[实用新型]一种实现光斑能量分布可切换的光学镜组及激光加工头

说明书

本实用新型涉及一种实现光斑能量分布可切换的光学镜组及激光加工头。本实用新型无需改变激光光束作用到工作平面的距离，仅仅驱动切换镜组进行工作区域的切换，即可实现输出的激光在同样的工作面上完成高斯分布和平顶分布的切换，适用性进一步提高。该光学镜组包括准直镜组和会聚镜组，其改进之处是：还包括切换镜组以及驱动机构；切换镜组设置在准直镜组和会聚镜组之间的准直光束上；切换镜组包括镜片框体以及并排设置在镜片框体上通孔和衍射镜片；驱动机构驱动切换镜组进行切换，使得所述通孔位于准直光束上或所述衍射镜片位于准直光束上。

技术领域

本实用新型属于光学设计领域，具体涉及一种实现光斑能量分布可切换的光学镜组及激光加工头。

背景技术

传统激光加工头是激光加工系统的重要组成部分，其主要包括光学镜组和送粉装置。光学镜组的作用是主要完成将激光光束从高功率光纤激光器的光纤端面传输至工作平面上，主要包括准直镜组和会聚镜组，是激光加工头中的核心部分，是实现激光加工头能否工作的重要部件。

传统激光加工头光学镜组输出并作用于工作平面上的激光光斑一般为实心光斑，只有根据激光光束传播特点通/过改变激光光束作用在工作平面上的距离改变光斑尺寸大小，间接地来改变激光光斑的能量分布。激光光斑能量分布是非常重要的，尤其是在增材制造领域，激光能量的分布直径影响增材工艺效果，并且根据增材制造的灵活性和特殊性，激光能量分布的变化也要具有这样的特性。

在传统激光加工头中如果想实现激光能量分布的变化，只能上下移动激光光束位置，通过改变激光光束作用在工作平面上的激光光斑尺寸不同，间接地来改变激光光斑的能量分布状态。

一般情况下，对于大芯径的高功率多模激光器，当激光束的焦点作用在工作平面上时，如图1所示此时激光光斑能量分布呈现平顶分布，此时作用在工作平面上的光斑定义为焦点光斑：

而当激光束的焦点位于工作平面的上方或者下方，如图2所示，此时激光光斑能量分布呈现高斯分布形态，此时将作用在工作平面上的光斑定义为离焦光斑。

如果在实际应用中，想要实现激光能量从高斯分布到平顶分布的形态切换，就需要改变激光光束作用到工作平面的距离。

但是在一些特殊的使用场景，激光光束作用到工作平面的距离是无法改变的，因此现有方法无法实现激光能量高斯分布到平顶分布的切换。

实用新型内容

为了解决背景技术中的问题，本实用新型设计了一套实现光斑能量分布可切换的激光加工头镜组，无需改变激光光束作用到工作平面的距离，仅仅驱动切换镜组进行工作区域的切换，即可实现输出的激光在同样的工作面上完成高斯分布到平顶分布的切换，适用性进一步提高。

同时，本实用新型还提出了一种使用该光学镜组的激光加工头。

本实用新型的具体技术方案是：

本实用新型提供了一种实现光斑能量分布可切换的光学镜组，包括准直镜组和会聚镜组，其改进之处是：还包括切换镜组以及驱动机构；

切换镜组设置在准直镜组和会聚镜组之间的准直光束上；

切换镜组包括镜片框体，以及并排设置在镜片框体上通孔和衍射镜片；

驱动机构驱动切换镜组进行切换，使得所述通孔位于准直光束上或所述衍射镜片位于准直光束上。

进一步地，驱动机构采用步进电机或直线电机，通过步进电机的输出轴与切换镜组中镜片框体中心连接，可驱动切换镜组做旋转运动从而实现通孔和衍射镜片在准直光束上的切换；通过直线电机的输出轴与切换镜组中镜片框体一侧连接，可驱动切换镜组做直线运动从而实现通孔和衍射镜片在准直光束上的切换。

进一步地，所述通孔和衍射镜片均为圆形，且直径相同。