專利名稱：激光器的對(duì)焦設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光器的對(duì)焦設(shè)備，更具體地說，涉及使用可見光來輔助對(duì)焦的對(duì)焦設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著激光設(shè)備越來越多地應(yīng)用到機(jī)械加工設(shè)備的行列中，對(duì)于如何更好地是利用激光器，出現(xiàn)了很多新的課題有待完善。比如，激光器的對(duì)焦方法在激光器的應(yīng)用中起著很重要的作用。
根據(jù)激光器工作的原理，請(qǐng)參考圖1，圖1所示的是常用的激光器中最重要的組成部分，激光槍的結(jié)構(gòu)。見圖1，激光束103從激光發(fā)生器(圖中未示出)射出，經(jīng)過光纜(圖中也沒有示出)到達(dá)激光槍100，激光槍100內(nèi)的聚焦鏡107將激光束聚焦成很小的光點(diǎn)(其最小值可小于0.1mm)，使焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度(可超過106W/CM2)。這時(shí)光束輸入(由光能轉(zhuǎn)換)的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過被工件材料反射、傳導(dǎo)或擴(kuò)散部分，材料很快加熱至汽化溫度蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與工件相對(duì)線性移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄(如0.1mm左右)的切縫。切邊受熱影響很小，基本沒有工件熱變形問題。圖1中，激光槍100除了上面提到的部件外，還包括下述的部件用于觀察的目鏡101、激光束準(zhǔn)直儀102，折射用的45度平面鏡104、冷卻接口105。由于圖1所示的激光槍100是用于切割工件的激光槍，所以其還包括切割輔助氣體入口106，同時(shí)，圖1中還示出了工件109。
通過上面的描述可知，激光器尤其是其中的激光槍的焦點(diǎn)與工件切割表面的相對(duì)位置對(duì)保證切割質(zhì)量尤為重要。由于焦點(diǎn)處功率密度最高，在大多數(shù)情況下，切割時(shí)焦點(diǎn)位置剛處在工件切割表面或稍微在表面以下。圖2示出了焦點(diǎn)的位置和切割孔的深度以及形狀之間的關(guān)系?？梢?，將焦點(diǎn)保持在工件的表面上或者稍微在表面以下得到的切割孔的效果最佳。在整個(gè)切割過程中，確保焦點(diǎn)與工件相對(duì)位置恒定是獲得穩(wěn)定的切割質(zhì)量的重要條件。有時(shí)，透鏡受溫度影響而引起焦長(zhǎng)變化，或者鏡片保養(yǎng)等等，這就需要及時(shí)調(diào)整焦點(diǎn)位置。
目前的對(duì)焦方法有燒斑法、紅外攝像法、小孔掃描法等。其中燒斑法最為常用，因?yàn)?，此法只要取一張濕紙貼在工件表面打印即可，簡(jiǎn)便易行，為大多數(shù)用戶所采納。但是，此法僅能向人們提供大致的焦點(diǎn)輪廓，由于材料的橫向熱傳導(dǎo)效應(yīng)，使燒取的焦點(diǎn)圖樣失真，有時(shí)模糊不清，所以此法只能作為粗略的參考。且因?yàn)榧す鈱?duì)人體有害，所以需要注意的發(fā)射光的安全防護(hù)問題。于是，就需要一種簡(jiǎn)便易行又能夠較為準(zhǔn)確的提供對(duì)焦的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中由于激光不能直接肉眼觀察造成的對(duì)焦不精確的缺陷。本實(shí)用新型的目的是提供一種使用可視光輔助對(duì)焦的設(shè)備，通過對(duì)肉眼無害的可視光來輔助激光器的對(duì)焦。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案一種激光器的對(duì)焦設(shè)備，使用被對(duì)焦激光器的激光槍和光纜，該設(shè)備包括可見光光源，提供可見光，與所述光纜的一端相連；濾鏡，與所述光纜的另一端相連，所述濾鏡輸出的可見光輸入至所述激光槍；成像裝置，所述激光槍輸出的經(jīng)聚焦后的光線在所述成像裝置上形成光斑，以此光斑作為調(diào)節(jié)所述激光槍焦點(diǎn)位置的依據(jù)；觀察裝置，可使用所述觀察裝置觀察所述成像裝置上的光斑，以所述光斑為依據(jù)調(diào)節(jié)所述激光槍焦點(diǎn)的位置。
按照本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述激光器是用于切割的激光器。對(duì)于該用于切割的激光器，所述成像裝置為一支架，具有與所述用于切割的激光器加工的工件相同的結(jié)構(gòu)，所述支架的成像面即是所述工件被加工時(shí)所述激光器加工的面。例如，所述支架與連桿工件具有相同的結(jié)構(gòu)，所述支架內(nèi)部有一空腔，其一端為成像面。該支架可包括機(jī)架、腔體和對(duì)焦架，其中光斑位于腔體的一個(gè)端面上。
