一種適用于管道內(nèi)壁的非衍射環(huán)形光束激光加工頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種適用于管道內(nèi)壁的非衍射環(huán)形光束激光加工頭。
【背景技術(shù)】
[0002]激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術(shù)。激光加工作為先進制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等國民經(jīng)濟重要部門，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。
[0003]激光加工的基本原理是把具有足夠功率(或能量)的激光束聚焦后照射到材料適當(dāng)?shù)牟课?，材料在接受激光照射能量后，?0的負11秒內(nèi)便開始將光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，被照部位迅速升溫。根?jù)不同的光照參量，材料可以發(fā)生氣化、熔化、金相組織變化以及產(chǎn)生相當(dāng)大的熱應(yīng)力，從而達到工件材料被去除、連接、改性和分離等加工目的。
[0004]錐透鏡包括平凸(PCX)錐透鏡和平凹(PCV)錐透鏡。平凸(PCX)錐透鏡具有一個凸錐面和一個平面；平凹(PCV)錐透鏡具有一個凹錐面和一個平面。它們用于產(chǎn)生可隨著距離增加直徑，但又保持一致環(huán)形厚度的非衍射環(huán)形光束。若與準直高斯光束配合使用，平凸(PCX)錐透鏡將可形成近似貝塞爾光束并適用于一系列醫(yī)療、研宄、測量和校準應(yīng)用的環(huán)形光束。這些錐透鏡具有精確熔融的石英基片并備有無鍍膜以及各種增透膜選項。貝塞爾光束是一種由相等功耗的環(huán)形所形成的非衍射光束，平凸(PCX)錐透鏡和平凹(PCV)錐透鏡可沿著光軸形成環(huán)形成像，或形成近似貝塞爾光束的非衍射光束。
[0005]目前，激光加工已經(jīng)用于管道內(nèi)壁的激光熔覆、焊接、熱處理以及清洗等領(lǐng)域，但是他們都有個共同的特點，就是都是激光頭自旋(焦點沿圓周路徑在管壁上移動)或者管道自旋(效果跟前面一樣)。這些方法具有諸多缺點，比如:1)使加工頭旋轉(zhuǎn)則需要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)并且要對應(yīng)設(shè)計合理激光光路，從而加工頭機構(gòu)復(fù)雜，若讓管道旋轉(zhuǎn)則工件變位機構(gòu)復(fù)雜(管道太長則可能無法旋轉(zhuǎn))且難以保證管道與入射光束同軸(同樣要求對應(yīng)設(shè)計合理激光光路)；2)上述焦點與管道之間相對移動的方式還導(dǎo)致激光加工效率不高、加工效果不均勻，并且激光焦點沿圓周方向順序移動存在圓周熱應(yīng)力循環(huán)變化，導(dǎo)致管道可能變形等問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種適用于管道內(nèi)壁的非衍射環(huán)形光束激光加工頭；該適用于管道內(nèi)壁的非衍射環(huán)形光束激光加工頭利用多個錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡的組合，構(gòu)成了環(huán)形聚焦線光束，無須加工頭或管道自旋，即可高效率、高精度、高質(zhì)量的完成管道內(nèi)壁的激光加工，如熱處理、清洗等。
[0007]本實用新型是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種適用于管道內(nèi)壁的非衍射環(huán)形光束激光加工頭，包括光路腔體、錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡；
[0009]所述光路腔體呈圓柱筒形，一端設(shè)置有激光入射孔，另一端封閉；光路腔體的側(cè)壁上設(shè)置有用于輸出激光束的環(huán)形窗口鏡；
[0010]錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡均順序安裝在光路腔體內(nèi)部，并沿著光路腔體的軸線方向依次布置；錐透鏡固定安裝在光路腔體敞口端部的內(nèi)側(cè)，圓錐反射鏡固定安裝在光路腔體封閉端部的內(nèi)側(cè)，聚焦鏡固定安裝在光路腔體的側(cè)壁上；錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡在光路腔體中的安裝方位應(yīng)當(dāng)使得三者沿光路傳播方向同軸；
[0011]激光束經(jīng)光路腔體上的激光入射孔入射后，進入錐透鏡，錐透鏡輸出非衍射的環(huán)形光束并傳輸至聚焦鏡，聚焦鏡將入射環(huán)形光束聚焦后形成細環(huán)形光束輸出至圓錐反射鏡，圓錐反射鏡表面鍍有全反膜，將細環(huán)形光束全部經(jīng)環(huán)形窗口鏡反射至管道內(nèi)壁，在管道內(nèi)壁上形成環(huán)形激光焦點。
[0012]本實用新型利用多個錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡的組合，構(gòu)成了環(huán)形聚焦線光束，無須加工頭或管道自旋，就實現(xiàn)了管道內(nèi)壁的激光束加工，若要加工整根長管道內(nèi)壁，只需讓加工頭沿管道行進即可，因此本實用新型所述的適用于管道內(nèi)壁的非衍射環(huán)形光束激光加工頭結(jié)構(gòu)簡單，與現(xiàn)有設(shè)備相比，無復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，成本顯著降低，可靠性顯著提尚O
