具備自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)母吖β始す馄鲾U(kuò)束鏡系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域以及激光器領(lǐng)域，尤其是一種利用電磁原理實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束系統(tǒng)自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)难b置，具體地說是一種具備自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)母吖β始す馄鲾U(kuò)束鏡系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光加工技術(shù)種類的日益增加以及加工材料的多樣化，高功率激光器的使用需求也越來越多，例如高功率脈沖激光器在激光沖擊強(qiáng)化、激光沖擊成形等領(lǐng)域的應(yīng)用以及高功率C02激光器在激光焊接、激光熔覆及激光淬火等領(lǐng)域的應(yīng)用等。這類高功率激光器除了高功率以外還需具有多樣化的光束直徑，以滿足不同工件或材料的加工需求，這使得擴(kuò)束系統(tǒng)在高功率激光器或其附屬設(shè)備上的應(yīng)用必不可少。
[0003]常見的擴(kuò)束系統(tǒng)一般使用三透鏡式擴(kuò)束系統(tǒng)，例如專利號(hào)CN101750744B專利所述的由深圳市大族激光科技股份有限公司高云峰等人研制開發(fā)的激光擴(kuò)束經(jīng)系統(tǒng)，使用三塊彎月型透鏡實(shí)現(xiàn)激光光斑的放大以及最后的準(zhǔn)直平行光輸出。又如專利號(hào)為CNlO 1788716A的專利同樣利用三透鏡實(shí)現(xiàn)了對于激光光斑的可變倍放大，同時(shí)實(shí)現(xiàn)以準(zhǔn)直平行光射出。
[0004]高功率激光器在使用過程中電壓高達(dá)數(shù)百至上千伏特，由于在電壓輸送、功率放大，空氣電離等過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生熱量從而造成激光器產(chǎn)生溫升，同時(shí)激光器使用時(shí)的環(huán)境溫度也存在較大變化，高功率激光器的實(shí)際溫升一般在10-15°C，發(fā)熱部件周圍溫度甚至高達(dá)40°C，因此必須考慮光學(xué)系統(tǒng)在溫度改變時(shí)的穩(wěn)定性，特別是擴(kuò)束系統(tǒng)。針對這一問題，專利號(hào)為CN101738730A的專利提出一種可以實(shí)現(xiàn)單透鏡間距環(huán)境溫度手動(dòng)補(bǔ)償?shù)募す鈹U(kuò)束鏡系統(tǒng)，但仍存在以下問題:1.溫度補(bǔ)償過程無法自動(dòng)完成，操作繁瑣，精度較低；2.僅實(shí)現(xiàn)單一間距的調(diào)整，若擴(kuò)展至多間距調(diào)整需大幅變動(dòng)擴(kuò)束鏡結(jié)構(gòu)；3.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本較高。
[0005]因此本發(fā)明提出一種用電磁原理實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束系統(tǒng)自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)难b置，可實(shí)時(shí)檢測腔體溫度并對環(huán)境或激光器發(fā)熱導(dǎo)致的腔體變形進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而穩(wěn)定擴(kuò)束透鏡之間的距離。本發(fā)明裝置可顯著提高擴(kuò)束系統(tǒng)的擴(kuò)束精度以及光束穩(wěn)定性，控制精度以及自動(dòng)化程度極高。通過對國內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，目前還沒有發(fā)現(xiàn)利用電磁原理實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束系統(tǒng)自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)報(bào)道，本發(fā)明為首次提出該裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的激光擴(kuò)束裝置不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}，設(shè)計(jì)一種利用電磁原理實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束系統(tǒng)自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)难b置，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，可實(shí)時(shí)檢測腔體溫度并對環(huán)境或激光器發(fā)熱導(dǎo)致的腔體變形進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而穩(wěn)定擴(kuò)束透鏡之間的距離。