[实用新型]正入射全反球面镜聚焦装置

说明书

本发明属于外光路激光加工系统。

现有技术中，工业激光加工系统所用的聚焦装置，一般分为两种形式；即透射式聚焦装置和反射式聚焦装置。透射式聚焦装置主要由全反金属镜和晶体透镜构成。由于晶体材料本身破坏阀值的限制，在激光功率大于3KW时，晶体透镜易产生炸裂破坏现象，特别是晶体透镜本身的热透镜效应对激光加工，如打孔、焊接、切割的质量有很大的影响。因此，工业生产中对于激光功率大于3KW的加工系统，目前国内外主要采用反射式聚焦。

目前国外普遍采用的反射式聚焦装置主要由平面镜和非球面镜构成。但由于非球面镜加工难度大，加工周期长，价格昂贵，给实际应用，特别是聚焦变换带来极大的困难。

本实用新型的目的在于采用工艺成熟、互换性好的普通球面镜来取代非球面镜，降低反射聚焦装置成本，提高反射聚焦装置在工业生产中的可靠性、适应性。为目前国内外高功率CO₂激光器广泛采用的非稳腔环形光斑输出的激光加工系统找到一种工艺成熟、成本低廉、更换方便、象差最小的正入射全反球面聚焦装置。

本实用新型所说的正入射全反球面镜聚焦装置由光具座，平面反射镜，球面聚焦镜，调节系统及吹气喷嘴等组成。在光具座（1）上，面向环形激光束射入的方向安置有一个可成45°角的平面反射镜（2），在平面反射镜（2）的中间有一可使聚焦光通过的通孔（3）；在平面反射镜（2）的上方的光具座（1）上，有一个球面聚焦镜（4）安置在镜架（5）中，由压盖（6）固定；在平面反射镜（2）的下方的光具座（1）上安置有激光喷嘴（7）。所说的球面聚焦镜（4）、平面反射镜（2）的通孔（3）和激光喷嘴（7）应在同一直线上。

本实用新型的优点及效果在于：利用环形光斑内环无激光能量的特点，设计出一中心带小孔的45°角平面反射镜，该45°平面反射镜既能将激光束垂直反射至聚焦镜表面，又能使经聚焦后的激光束通过小孔作用在工件表面上。由于激光束与聚焦镜面垂直，避免了球面镜斜入射时焦点的象差，改变了国内外现有反射聚焦系统必须采用非球面镜的状况，使聚焦镜的更换或焦距改变简单易行，降低了反射聚焦装置的成本，提高了全反射聚焦装置的适应性和互换性，有利于工业化生产使用。

经利用本实用新型所述的聚焦装置所焊的钢板试验样品表明，与现有技术相比，焊缝深宽比大，焊缝均匀，抗弯曲，抗拉伸强度好。

附图1：正入射全反球面镜聚焦装置；

附图2：正入射全反球面镜聚焦装置光路示意图；

附图3：正入射全反球面镜聚焦装置另一种光路示意图。

以下结合附图及实施例对本实用新型所说的聚焦装置作进一步的说明。

45°平面反射镜（2）固定在光具座（1）上，在平面反射镜（2）法兰板（8）上开有安置固定螺钉（9）的腰形滑动槽（10），可使45°平面反射镜（2）相对光具座（1）有一定的转动余量，以保持45°平面反射镜（2）中的通孔（3）始终与球面聚焦镜（4）中心线同轴，目的是能使环形激光束能量全部平行反射到球面聚焦镜（4）上，经聚焦后激光束能量又能全部通过通孔（3）。在45°平面反射镜（2）座上有冷却水槽（11）及进出水嘴（12）。

球面聚焦镜（4）安置在与45°平面反射镜（2）相应的光具座（1）位置上。球面聚焦镜（4）安置在镜架（5）中，由压盖（6）固定，在球面聚焦镜（4）与压盖（6）之间设有冷却水道（13）和进出水喷（12）。有三个或三个以上的调节螺钉（14）附在镜架（5）上。

激光喷嘴（7）安置在与球面聚焦镜（4）、45°平面反射镜（2）的通孔（3）同一直线位置上的光具座（1）上。在激光喷嘴（7）孔的周边上有一环形吹气槽（15）上有进气孔（16），可通过吹气压力和流量的控制，达到吹散工件周围等离子体，防止工件表面氧化和保护光学元件免受污染的目的。在激光喷嘴（7）上还可设置冷却水道（17）。

附图2和附图3分别为利用本实用新型所说的聚焦装置而构成不同结构形式的正入射全反球面镜聚焦装置的光路示意图。