旋螺纹和第二镜筒6前端外侧壁上的右旋螺纹相匹
配;第二调节环9内侧壁加工两处螺纹,一处加工左旋螺纹,另一处加工右旋螺纹,且这两处
螺纹的直径、螺距分别与第二镜筒6后端外侧壁上的左旋螺纹和第三镜筒7前端外侧壁上的
右旋螺纹相匹配;第一固定螺钉10、第二固定螺钉11上端均加工有螺纹,下端均加工成圆柱
面,圆柱面粗糙度最好小于1.6μm,且圆柱面直径分别与第一镜筒5、第二镜筒6上的第一轴
向滑槽12和第二轴向滑槽13宽度一致,公差均为间隙配合。
内,第一调节环8与第一镜筒5、第二镜筒6均通过螺纹连接;
内,第二调节环9与第二镜筒6、第三镜筒7均通过螺纹连接。
调节环9实现第二镜筒6和第三镜筒7之间的轴向运动,从而调整第二光学透镜3和第三光学
透镜4之间的光学间距。
接显示转动角度与焦深的对应关系,在第一调节环8、第二调节环9上设置表征激光光束焦
深的刻度(例如粘贴刻度贴纸),以便快速方便得到需要的激光光束。