[实用新型]一种基于多分光椭球面镜光内同轴送丝光学机构

说明书

本实用新型公开了一种基于多分光椭球面镜光内同轴送丝光学机构,包括多分光椭球面镜，平面反射镜，送丝结构，丝材，本实用新型结构设计新颖，基于多分光椭球面镜对入射发散点光源分光聚焦特性，基于聚焦多分光束等角分布特性，配合送丝机构光内出丝同轴特性，可大幅提高送丝材料利用效率，激光加工速度，加工质量与一致性，适用于光纤激光器送丝激光加工，尤其适用于高功率光纤激光送丝焊接、送丝熔覆等激光加工工艺。

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器送丝激光加工技术领域，具体为一种基于多分光椭球面镜光内同轴送丝光学机构。

背景技术

激光加工技术涵盖了激光切割、焊接、淬火、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。由于激光束具有与加工材料的非接触性、加工速度快与质量优异等优势，奠定了激光加工技术是一种无可替代的高新技术。

光纤激光器由于光纤柔韧性好、电光转换效率高、体积较小等优势，使得光纤激光器在工业激光加工的市场占有率日益突出。随着中高功率光纤激光器价格的大幅降低，激光焊接、激光熔覆等也逐步获得广泛推广。

送丝激光焊接、送丝激光熔覆在激光焊接与熔覆中十分常见，这里统称为送丝激光加工。通常的送丝激光加工，大致可分为两类，一类是旁轴送丝激光加工，一类是同轴送丝激光加工。

旁轴送丝激光加工，是指激光束垂直或近似垂直于加工基材，送丝采用相对于加工基材有锐角角度的侧向送丝方式，送丝位置受激光束扫描方向的影响，这将导致送丝激光加工各向一致性差，送丝材料利用率低，加工速度缓慢且加工质量与一致性很难保证。

同轴送丝加工，是指送丝材料相对于加工基材垂直或基本垂直，激光束环绕送丝材料进行加工的方式。同轴送丝加工相对于旁轴送丝加工，有助于解决送丝材料利用率、加工速度与加工质量以及各向一致性问题。目前，同轴送丝加工主要包括环形光内送丝加工与分光光内送丝加工。

环形光内送丝加工，如专利公开号CN 101386111 A以及CN 104259461 A，大体是采用圆锥反射镜将光束分为360°环形光束，环形光束经过环形抛物镜聚焦，聚焦焦点为实心点，离焦部分则为空心的环形光束，问题在于送丝结构与环形光束会产生干涉，存在安全隐患；又如Precitec方案，光路依次是准直镜、平反镜、等厚凹凸轴锥透镜、等厚凹凸二分光镜、中空平反镜、中空等厚凹凸二分光镜以及中空聚焦镜和中空保护镜，虽然在保证环形光束的同时，解决了送丝结构与光束干涉问题，但该光路结构复杂，整形镜片难加工并导致成本奇高，且与前面环形光学方案一样，镜片的安装要求极高，给机械设计大幅增加难度。

分光光内送丝加工，如专利公开号CN 105499793 A，采用四分光透镜将入射激光束分为四束光束后聚焦，再经中间带有通孔的反射镜反射，送丝机构由反射镜通孔处送丝。其一定程度上解决了环形光内送丝方案环形光束能量分散的问题，且避免了送丝机构与激光束直接接触而引起能量损失以及送丝机构发热变形等问题。但问题在于，四分光镜片在加工上极难保证镜片两边的棱垂直度以及分光面的棱角一致性，更何况采用两片四分光镜，容易导致聚焦光束从理想的正方形分布变为棱形分布，四路分光束的聚焦焦点无法重合到一点，且无法校正回来。

基于上述各点，本实用新型提出一种基于多分光椭球面镜光内同轴送丝光学方案，基于多分光椭球面镜对入射发散点光源分光聚焦特性，基于聚焦多分光束等角分布特性，配合送丝机构光内出丝同轴特性，可大幅提高送丝材料利用效率、激光加工速度、加工质量与一致性，适用于光纤激光器送丝激光加工，尤其适用于高功率光纤激光送丝焊接、送丝熔覆等激光加工工艺。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于多分光椭球面镜光内同轴送丝光学机构及其工作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。