專利名稱：激光加工機光學裝置的制作方法
技術領域：
激光加工機光學裝置屬于利用激光對工件進行加工處理裝置技術領域。
眾所周知，激光廣泛地應用于打孔、焊接、切割和熱處理等機加工范疇。激光加工機光學裝置根據(jù)需要，可讓激光束發(fā)散或聚集或整形，使之符合設計指標。目前市場上所銷售的各種激光加工機的光學系統(tǒng)的光學器件及其組合順序如下半導體激光棒——全反介質膜片——晶體激光棒——半透半反介質膜片——45°全反反光光鏡——聚焦物鏡——工件，工件位于聚焦物鏡與其焦點之間，激光器振蕩所產生的激光束是高斯光束，它經透鏡聚焦之后，其能量在透鏡焦點上按高斯分布，在光軸軸心能量很強，當偏離光軸時，能量分布急劇衰減，就激光打孔、激光切割加工而言，工件應位于透鏡的焦點上；就激光焊接而言，則要求能量分布均勻，工件就得酌情偏離焦點，由于激光作用于工件上的焊接點必然小于激光光束的直徑，而被焊接的工件焊接質量有一定深度的要求，因而就有能量被工件吸收，為了彌補這一損失，工件只有配置在聚焦透鏡與其焦點之間，這是需解決的難題之一。第二，由于激光加工是微型加工、加工點的直徑可能只有0.1毫米的量級，因此，對工件的準確定位亦必須作為重要的技術指標之一。第三，對于激光微型加工而言，還要求有較高的放大系數(shù)，以達到較好的觀察監(jiān)視效果。因此，設計一種不可變焦距的物鏡；有助于工件準確定位的照明設施和高倍放大系數(shù)閉路電視光學裝置是研制本技術方案的出發(fā)點。據(jù)申請人所悉，目前尚無與此相同的技術內容向社會公眾披露，亦無類同的技術方案向中國專利局提出申請，市場上也未發(fā)現(xiàn)有此類產品銷售或為人們所使用。
設計本實用新型的目的是為本技術領域提供一種激光加工工效高、工件定位準確和便于觀察監(jiān)視的激光加工機光學裝置。
本實用新型要求保護的技術方案是在激光加工機的光學器件中的配有一擴束鏡(5)并按以下順序排列半導體激光棒(1))——全反介質膜片(2)——晶體激光棒(3)——半透半反介質膜片——擴束鏡(5)——激光45°全反反射鏡——聚焦物鏡——工件(15)。激光加工機閉路電視的光學器件按以下順序排列工作(15)——聚焦物鏡(14)——激光45°全反反射鏡(13)——半透半反鏡(6)——會聚透鏡(10)——發(fā)散透鏡(7)——十字絲分劃板(9)——攝像機靶面(8)。激光加工機的照明設施的光學器件按以順序排列光源(12)——聚光鏡(11)——半透半反鏡(6)——激光45°全反反射鏡(13)——聚焦物鏡(14)——工件(15)。
下面參照附圖
并結合實施例，對本新用新型再予補充說明附圖為激光加工機光學裝置結構示意圖，圖中各零部件的定義如下1——半導體激光棒，它發(fā)出的紅色可見光。2——全反介質膜片。3——YAG晶體激光棒，它發(fā)出的為不可見光，與半導體激光棒的光軸相重合。4——半透半反介質膜片，以晶體激光棒為中心與全反介質膜片呈對稱分布，它與全反介質膜片，晶體激光棒構成諧振腔。5——擴束鏡，位于諧振腔的輸出方，與晶體激光棒的光軸相重疊。6——半透半反鏡，位于激光加工機閉路電視光路與照明設施光路的交叉處。7——發(fā)散透鏡，配置在閉路電視光學器件的光路上。8——攝像機靶面。9——十字絲分劃板，靶面與劃板相鄰緊貼在一起，它們的中點經過激光加工機閉路電視光學器件的光路中心線。10——會聚透鏡，置于半透半反鏡與發(fā)散透鏡之間，閉路電視光學器件的光軸穿過其中心。11——聚光鏡，位于半透半反鏡的45°入射反射線上，聚光鏡的中心被入射反射線穿過。12——光源，其光軸穿過聚光鏡和半透半反鏡的中心，半透半反鏡、聚光鏡和光源構成照明設施的光學器件。13——激光45°全反反射鏡，配置在激光加工機光學器件光路與閉路電視光學器件光路的交點處。14——聚物鏡，其中心與激光加工機閉路電視光學器件的光軸相重合。15——工件，系激光加工機中被加工的工件，其中心位于光軸上。
根據(jù)上述技術方案，申請人認為一種典型的實施例的有關參數(shù)如下激光加工機有關光學器件的參數(shù)
本光學系統(tǒng)的激光晶體直徑為6毫米，激光為平行入射，光學器件合成焦距為33.71毫米，焦點像距為99.91毫米，出射孔徑角為0.08898弧度，當焊點直徑為0.6毫米時工作表面到焦點的距離為3.37毫米，此時工件的工作距離為99.91-3.37=96.54毫米。96.54毫米即為閉路電視光學器件的物距。
激光加工機閉路電視光學器件的有關參數(shù)如下
