一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构的制作方法

1.本实用新型涉及熔覆激光头光路技术领域，尤其涉及一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构。


背景技术：

2.激光熔覆技术是一种经济效益较高的焊接技术，它通过使用熔覆激光头将高强度的激光束辐射至焊丝表面，焊丝吸收激光熔化后再冷却结晶形成焊材，从而实现焊接的目的。
3.根据焊丝输送位置的不同，可以将熔覆激光头分为内送丝熔覆激光头和外送丝熔覆激光头两类，内送丝熔覆激光头也叫同轴送丝熔覆激光头，为了减少激光能量的浪费，会对内送丝熔覆激光头内的激光光束进行分光处理，如公开号为cn105499793b的发明专利，其公开了一种同轴送丝熔敷激光头的光路分光单元，利用准直镜、前四分光透镜、后四分光透镜、聚焦镜和金属斜平面反射镜的配合，可以将一束激光束转化为四束光束，以使激光束聚焦于焊丝的周围，提升激光熔覆焊接的质量，在此装置安装时，需要使前、后四分光透镜保持中心轴重合，以保证激光光束均匀分光，在此装置的使用过程中，还需要对前、后四分光透镜的间距进行改变，以实现对分光后四处光束之间间隙的调节，但是由于前、后四分光透镜的光束输入端和光束输出端均为屋脊状，导致其安装位置校准和间距调节前后同轴位置的保持均存在较大的难度，因此会对装置的使用带来诸多不便。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提出了一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构，不但能够对分光镜的安装位置进行快速校准，还可以在分光镜间距调节后对二者的同轴位置关系进行保持，提升装置的使用便捷性。
5.本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构，包括准直镜、前四面锥镜、后四面锥镜和积分面反射镜，其中，
6.所述准直镜用于对激光器发出的光束准直；
7.所述前四面锥镜设置在所述准直镜光束方向的后方，且所述前四面镜的中心线与所述准直镜的中心线重合，所述前四面锥镜用于将接收的准直光束输出为四束聚拢的光束；
8.所述后四面锥镜设置在所述前四面锥镜输出的四束聚拢光束交汇点的后方，且所述后四面锥镜到四束聚拢光束交汇点的距离大于所述前四面锥镜到四束聚拢光束交汇点的距离，并且所述后四面锥镜的中心线与所述前四面锥镜的中心线重合，所述后四面锥镜用于将接收的四束聚拢光束输出为四束平行光束；
9.所述积分面反射镜设置在所述后四面锥镜光束方向的后方，且所述积分面反射镜的镜面中心位于所述后四面锥镜的中心线上，所述积分面反射镜用于将接收的四束平行光束反射为四束聚拢光束；
10.所述积分面反射镜的内部开设有送丝孔，所述送丝孔的中心线与所述积分面反射镜的反射光轴重合；
11.所述前四面锥镜的光束输入端为平面状，光束输出端为正四棱锥状；
12.所述后四面锥镜的光束输入端为正四棱锥状，光束输出端为平面状。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，所述后四面锥镜光束输入端的锥度与所述前四面锥镜光束输出端的锥度相同。
14.更进一步优选的，所述后四面锥镜的尺寸不小于所述前四面锥镜的尺寸。
15.在以上技术方案的基础上，优选的，还包括保护镜片，所述保护镜片的中心线与所述积分面反射镜的反射光轴重合，且所述保护镜片位于所述积分面反射镜与所述积分面反射镜反射后四束聚拢光束的交汇点之间。
16.更进一步优选的，所述保护镜片的中间开孔。
17.更进一步优选的，所述保护镜片的材质为康宁7980石英。
18.在以上技术方案的基础上，优选的，所述积分面反射镜的入射光轴与反射光轴相互垂直。
19.在以上技术方案的基础上，优选的，所述积分面反射镜的内部开设有验光孔，所述验光孔的中心线与所述积分面反射镜的入射光轴重合。
20.在以上技术方案的基础上，优选的，所述准直镜为空气间隔组合镜。
21.在以上技术方案的基础上，优选的，所述积分面反射镜的基材为铜或铜合金。
22.本实用新型的一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构相对于现有技术具有以下有益效果：
23.(1)通过将前四面锥镜和后四面锥镜设置为一端为平面、另一端为锥面的结构，在前、后四面锥镜的安装以及间距调节过程中，通过保持二者平面端的平行，即可实现对二者安装位置的校准以及间距调节前后二者同轴位置关系的保持，从而提升装置的使用便捷性；
24.(2)通过使用非球面反射镜实现聚焦和发射的双重效果，代替了聚焦镜和平面反射镜的组合，可以有效缩短熔覆激光头的长度，减小装置的占用体积，使装置更加便携；
25.(3)通过在装置的内部设置保护镜片，可以对熔覆激光头内部的相关组件进行保护，提升装置的使用寿命；
26.(4)通过在非球面反射镜的内部设置验光孔，可以对光束分光情况进行校验，保证装置的分光效果，提高装置的焊接质量。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本实用新型的一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构的光束示意图；
