光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)及激光加工設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種光學(xué)結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)及采用該光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的激光加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]激光由于其高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研、國防、工業(yè)等國民生產(chǎn)的重要方面。一般的激光掃描加工設(shè)備，如激光切割設(shè)備，其光路系統(tǒng)主要有三種方式:固定光路、飛行光路、半飛行光路。這三種方式的激光掃描加工設(shè)備一般包括:沿光路方向依次設(shè)置的激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡、45度角反射鏡以及聚焦透鏡(即平場透鏡或者遠(yuǎn)心透鏡)。目前，一般講激光器與準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡集成以形成激光光源，激光器產(chǎn)生的激光束由準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束，以擴(kuò)大激光束的直徑且同時減小發(fā)散角，從而獲得近似平行的激光束，然后采用一片或者多片45度角反設(shè)鏡將激光束反射導(dǎo)入聚焦透鏡進(jìn)行聚焦，從而將激光束匯聚到待加工材料上，使加工材料的表面部分發(fā)生氣化或者液化，然后采用一定方式將氣化或者液化部分除去，從而實現(xiàn)激光切割。
[0003]在使用過程中，一般將45度角反射鏡和聚焦透鏡集成，以形成光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)。激光加工設(shè)備需要將激光光源發(fā)射的激光束準(zhǔn)確地與該聚焦光學(xué)結(jié)構(gòu)的光軸對準(zhǔn)。然而，激光光源和聚焦光學(xué)結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，尺寸較大，重量較重，所以難以將激光光源發(fā)出的激光束光軸與聚焦光學(xué)結(jié)構(gòu)的光軸調(diào)整重合。為此，一般需要設(shè)置多片45度角反射鏡，同時配合機械五維調(diào)節(jié)架以調(diào)整激光光源與二位掃描振鏡的位置。然而，機械五維調(diào)節(jié)架的調(diào)節(jié)過程較為復(fù)雜，且其穩(wěn)定性不高。另外，經(jīng)過多次45度角反射鏡的反射，激光束的能量損失嚴(yán)重，也使得45度角反射鏡吸收激光束的部分能量造成自身的熱形變，從而影響光路整體穩(wěn)定性。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]基于此，有必要提供一種光路穩(wěn)定性較高的光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)及采用該光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的激光加工設(shè)備。
[0005]一種光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)，用于激光加工設(shè)備中，包括沿激光束的傳輸方向依次設(shè)置的反射鏡、拋物面鏡及橢球面鏡，所述反射鏡可轉(zhuǎn)動地設(shè)置并相對激光束的入射方向傾斜，以使激光束沿平行于所述拋物面鏡的對稱軸的方向反射至所述拋物面鏡上，所述拋物面鏡鄰近所述反射鏡設(shè)置且其開口朝向所述反射鏡，所述拋物面鏡的內(nèi)表面為第一反射面，所述橢球面鏡的內(nèi)表面為第二反射面，所述第二反射面朝向所述反射鏡及所述拋物面鏡，所述橢球面鏡的橢圓輪廓的其中一個焦點與所述拋物面鏡的焦點重合。
[0006]在其中一個實施例中，所述拋物面鏡與所述橢球面鏡一體成型，所述橢球面鏡的橢圓輪廓的長軸與所述拋物面鏡的對稱軸平行或垂直。
[0007]在其中一個實施例中，所述拋物面鏡與所述橢球面鏡一體成型，所述橢球面鏡的橢圓輪廓的長軸與所述拋物面鏡的對稱軸斜交。
[0008]在其中一個實施例中，所述拋物面鏡的內(nèi)表面設(shè)有反射膜層以形成所述第一反射面，所述橢球面鏡的內(nèi)表面設(shè)置設(shè)有反射膜層以形成所述第二反射面。
[0009]在其中一個實施例中，所述反射鏡位于所述橢球面鏡的橢圓輪廓的兩個焦點之間。
[0010]一種激光加工設(shè)備，包括沿激光束的傳輸方向依次設(shè)置的激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡、如上任一項所述的光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)，以及噴嘴，所述光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的反射鏡承接由所述準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡傳輸過來的激光束，所述噴嘴遠(yuǎn)離所述拋物面鏡，并鄰近所述橢球面鏡的一個焦點設(shè)置且可朝所述焦點噴射高壓輔助氣體。