閉路電視光學器件物距為96.54毫米，物方視場直徑5毫米，入射孔徑角0.05弧度，其像方視場直徑為9.84毫米，出射孔徑角0.025407弧度，其放大率為1.98倍，由于閉路電視裝置本身具有30倍放大倍率，因而總的倍率為59.4倍，對于直徑0.6毫米的焊接點它在電視屏上為直徑35.64毫米。
照明設施的光學器件的有關參數(shù)如下
燈絲成像于聚焦物鏡頂下方120毫米處，光源位于距聚光鏡右側11.03毫米。以上有關長度單位為毫米。
本激光加工機光學裝置的工作過程如下YAG晶體激光棒被半導體激光棒發(fā)出的紅色可見光激發(fā)，而發(fā)出不可見的光，在全反介質膜片與半透半反介質膜片之間產生光諧振，并經后者輸出，再經擴束鏡、激光45°全反反射鏡、聚焦物鏡后到達工件的表面上，對工件進行加工。被照亮的工件上的可見光經聚焦物鏡、激光45°全反反射鏡后透射，再經半透半反鏡、會聚透鏡、發(fā)散透鏡后成像于十字絲分劃板的后表面上，它與攝像機靶面相貼合。半導體激光棒所發(fā)出的紅光經過YAG晶體激光棒后以同樣的光路照在工件上，其上可觀察到半導體激光的紅點，達到對準的目的，借助于人眼以直接觀察對準。本加工機的照明設施由光源發(fā)出可見光經聚光鏡、半透半反鏡、激光45°全反反射鏡、聚焦物鏡照射在工件上。由于本設計方案增設了擴束鏡、攝像機靶面無需改變，與目前市場所用的雙目鏡、雙物鏡裝置相比較則大為簡化了閉路電視光路的光學零件和機械零件的數(shù)量。本實施例中，選用閉路電視的靶面為三分之一英寸，攝像機為10英寸，所以閉路電視自身的放大率為30倍，而光學系統(tǒng)的放大率為2倍，總放大率為60倍，這樣的技術指標在設計和工藝上是易實現(xiàn)的。本裝置觀察方便，精確度高。同時，由于在激光加工的光學器件中增置了擴束鏡，因而使工件到聚焦物鏡的距離增長；激光焊接點的大小又是可變的，這樣在金屬熱處理加工過程中，對聚焦物鏡的保護是有益處的。
綜上所述，本實用新型與背景技術相比，具有以下的優(yōu)點放大系數(shù)高，便于觀察；精度高，便于對準；零部件少，結構簡單；改善了工作環(huán)境，提高了光學器件的工作壽命。為激光加工機設計了一套高性價比的光學裝置。
權利要求1．一種激光加工機光學裝置包括由半導體激光棒(1)，全反介質膜片(2)、晶體激光棒(3)、半透半反介質膜片(4)組成的諧振腔，激光45°全反反射鏡(13)，聚焦物鏡(14)，工件(15)構成的激光加工機光學器件；半透半反鏡(6)、會聚透鏡(10)、發(fā)散透鏡(7)、十字絲分劃板(9)和攝像機靶面(8)構成的激光加工機閉路電視光學器件；由光源(12)、聚光鏡(11)、半透半反鏡(6)、激光45°全反反射鏡(13)、取焦物鏡(14)和工件(15)構成的照明設施的光學器件；其特征是在激光加工機的光學器件中的配有一擴束鏡(5)并按以下順序排列半導體激光棒(1)——全反介質膜片(2)——晶體激光棒(3)——半透半反介質膜片——擴束鏡(5)——激光45°全反反射鏡——聚焦物鏡——工件(15)。
2．根據(jù)權利要求1所述的一種激光加工機光學裝置，其特征是激光加工機閉路電視的光學器件按以下順序排列工作(15)——聚焦物鏡(14)——激光45°全反反射鏡(13)——半透半反鏡(6)——會聚透鏡(10)——發(fā)散透鏡(7)——十字絲分劃板(9)——攝像機靶面(8)。
3．根據(jù)權利要求1所述的一種激光加工機光學裝置，其特征是激光加工機的照明設施的光學器件按以順序排列光源(12)——聚光鏡(11)——半透半反鏡(6)——激光45°全反反射鏡(13)——聚集物鏡(14)——工件(15)。
專利摘要激光加工機光學裝置屬于利用激光對工件進行加工處理裝置技術領域。其特征是在激光加工機的光學器件中配置有一擴束鏡,并按以下順序排列半導體激光棒——全反介質膜片——晶體激光棒——半透半反介質膜片——擴束鏡——激光45°全反反射鏡——聚焦物鏡——工件。閉路電視的光學器件是由工件、聚焦物鏡等及十字絲分劃板、攝像機靶面構成。照明設施由光源——聚光鏡——閉路電視部分光學器件構成光路。該裝置放大系數(shù)高、精度高,便于觀察；結構簡單；工作壽命長。是一高性價的激光加工機光學裝置。
文檔編號B23K26/02GK2454077SQ00232558
公開日2001年10月17日 申請日期2000年12月12日 優(yōu)先權日2000年12月12日
發(fā)明者王佛性 申請人:魏學惠