[发明专利]一种激光同轴熔丝加工头及激光汇聚点调节方法

说明书

一种激光同轴熔丝加工头及激光汇聚点调节方法，包括分束主镜框和阵列设于分束主镜框周围的多个反射镜框，反射镜框通过多个调节螺栓连接在分束主镜框的入射通道和反射通道的交接处，分束主镜框与反射镜框的连接面上设有环形的凹槽，凹槽中设有弹性密封圈。本发明通过多个调节螺栓调节弹性密封圈的变形量及反射镜框中反光镜的偏转角度，来调节激光分束的偏转角度，以使各激光分束按照预设情况通过聚焦镜聚焦后在预设汇聚点处进行聚合，且调节方式操作方便快捷，既不会明显增大加工头的结构复杂度，也不会影响加工头的密封性和稳定性。此外，与磨修法相比，节省了反复修配的时间，且用于替换的配件也不必进行修配。

技术领域

本发明涉及激光熔丝增材加工技术领域，特别是涉及一种激光同轴熔丝加工头及激光汇聚点调节方法。

背景技术

激光同轴熔丝成形技术是一种以激光为热源、以同步送进的丝材为原料且丝材和激光光束保持同轴的激光增材制造技术。其中，一个主流方案是将从激光器发出的一束激光束分成2～5个激光分束，各个激光分束通过反射、聚焦等，最终在汇聚点处聚合，各个激光分束呈圆周对称分布，丝材从激光分束内部送给，和激光分束保持同轴关系，并在光束汇聚点处被高能量激光熔化。

实际情况中，激光同轴熔丝加工头是由执行分束、反射、聚焦等复杂光学变换的多个功能单元装配而成，激光束由原本一个光轴变换为三维空间上的多个光轴。由于各功能单元均会存在加工误差和装配误差等，光束通过加工头后，空间上具有不同光轴的各激光分束往往不能按照预设情况在理论汇聚点处聚合。一般是对相关功能单元进行磨修，但该方法既费时费力，而且配件的可替换性也差。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光同轴熔丝加工头及激光汇聚点调节方法，通过调节反射镜框中反光镜的角度来调节激光分束的偏转角度，以使各激光分束按照预设情况在预设汇聚点处进行聚合。

第一方面，本发明提供一种激光同轴熔丝加工头，包括分束主镜框和阵列设于所述分束主镜框周围的多个反射镜框，所述反射镜框通过多个调节螺栓连接在所述分束主镜框的入射通道和反射通道的交接处，所述分束主镜框与所述反射镜框的连接面上设有环形的凹槽，所述凹槽中设有弹性密封圈，所述弹性密封圈的一侧外边缘与所述凹槽的底部接触、另一侧的外边缘突出所述凹槽的顶部与所述反射镜框接触；

所述分束主镜框与所述反射镜框的连接处设有与调节螺栓位置对应的锁定元件，所述锁定元件用于固定所述调节螺栓的位置，通过多个所述调节螺栓调节所述弹性密封圈的变形量及反射镜框中反光镜的偏转角度，来调节激光分束的偏转角度，以使各激光分束按照预设情况通过聚焦镜聚焦后在预设汇聚点处进行聚合。

进一步地，各所述激光分束在所述预设汇聚点所在的加工平面上的可移动范围为±30mm。

进一步地，所述弹性密封圈的横截面为中空的O型截面，且采用橡胶材料制成。

进一步地，所述弹性密封圈的外径为3～10mm，壁厚为1～3mm。

进一步地，所述弹性密封圈的外径为8mm，壁厚为2.5mm。

进一步地，所述反射镜框的侧边设有锁定孔，所述锁定元件穿过锁定孔对所述调节螺栓进行固定。

进一步地，所述分束主镜框靠近所述反射镜框的端部设有锁定孔，所述锁定元件穿过锁定孔对所述调节螺栓进行固定。

进一步地，所述锁定元件为顶丝。

进一步地，所述调节螺栓的数量为3个或4个。

第二方面，本发明提供一种激光汇聚点调节方法，通过上述激光同轴熔丝加工头来实现，包括以下步骤：

激光平行光束经过分束主镜框中的分束镜进行分束形成激光分束；

激光分束由反射镜框中反光镜接收反射，然后通过聚焦镜进行聚焦；