本發(fā)明可顯著提高擴(kuò)束系統(tǒng)的擴(kuò)束精度以及光束穩(wěn)定性，控制精度以及自動(dòng)化程度極高，且溫度補(bǔ)償范圍較廣(± 45 °C )。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是: 一種具備自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)母吖β始す馄鲾U(kuò)束鏡系統(tǒng)，它包括透鏡I 5、透鏡II 12、透鏡III 17和擴(kuò)束腔體13，透鏡I 5與透鏡II 12用于擴(kuò)束，透鏡III 17用于輸出準(zhǔn)直平行光束，其特征是所述的擴(kuò)束腔體13的大端通過螺柱II 24與第一直線軸承外圈20及過渡支架23相連，透鏡III17通過壓環(huán)III16和軸套III18安裝在第一直線軸承內(nèi)圈19的凹孔內(nèi)，第一直線軸承內(nèi)圈19通過滾珠II 15與第一直線軸承外圈20連接，形成第一直線軸承；擴(kuò)束腔體13將電磁鐵II 14壓緊于過渡支架23的凹孔內(nèi)，彈簧II 22的一端定位在過渡支架23的凹孔內(nèi)，彈簧II 22的另一端定位在第一直線軸承內(nèi)圈II 19的凹孔內(nèi)；擴(kuò)束腔體13的小端通過螺柱I 7與第二直線軸承外圈I相連，在擴(kuò)束腔體13的小端上的凹孔中還安裝有電磁鐵I 8，透鏡I 5安裝在第二直線軸承內(nèi)圈2中，第二直線軸承內(nèi)圈2和第二直線軸承外圈I之間安裝有滾珠I 6，彈簧I 9的一端與第二直線軸承內(nèi)圈2的凹孔相抵，另一端與安裝電磁鐵I 8的凹孔相抵；透鏡II 12安裝在擴(kuò)束腔體13的小端中；在第二直線軸承內(nèi)圈1、第一直線軸承內(nèi)圈19、擴(kuò)束腔體13以及過渡支架23中均安裝有溫度傳感器21，各溫度傳感器21分別采用導(dǎo)線與Α/D轉(zhuǎn)換器25端連接，電磁鐵I 8、電磁鐵II 14以及Α/D轉(zhuǎn)換器25與控制器26電氣連接；控制器26與計(jì)算機(jī)27相連。
[0008]第二直線軸承內(nèi)圈2和第一直接軸承內(nèi)圈19采用鐵或鐵基材料，以便于與對應(yīng)的電磁鐵18及電磁鐵II 14之間產(chǎn)生吸力，而其余零部件均采用無磁材料制造。
[0009]所述的壓環(huán)16與直線軸承內(nèi)圈II 19之間采用過盈配合連接。
[0010]所述的透鏡II 12采用壓環(huán)II 10與軸套II 11壓緊在擴(kuò)束腔體13的小端中。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
1.可實(shí)時(shí)檢測腔體溫度并對環(huán)境或激光器發(fā)熱導(dǎo)致的腔體變形進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而穩(wěn)定擴(kuò)束透鏡之間的距離；
2.利用電磁原理實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束系統(tǒng)自動(dòng)溫度補(bǔ)償，完全自動(dòng)化控制，適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)需求；
3.本發(fā)明的溫度補(bǔ)償范圍較廣±45°C，可對激光器溫升以及環(huán)境溫度改變等綜合產(chǎn)生的溫度變化實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的自動(dòng)溫度補(bǔ)償效果示意圖。
[0014]圖中:1.第二直線軸承外圈，2.第二直線軸承內(nèi)圈，3.壓環(huán)I，4.軸套I，5.透鏡I，6.滾珠I，7.螺柱I，8.電磁鐵I，9.彈簧I，10.壓環(huán)II，11.軸套II，12.透鏡II，13.擴(kuò)束腔體，14.電磁鐵II，15.滾珠II，16.壓環(huán)III，17.透鏡III，18.軸套III，19.第一直線軸承內(nèi)圈，20.第一直線軸承外圈，21.溫度傳感器，22.彈簧II，23.過渡支架，24.螺柱II，25.A/D轉(zhuǎn)換器，26.控制器，27.計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0016]如圖1-2所示。
[0017]本實(shí)施例的激光器采用德國spitlight2000脈沖激光器，激光能量0~2 J，脈寬8ns，頻率 1~10 Hz