按照本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述觀察裝置至少包括一目鏡和一轉(zhuǎn)鏡。例如，觀察裝置包括一“”的連接管，其中安裝有轉(zhuǎn)鏡，連接管的一端通過一鎖緊螺絲與成像裝置相連，另一端連接到一伸縮套，伸縮套的長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，所述伸縮套連一目鏡。另外，根據(jù)不同的需要，所述觀察裝置還可包括一組或多組用于折射的平面鏡組以及一組或多組透鏡組。
由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的對(duì)焦裝置首先采用可視光代替激光來為激光器的激光槍進(jìn)行對(duì)焦，由于可視光對(duì)于肉眼無害，可直接觀察可視光的對(duì)焦情況，因此能夠達(dá)到準(zhǔn)確對(duì)焦的要求，在完成對(duì)焦之后，在將光源換成激光即可。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)焦準(zhǔn)確，較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。


本實(shí)用新型的特征、本質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將在下述結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述之后變得更加明顯，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的特征，其中圖1是目前使用的激光器的激光槍的結(jié)構(gòu)圖；圖2是焦點(diǎn)位置和切割的孔的情況的關(guān)系圖；圖3是光的聚焦特性的示意圖；圖4是本實(shí)用新型的對(duì)焦設(shè)備的光學(xué)原理圖；圖5是按照本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)焦設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例和附圖來進(jìn)一步描述本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理。
在此之前，首先介紹一下了光的聚焦特性，分析一下可見光的焦點(diǎn)是否與激光焦點(diǎn)同位。
激光在聚焦后得到的光斑直徑可根據(jù)艾里衍射理論算出d=2.4fλD]]>其中d為光斑直徑，f為物鏡焦距，λ為光的波長(zhǎng)，D為物鏡有效直徑。
圖3示出了光的聚焦特性，從圖3中可以看出，在物鏡焦距f和物鏡有效直徑D在現(xiàn)有的設(shè)備中已經(jīng)確定的情況下，光斑的大小就取決于光波的長(zhǎng)度，所以不同的光波就會(huì)形成不同大小的光斑。對(duì)于擁有多種光波長(zhǎng)度的燈光(由多種可見光組合而成)來說，其聚焦原理同樣遵從上述法則。如圖3所示，幾種不同波長(zhǎng)的光在聚焦時(shí)，各自以不同大小的光斑同時(shí)顯現(xiàn)在一個(gè)焦點(diǎn)截面上，光斑的中心是照明光源的倍光，其外緣會(huì)呈現(xiàn)斑斕的色彩。這種現(xiàn)象其實(shí)是多層單色光斑疊加的結(jié)果。根據(jù)艾里衍射理論，光波越長(zhǎng)，其光斑直徑就越大。那么，在同等光束直徑下，激光(波長(zhǎng)1060nm)的光斑是否比可見光(波長(zhǎng)400nm～700nm)的光斑大呢？其實(shí)未必。由于激光具有良好的方向性、相干性，使其在空間能夠進(jìn)行直進(jìn)式傳播，雖然激光在衍射效應(yīng)下有一定的發(fā)散性，但將其壓縮至衍射臨界值并不困難。而可見光壓縮至很小的光斑卻非常困難，這是由于其本身方向性、空間相干性差形成較大發(fā)散性的緣故。所以，可見光的光斑直徑大于激光光斑。
就激光與可見光的上述特性而言，激光具有空間相干性，能夠在聚焦鏡的作用下產(chǎn)生高功率密度，形成高溫。而可見光不能達(dá)到這樣的效果，只是形成的光斑大而無力罷了。這對(duì)于用來驗(yàn)對(duì)激光焦距并無妨礙，因?yàn)榫劢圭R的焦距f并沒有因?yàn)楣獠ㄩL(zhǎng)度的變化而改變。所以，利用可見光能夠?qū)崿F(xiàn)輔助對(duì)焦。既是首先使用可見光來對(duì)聚焦鏡的焦距f進(jìn)行調(diào)節(jié)，在對(duì)焦完畢之后將光源換成激光，由于焦距f不變，因此激光其是也已完成對(duì)焦。