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型所述適用于管道內(nèi)壁的非衍射環(huán)形光束激光加工頭的結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖中各標(biāo)號的含義如下:
[0015]光路腔體1、錐透鏡2、聚焦鏡3、圓錐反射鏡4、環(huán)形窗口鏡5。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0017]如圖1所示，本實用新型提供了一種適用于管道內(nèi)壁的非衍射環(huán)形光束激光加工頭，包括光路腔體1、錐透鏡2、聚焦鏡3和圓錐反射鏡4 ;
[0018]所述光路腔體I呈圓柱筒形，一端設(shè)置有激光入射孔，另一端封閉；光路腔體I的側(cè)壁上設(shè)置有環(huán)形窗口鏡5，用于輸出激光束。
[0019]錐透鏡2、聚焦鏡3和圓錐反射鏡4均順序安裝在光路腔體I內(nèi)部，并沿著光路腔體I的軸線方向依次布置；錐透鏡2固定安裝在光路腔體I敞口端部的內(nèi)側(cè)，圓錐反射鏡4固定安裝在光路腔體I封閉端部的內(nèi)側(cè)，聚焦鏡3固定安裝在光路腔體I的側(cè)壁上。
[0020]錐透鏡2、聚焦鏡3和圓錐反射鏡4在光路腔體I中的安裝方位應(yīng)當(dāng)使得三者沿光路傳播方向同軸，即激光束經(jīng)光路腔體I上的激光入射孔入射后，進入錐透鏡2，錐透鏡2輸出非衍射的環(huán)形光束并傳輸至聚焦鏡3，聚焦鏡3將入射環(huán)形光束聚焦后形成細環(huán)形光束輸出至圓錐反射鏡4，圓錐反射鏡4表面鍍有全反膜，將細環(huán)形光束全部經(jīng)環(huán)形窗口鏡5反射至管道內(nèi)壁，在管道內(nèi)壁上形成環(huán)形激光焦點。這樣無須加工頭或管道自旋，就可以實現(xiàn)管道內(nèi)壁的激光束加工。尤其是，若要加工整根長管道內(nèi)壁，只需讓加工頭沿管道行進即可。
[0021]本實用新型可改變?yōu)槎喾N方式對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，這樣的改變不認為脫離本實用新型的范圍。所有這樣的對所述領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的修改，將包括在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種適用于管道內(nèi)壁的非衍射環(huán)形光束激光加工頭，包括光路腔體(I)、錐透鏡(2)、聚焦鏡(3)和圓錐反射鏡⑷； 所述光路腔體(I)呈圓柱筒形，一端設(shè)置有激光入射孔，另一端封閉；光路腔體(I)的側(cè)壁上設(shè)置有用于輸出激光束的環(huán)形窗口鏡(5); 錐透鏡(2)、聚焦鏡(3)和圓錐反射鏡(4)均順序安裝在光路腔體(I)內(nèi)部，并沿著光路腔體(I)的軸線方向依次布置；錐透鏡⑵固定安裝在光路腔體(I)敞口端部的內(nèi)側(cè)，圓錐反射鏡(4)固定安裝在光路腔體(I)封閉端部的內(nèi)側(cè)，聚焦鏡(3)固定安裝在光路腔體(I)的側(cè)壁上；錐透鏡(2)、聚焦鏡(3)和圓錐反射鏡(4)在光路腔體中的安裝方位應(yīng)當(dāng)使得三者沿光路傳播方向同軸； 激光束經(jīng)光路腔體(I)上的激光入射孔入射后，進入錐透鏡(2)，錐透鏡(2)輸出非衍射的環(huán)形光束并傳輸至聚焦鏡(3)，聚焦鏡(3)將入射環(huán)形光束聚焦后形成細環(huán)形光束輸出至圓錐反射鏡(4)，圓錐反射鏡(4)表面鍍有全反膜，將細環(huán)形光束全部經(jīng)環(huán)形窗口鏡(5)反射至管道內(nèi)壁，在管道內(nèi)壁上形成環(huán)形激光焦點。
【專利摘要】本實用新型提供了一種適用于管道內(nèi)壁的非衍射環(huán)形光束激光加工頭，包括光路腔體、錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡；所述光路腔體呈圓柱筒形，一端設(shè)置有激光入射孔，另一端封閉；光路腔體的側(cè)壁上設(shè)置有用于輸出激光束的環(huán)形窗口鏡；錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡均順序安裝在光路腔體內(nèi)部，并沿著光路腔體的軸線方向依次布置；錐透鏡固定安裝在光路腔體敞口端部的內(nèi)側(cè)，圓錐反射鏡固定安裝在光路腔體封閉端部的內(nèi)側(cè)，聚焦鏡固定安裝在光路腔體的側(cè)壁上；錐透鏡、聚焦鏡和圓錐反射鏡在光路腔體中的安裝方位應(yīng)當(dāng)使得三者沿光路傳播方向同軸。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，與現(xiàn)有設(shè)備相比，無復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，成本顯著降低，可靠性顯著提高。
【IPC分類】B23K26-064
【公開號】CN204524548
【申請?zhí)枴緾N201520250702
【發(fā)明人】于艷玲
【申請人】溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月17日