[实用新型]一种基于旋转四光楔激光扫描切割光学系统

说明书

本实用新型公开了一种基于旋转四光楔激光扫描切割光学系统，包括消像差准直镜组、第一圆楔形镜、第二圆楔形镜、第三圆楔形镜、第四圆楔形镜及消像差聚焦镜组；第二圆楔形镜的楔形面与第一圆楔形镜的楔形面相背或相对设置；第三圆楔形镜的楔形面与第四圆楔形镜的楔形面相对设置；消像差准直镜组、第一圆楔形镜、第二圆楔形镜、第三圆楔形镜、第四圆楔形镜及消像差聚焦镜组为中心轴同轴的圆柱状，且第一圆楔形镜、第二圆楔形镜、第三圆楔形镜及第四圆楔形镜均可绕中心轴旋转。本实用新型提供的基于旋转四光楔激光扫描切割光学系统适用于高功率光纤激光切割应用，可大幅提升中厚板材的切割速度与质量，有效提高板材切割断面与板面的垂直度。

技术领域

本实用新型涉及高功率激光切割技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种基于旋转四光楔激光扫描切割光学系统。

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。由于激光束与加工材料的非接触性、加工速度与质量等优势，奠定了激光加工技术是一种无可替代的高新技术。

当前激光切割占了整个激光加工行业的主要地位，其中又以光纤激光切割为首要。光纤激光器除了光束质量好以外，由于光纤柔韧性以及对近红外光束有很好的耦合输出，使得光纤激光器市场占有率日益突出。目前光纤激光器千瓦级已是相当普及，万瓦级激光器也逐步上映市场，甚至于十万瓦级也已经现世，让光纤激光各类加工工艺越加普遍化。

光纤激光切割头一般为定焦切割头，也就是准直镜焦距与聚焦镜焦距固定，通过换不同焦距的聚焦镜方式来实现不同厚度板材的切割。不过随着激光功率的增加，ZOOM光学系统也逐渐应用于光纤激光切割头上，原因之一是对于不同厚度、材料的板材，理论上对应一组最佳的焦距配置与切割工艺，以替换聚焦镜的方式，通常效果并未达到最佳，ZOOM光学系统的出现，实现了一套光路替换多组镜片组合的情况。

众所周知，对于中厚板材的切割，一般采用离焦切割工艺，比如中厚碳钢采用正离焦加工方式，中厚不锈钢则采用负离焦加工方式，且通常情况下，离焦量均不小，往往超出了聚焦光束焦深范畴。原因之一是板材较厚时，焦点附近光斑较小，切缝太细，切割气体或辅助气体在切割过程中无法完全对板材达到预期作用，以至于切割断面差或无法切割等现象出现。对于ZOOM光学系统而言，中厚板材的切割也受上述工艺制约，换句话说，ZOOM光学系统虽然具备焦点光斑大小连续可调，但在使用上主要还是利用了聚焦光束发散角可调这一特性。

另外，离焦切割工艺虽然能够满足中厚板，也能够实现相对尚可的切割断面，但是由于离焦后光束发散性，在与切割气体或辅助气体配合做切割时通常会出现板材切割断面与板面不垂直的现象，有较大斜角，这对于激光切割要求越来越高的市场而言，具有一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供了一种适用于高功率光纤激光切割应用的基于旋转四光楔激光扫描切割光学系统。

为了实现上述目的，本实用新型公开了一种基于旋转四光楔激光扫描切割光学系统，包括从物侧到像侧顺序布置的消像差准直镜组、第一圆楔形镜、第二圆楔形镜、第三圆楔形镜、第四圆楔形镜以及消像差聚焦镜组；

其中，所述第二圆楔形镜的楔形面与所述第一圆楔形镜的楔形面相背或相对设置；

所述第三圆楔形镜的楔形面与所述第四圆楔形镜的楔形面相对设置；

所述消像差准直镜组、所述第一圆楔形镜、所述第二圆楔形镜、所述第三圆楔形镜、所述第四圆楔形镜以及所述消像差聚焦镜组为中心轴同轴的圆柱状，且所述第一圆楔形镜、所述第二圆楔形镜、所述第三圆楔形镜及所述第四圆楔形镜均可绕该中心轴进行旋转。

优选地，所述消像差准直镜组为消像差球面准直镜组，所述消像差聚焦镜组为消像差球面聚焦镜组。