[实用新型]一种单振镜全反射式位移调焦3D扫描光学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光振镜扫描技术领域，具体为一种单振镜全反射式位移调焦3D扫描光学系统。

背景技术

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。

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。

在激光工业加工应用中，常规的激光技术方案不足以满足各类加工需求，各类复杂图形的处理应用多有限制，靠着庞大的机床设备运作也十分不便，且加工精度与速度也亟待提高，振镜扫描方案便应运而生。

振镜扫描以高速著称，在mm量级乃至大范围的m量级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，再加上常规的双振镜扫描系统两片振镜都会因为镜片的光束偏转角而引起激光反射率的不小变化，而一定程度上限制了激光加工幅面。

在大功率激光加工问题上，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，而反射式光路则相对更好。

基于上述各点，本实用新型提出一种镜片数量少、能量利用率高的全反射式金属单振镜系统，其基于凸面离轴抛物镜，凹椭球面反射镜以及平面反射振镜组合，基于单振镜双轴旋转特性，基于扩束聚焦模块的位移调焦，基于金属材料的良好导热性，基于激光器种类镀不同的高反射率膜层，特别适用于千瓦、万瓦级高功率激光器的3D激光大幅扫描加工应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单振镜全反射式位移调焦3D扫描光学系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种单振镜全反射式位移调焦3D扫描光学系统,包括凸面离轴抛物镜、凹椭球面反射镜以及平面反射振镜,所述凸面离轴抛物镜与所述凹椭球面反射镜有相同的光束偏转角且中心法线平行，所述凸面离轴抛物镜焦点与所述凹椭球面反射镜前焦点重合，所述凸面离轴抛物镜、凹椭球面反射镜、平面反射振镜中心与光束中心重合。

优选的，所述凸面离轴抛物镜与所述凹椭球面反射镜均为圆柱状斜面反射镜。

优选的，所述凸面离轴抛物镜、凹椭球面反射镜以及平面反射振镜内部均设有冷却水通道。

优选的，所述凹椭球面反射镜前焦距较短，后焦距较长。

优选的，所述凸面离轴抛物镜镜片、凹椭球面反射镜镜片以及平面反射振镜镜片均为导热性良好的金属镜片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型结构设计新颖，采用单振镜扫描方案，平面反射振镜具备双轴旋转，即既能绕反射镜面旋转，也能以入射光轴旋转。

(2)本实用新型中，在同样实现3D大幅扫描的同时优化振镜数量，双轴旋转中绕入射光轴旋转不影响激光反射率，改善了光束偏转角所引起的激光反射率变化。

(3)本实用新型采用全反射式金属光学镜片，可直接水冷，具有良好导热特性，大幅提高镜片承受功率。

(4)本实用新型的凹椭球面反射镜有前后两种焦距，凸面离轴抛物镜焦距与凹椭球面反射镜前焦距配合实现对入射光束扩束，凹椭球面反射镜后焦距对扩束光束进行聚焦。

(5)本实用新型通过平面反射振镜双轴旋转，凸面离轴抛物镜与凹椭球面反射镜组成的扩束聚焦模块沿入射光轴移动进行焦距补偿，可以实现3D大幅面激光扫描应用。

附图说明

图1为本实用新型的整体工作原理图；

图2为本实用新型的平面反射振镜结构示意图；

图3为本实用新型的实施例1结构示意图；

图4为本实用新型的实施例2结构示意图。

具体实施方式