[0011]在其中一個實施例中，所述激光加工設(shè)備為激光切割設(shè)備。
[0012]對于上述激光加工設(shè)備，當(dāng)入射激光束沿著入射方向相對于反射鏡前進(jìn)或者后退，或者相對于其入射方向進(jìn)行偏置時，都無需對激光加工設(shè)備進(jìn)行任何調(diào)整，就能夠使得離開橢球面鏡的激光束保持相同的聚焦位置，保證了光路的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0013]通過附圖中所示的本實用新型的優(yōu)選實施例的更具體說明，本實用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將會變得更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分，且并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。
[0014]圖1為一實施例中的光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)除去反射鏡后的示意圖；
[0015]圖2為圖1所示光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)沿I1-1I線的剖視圖；
[0016]圖3為圖1所示光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)應(yīng)用于激光加工設(shè)備中的示意圖；
[0017]圖4為圖3所示光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的另一狀態(tài)示意圖；
[0018]圖5為圖3所示光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的再一狀態(tài)示意圖；
[0019]圖6為另一實施例中的光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本實用新型不受下面公開的具體實施的限制。
[0021]請參閱圖1至圖3，一實施例的激光加工設(shè)備，包括沿激光束105的傳輸方向依次設(shè)置的激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡、光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)100以及噴嘴200 (參見圖3)。激光器產(chǎn)生激光束105經(jīng)由準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡對激光束105進(jìn)行擴(kuò)束。此后激光束105經(jīng)由光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)100及激光掃描機構(gòu)200后抵達(dá)工件，以對工件進(jìn)行加工。光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)100對激光束105產(chǎn)生聚焦作用，使得激光束105聚焦于到工件上。噴嘴200沿激光束105的方向噴射出高壓輔助氣體，從而以配合激光束105對工件進(jìn)行加工。在本實施方式中。在本實施方式中，該激光加工設(shè)備為激光切割設(shè)備，入射激光束105的波長范圍為200?12000納米。
[0022]光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)100包括沿激光束105的傳輸方向依次設(shè)置的反射鏡10、拋物面鏡30以及橢球面鏡50。反射鏡10承接從準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡傳輸過來的激光束105并反射至拋物面鏡30上，拋物面鏡30將激光束105反射至橢球面鏡50上，進(jìn)而反射工件上。
[0023]反射鏡10為平面鏡且轉(zhuǎn)動地設(shè)置并相對激光束105的傳輸方向傾斜，以將激光束105反射至拋物面鏡30上。在本實施方式中，激光束105沿水平方向抵達(dá)反射鏡10上，反射鏡10傾斜向上設(shè)置。拋物面鏡30鄰近反射鏡10設(shè)置，其開口朝向反射鏡10。拋物面鏡30的對稱軸31相對反射鏡10傾斜，且平行于反射鏡10反射過來的激光束105。拋物面鏡30的內(nèi)表面33設(shè)有高反射膜層以形成第一反射面，用于將激光束105反射至橢球面鏡50上。橢球面鏡50朝向反射鏡10及拋物面鏡30，且其開口內(nèi)表面51設(shè)置設(shè)有高反射膜層以形成第二反射面，用于將激光束105反射至工件上。橢球面鏡50的橢圓輪廓長軸53與拋物面鏡30的對稱軸31重合，且橢球面鏡50的橢圓輪廓的一個焦點55與拋物面鏡30的焦點35重合。拋物面鏡30與橢球面鏡30由金屬材料一體成型。在本實施方式中，拋物面鏡30的開口方向傾斜向下，與反射鏡10的傾斜方向相反，且橢球面鏡50的橢圓輪廓的另一個焦點5