29.图2为本实用新型的一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构前四面锥镜光束输入端的立体图；
30.图3为本实用新型的一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构前四面锥镜光束输出端的立体图；
31.图4为本实用新型的一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构非球面反射镜的内部剖视图；
32.图5为本实用新型的一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构保护镜片处的光束剖视图。
33.图中：准直镜1、前四面锥镜2、后四面锥镜3、非球面反射镜4、送丝孔41、验光孔42、保护镜片5。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
35.如图1-4所示，本实用新型的一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构，包括准直镜1、前四面锥镜2、后四面锥镜3和积分面反射镜4。
36.其中，准直镜1为空气间隔组合镜，利用准直镜1对激光器发出光束的折射，可以对激光器发出的光束进行准直。
37.前四面锥镜2设置在准直镜1光束方向的后方，且前四面镜2的中心线与准直镜1的中心线重合，前四面锥镜1用于将接收的准直光束输出为四束聚拢的光束。
38.后四面锥镜3设置在前四面锥镜2输出的四束聚拢光束交汇点的后方，且后四面锥镜3到四束聚拢光束交汇点的距离大于前四面锥镜2到四束聚拢光束交汇点的距离，并且后四面锥镜3的中心线与前四面锥镜2的中心线重合，后四面锥镜3用于将接收的四束聚拢光束输出为四束平行光束。
39.积分面反射镜4设置在后四面锥镜3光束方向的后方，且积分面反射镜4的镜面中心位于后四面锥镜3的中心线上，积分面反射镜4用于将接收的四束平行光束反射为四束聚拢光束。
40.积分面反射镜4的内部开设有送丝孔41，送丝孔41的中心线与积分面反射镜4的反射光轴重合；前四面锥镜2的光束输入端为平面状，光束输出端为正四棱锥状；后四面锥镜3的光束输入端为正四棱锥状，光束输出端为平面状；后四面锥镜3光束输入端的锥度与前四面锥镜2光束输出端的锥度相同；后四面锥镜3的尺寸不小于前四面锥镜2的尺寸；发散的激光光束经准直镜1的准直后，输出为平行的激光光束，平行的激光光束再经过前四面锥镜2的折射，形成四束聚拢的光束，四束光束聚拢后，再经过后四面锥镜3的折射，输出为四束平行光束，最后，四束平行光束经过积分面反射镜4的反射，输出为四处聚拢的光束，从而形成图5中所呈现的光斑，此时将焊丝沿送丝孔41穿入，即可利用图5所示光斑对焊丝的周围进行熔化，以进行激光焊接，从而减少激光能量的浪费；其中，通过将前四面锥镜2和后四面锥镜3设置为一端为平面、另一端为锥面的结构，在前四面锥镜2和后四面锥镜3的安装以及间距调节过程中，通过保持二者平面端的平行，即可实现对二者安装位置的校准以及间距调节前后二者同轴位置关系的保持，从而提升装置的使用便捷性。
41.另外，通过使用非球面反射镜4实现聚焦和发射的双重效果，代替了聚焦镜和平面反射镜的组合，可以有效缩短熔覆激光头的长度，减小装置的占用体积，使装置更加便携。
42.具体的，如图1所示，装置还包括保护镜片5，保护镜片5的中间开孔，用于焊丝的穿过，保护镜片5的中心线与积分面反射镜4的反射光轴重合，且保护镜片5位于积分面反射镜4与积分面反射镜4反射后四束聚拢光束的交汇点之间，保护镜片5的设置可以对熔覆激光头内的各个元器件进行有效的防护，从而提升装置的使用寿命。
43.为了提升保护镜片5的结构强度，其材质可以选用康宁7980石英；当然，为了提升积分面反射镜4的反射效果及使用寿命，可以选用基材为铜或铜合金的积分面反射镜4。
44.具体的，如图4所示，积分面反射镜4的内部开设有验光孔42，验光孔42的中心线与积分面反射镜4的入射光轴重合，在使用熔覆激光头时，可以利用验光孔42对光束质量进行验证，以保证装置的分光效果，提升装置的熔覆质量。
45.具体的，积分面反射镜4的入射光轴与反射光轴相互垂直，利用入射光轴与反射光轴的直角关系，不仅可以方便对积分面反射镜4积分面的特征参数进行计算，还可以方便熔覆激光头的外形结构进行设计。
46.本实用新型的一种内送丝熔覆激光头用光路分光结构的使用方法如下：
47.在使用该装置时，首先将准直镜1、前四面锥镜2、后四面锥镜3、非球面反射镜4和保护镜片5按照图1所示方式依次安装在熔覆激光头的内部，并利用验光孔42对准直镜1、前四面锥镜2、后四面锥镜3和非球面反射镜4的中心线重合情况进行校验，然后将激光器安装在熔覆激光头的光束接收端，利用熔覆激光头内以上构件对激光光束进行处理，将接受到的一束发散的激光光束输出为四束聚拢的激光光束，最后，将焊丝从送丝孔41处穿入熔覆激光头，将焊丝从保护镜片5内的通孔处穿出熔覆激光头，配合四束激光光束对焊丝周围的照射，即可将焊丝融化，以实现激光熔覆焊接的操作；期间，可以利用调节前四面锥镜2和后四面锥镜3之间间距的方式对所形成的四束聚拢激光光束的间隙进行调节，以适应于不同规格的焊丝，提升激光熔覆头的适应范围。
48.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。