由此，本實(shí)用新型采用下述的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的一種激光器的對(duì)焦設(shè)備，使用被對(duì)焦激光器的激光槍和光纜，該設(shè)備包括可見光光源，提供可見光，與光纜的一端相連；濾鏡，與光纜的另一端相連，濾鏡輸出的可見光輸入至激光槍；成像裝置，激光槍輸出的經(jīng)聚焦后的光線在成像裝置上形成光斑，以此光斑作為調(diào)節(jié)激光槍焦點(diǎn)位置的依據(jù)；觀察裝置，可使用觀察裝置觀察成像裝置上的光斑，以光斑為依據(jù)調(diào)節(jié)所述激光槍焦點(diǎn)的位置。
圖4所示的是本實(shí)用新型的對(duì)焦設(shè)備的光學(xué)原理圖，如圖4所示，該結(jié)構(gòu)應(yīng)包括可視光光源401，光纜402、濾鏡403、激光槍404、成像裝置405和觀察裝置406。其中光纜402和激光槍404是激光器原有的部件，原先光纜402連接至激光發(fā)生器，將激光輸入到激光槍404中，在使用對(duì)焦設(shè)備進(jìn)行對(duì)焦時(shí)，將光纜402連接到可視光光源401，可視光光源401可以使用燈光來實(shí)現(xiàn)。比如在圖4中表示為一個(gè)燈箱，其連接到光纜402的一端，光纜402的另一端具有濾鏡403，可視光通過濾鏡403后輸入到激光槍404中，在圖4中，激光槍被簡(jiǎn)化為兩個(gè)透鏡和一個(gè)平面鏡的形式。之后，經(jīng)過激光槍聚焦的可視光在成像裝置405上形成光斑，該光斑即是用來進(jìn)行對(duì)焦。對(duì)于成像裝置405，其可根據(jù)實(shí)際被加工的工件的不同而具有不同的結(jié)構(gòu)，在使用對(duì)焦裝置時(shí)，應(yīng)該注意使用和將要被加工的工件具有相同結(jié)構(gòu)的成像裝置，其中成像裝置405中的成像面即是工件被加工時(shí)激光器加工的面。這在下面會(huì)結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的描述。觀察裝置406是用來觀察成像裝置405中的光斑的，由于可見光成像的光斑可能亮度較弱，因此使用觀察裝置406來進(jìn)行觀察能夠得到更為精確的結(jié)果。觀察裝置406的結(jié)構(gòu)和通用的光學(xué)裝置類似。一般來說，至少應(yīng)該具有一目鏡410和一轉(zhuǎn)鏡412，在圖4所示的光學(xué)示意圖中，還具有一組用于折射的平面鏡組414和一組透鏡416，根據(jù)不同的需要，平面鏡組和透鏡組的數(shù)量是可以變化的。在使用該對(duì)焦設(shè)備時(shí)，打開可見光光源401后，可見光通過光纜402、濾鏡403、激光槍404到達(dá)成像裝置405形成光斑，通過調(diào)節(jié)觀察裝置406中的目鏡410，使觀察達(dá)到最佳的清晰效果。此時(shí)，可根據(jù)成像裝置405中的光斑的大小來判斷并調(diào)節(jié)激光槍404的焦點(diǎn)的最佳位置。
下面舉一例來具體說明，在激光器的應(yīng)用中，切割用的激光器最為常用，例如，在加工發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的工藝中，采用激光切割使可縮短工件的物流時(shí)間，提高連桿的制造效率，大幅度降低了制造成本。在加工連桿的過程中，需要一個(gè)微小的開口作為引導(dǎo)。形成這個(gè)開口就是采用激光切割。針對(duì)用于該工藝中的激光器，本實(shí)用新型的對(duì)焦設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例具有如下的結(jié)構(gòu)，參考圖5。在圖5中，成像裝置405為具有與連桿工件相同的結(jié)構(gòu)的支架，該支架的內(nèi)部有一空腔，其一端為成像面，該成像面即是加工連桿工件時(shí)的加工面。繼續(xù)參考圖5，圖中的可視光光源401在該實(shí)施例中為一燈箱，燈箱內(nèi)有一諸如燈泡的光源。光纜402的一端連接在燈箱上，另一端安裝有濾鏡403，激光槍404在該圖中仍然使用簡(jiǎn)略的虛線框表示，具體的結(jié)構(gòu)可參考圖1。成像裝置405，如前面所述的，在該實(shí)施例中具有與連桿工件相同的結(jié)構(gòu)，具體包括機(jī)架500、腔體502和對(duì)焦架504，其中光斑506位于腔體502的一個(gè)端面上。觀察裝置406。在該實(shí)施例中，觀察裝置406具有下述的結(jié)構(gòu)，一“”的連接管508，其中安裝有轉(zhuǎn)鏡412，連接管508的一端通過一鎖緊螺絲510與成像裝置405中的對(duì)焦架504相連，另一端連接到一伸縮套512，伸縮套512可的長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，伸縮套512連接目鏡410，在該實(shí)施例中，目鏡410為Hass公司生產(chǎn)的Hass目鏡，當(dāng)然使用其他的目鏡也是可以的。圖5中的光路走向如514。在該實(shí)施例中，沒有用于折射的平面鏡組414和透鏡416，但是熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，如果需要，在其它的實(shí)施例中可以使用一組或多組的平面鏡組和/或透鏡組，這并不應(yīng)該被理解為超出本實(shí)用新型的范圍之外。
在采用了本實(shí)用新型的技術(shù)方案之后，本實(shí)用新型的對(duì)焦裝置首先采用可視光代替激光來為激光器的激光槍進(jìn)行對(duì)焦，由于可視光對(duì)于肉眼無害，可直接觀察可視光的對(duì)焦情況，因此能夠達(dá)到準(zhǔn)確對(duì)焦的要求，在完成對(duì)焦之后，在將光源換成激光即可。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)焦準(zhǔn)確，較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中的對(duì)焦不準(zhǔn)的問題。
上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實(shí)現(xiàn)或使用本實(shí)用新型的，熟悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本實(shí)用新型的實(shí)用新型思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做出種種修改或變化，因而本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求1.一種激光器的對(duì)焦設(shè)備，使用被對(duì)焦激光器的激光槍和光纜，其特征在于，該設(shè)備包括可見光光源，提供可見光，與所述光纜的一端相連；濾鏡，與所述光纜的另一端相連，所述濾鏡輸出的可見光輸入至所述激光槍；成像裝置，所述激光槍輸出的經(jīng)聚焦后的光線在所述成像裝置上形成光斑，以此光斑作為調(diào)節(jié)所述激光槍焦點(diǎn)位置的依據(jù)；觀察裝置，可使用所述觀察裝置觀察所述成像裝置上的光斑，以所述光斑為依據(jù)調(diào)節(jié)所述激光槍焦點(diǎn)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的對(duì)焦設(shè)備，其特征在于，所述激光器是用于切割的激光器。
3.如權(quán)利要求2所述的對(duì)焦設(shè)備，其特征在于，所述成像裝置為一支架，具有與所述用于切割的激光器加工的工件相同的結(jié)構(gòu)，所述支架的成像面即是所述工件被加工時(shí)所述激光器加工的面。
4.如權(quán)利要求3所述的對(duì)焦設(shè)備，其特征在于，所述支架與連桿工件具有相同的結(jié)構(gòu)，所述支架內(nèi)部有一空腔，其一端為成像面。
5.如權(quán)利要求4所述的對(duì)焦設(shè)備，其特征在于，所述支架包括機(jī)架、腔體和對(duì)焦架，其中光斑位于腔體的一個(gè)端面上。
6.如權(quán)利要求1所述的對(duì)焦設(shè)備，其特征在于，所述觀察裝置至少包括一目鏡和一轉(zhuǎn)鏡。
7.如權(quán)利要求6所述的對(duì)焦設(shè)備，其特征在于，所述觀察裝置還包括一組或多組用于折射的平面鏡組以及一組或多組透鏡組。
8.如權(quán)利要求6所述的對(duì)焦設(shè)備，其特征在于，所述觀察裝置包括一“”的連接管，其中安裝有轉(zhuǎn)鏡，連接管的一端通過一鎖緊螺絲與成像裝置相連，另一端連接到一伸縮套，伸縮套的長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，所述伸縮套連一目鏡。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種激光器的對(duì)焦設(shè)備，使用被對(duì)焦激光器的激光槍和光纜，該設(shè)備包括可見光光源，提供可見光，與光纜的一端相連；濾鏡，與光纜的另一端相連，濾鏡輸出的可見光輸入至激光槍；成像裝置，激光槍輸出的經(jīng)聚焦后的光線在成像裝置上形成光斑；觀察裝置，可使用觀察裝置觀察成像裝置上的光斑，以光斑為依據(jù)調(diào)節(jié)激光槍焦點(diǎn)的位置。在采用了本實(shí)用新型的技術(shù)方案后，對(duì)焦裝置首先采用可視光代替激光來為激光器的激光槍進(jìn)行對(duì)焦，由于可視光對(duì)于肉眼無害，可直接觀察可視光的對(duì)焦情況，因此能夠達(dá)到準(zhǔn)確對(duì)焦的要求，在完成對(duì)焦之后，在將光源換成激光即可。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)焦準(zhǔn)確，較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中的對(duì)焦不易的問題。
文檔編號(hào)G02B27/09GK2699320SQ200420023319
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日
發(fā)明者徐小平 申請(qǐng)人:上海大眾汽車有限公司