阅读说明：本技术 一种激光同轴熔丝加工头及激光汇聚点调节方法 (Laser coaxial fuse wire processing head and laser convergence point adjusting method ) 是由 王玉岱 刘琦 李怀学 单飞虎 胡全栋 于 2019-11-28 设计创作，主要内容包括：一种激光同轴熔丝加工头及激光汇聚点调节方法,包括分束主镜框和阵列设于分束主镜框周围的多个反射镜框,反射镜框通过多个调节螺栓连接在分束主镜框的入射通道和反射通道的交接处,分束主镜框与反射镜框的连接面上设有环形的凹槽,凹槽中设有弹性密封圈。本发明通过多个调节螺栓调节弹性密封圈的变形量及反射镜框中反光镜的偏转角度,来调节激光分束的偏转角度,以使各激光分束按照预设情况通过聚焦镜聚焦后在预设汇聚点处进行聚合,且调节方式操作方便快捷,既不会明显增大加工头的结构复杂度,也不会影响加工头的密封性和稳定性。此外,与磨修法相比,节省了反复修配的时间,且用于替换的配件也不必进行修配。(A laser coaxial fuse wire processing head and a laser convergence point adjusting method comprise a beam splitting main mirror frame and a plurality of reflection mirror frames arranged around the beam splitting main mirror frame in an array mode, wherein the reflection mirror frames are connected to the joint of an incident channel and a reflection channel of the beam splitting main mirror frame through a plurality of adjusting bolts, an annular groove is formed in the connecting surface of the beam splitting main mirror frame and the reflection mirror frames, and an elastic sealing ring is arranged in the groove. According to the invention, the deflection angle of the laser beam splitting is adjusted by adjusting the deformation of the elastic sealing ring and the deflection angle of the reflector in the reflector frame through the plurality of adjusting bolts, so that each laser beam splitting is focused by the focusing mirror according to a preset condition and then polymerized at a preset convergence point, and the adjusting mode is convenient and rapid to operate, so that the structural complexity of the machining head is not obviously increased, and the sealing property and the stability of the machining head are not influenced. In addition, compared with the grinding method, the time for repeated repair is saved, and the repair of the spare parts for replacement is not needed.)

一种激光同轴熔丝加工头及激光汇聚点调节方法

技术领域

本发明涉及激光熔丝增材加工技术领域，特别是涉及一种激光同轴熔丝加工头及激光汇聚点调节方法。

背景技术

激光同轴熔丝成形技术是一种以激光为热源、以同步送进的丝材为原料且丝材和激光光束保持同轴的激光增材制造技术。其中，一个主流方案是将从激光器发出的一束激光束分成2～5个激光分束，各个激光分束通过反射、聚焦等，最终在汇聚点处聚合，各个激光分束呈圆周对称分布，丝材从激光分束内部送给，和激光分束保持同轴关系，并在光束汇聚点处被高能量激光熔化。

实际情况中，激光同轴熔丝加工头是由执行分束、反射、聚焦等复杂光学变换的多个功能单元装配而成，激光束由原本一个光轴变换为三维空间上的多个光轴。由于各功能单元均会存在加工误差和装配误差等，光束通过加工头后，空间上具有不同光轴的各激光分束往往不能按照预设情况在理论汇聚点处聚合。一般是对相关功能单元进行磨修，但该方法既费时费力，而且配件的可替换性也差。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光同轴熔丝加工头及激光汇聚点调节方法，通过调节反射镜框中反光镜的角度来调节激光分束的偏转角度，以使各激光分束按照预设情况在预设汇聚点处进行聚合。

第一方面，本发明提供一种激光同轴熔丝加工头，包括分束主镜框和阵列设于所述分束主镜框周围的多个反射镜框，所述反射镜框通过多个调节螺栓连接在所述分束主镜框的入射通道和反射通道的交接处，所述分束主镜框与所述反射镜框的连接面上设有环形的凹槽，所述凹槽中设有弹性密封圈，所述弹性密封圈的一侧外边缘与所述凹槽的底部接触、另一侧的外边缘突出所述凹槽的顶部与所述反射镜框接触；

所述分束主镜框与所述反射镜框的连接处设有与调节螺栓位置对应的锁定元件，所述锁定元件用于固定所述调节螺栓的位置，通过多个所述调节螺栓调节所述弹性密封圈的变形量及反射镜框中反光镜的偏转角度，来调节激光分束的偏转角度，以使各激光分束按照预设情况通过聚焦镜聚焦后在预设汇聚点处进行聚合。

进一步地，各所述激光分束在所述预设汇聚点所在的加工平面上的可移动范围为±30mm。

进一步地，所述弹性密封圈的横截面为中空的O型截面，且采用橡胶材料制成。

进一步地，所述弹性密封圈的外径为3～10mm，壁厚为1～3mm。

进一步地，所述弹性密封圈的外径为8mm，壁厚为2.5mm。

进一步地，所述反射镜框的侧边设有锁定孔，所述锁定元件穿过锁定孔对所述调节螺栓进行固定。

进一步地，所述分束主镜框靠近所述反射镜框的端部设有锁定孔，所述锁定元件穿过锁定孔对所述调节螺栓进行固定。

进一步地，所述锁定元件为顶丝。

进一步地，所述调节螺栓的数量为3个或4个。

第二方面，本发明提供一种激光汇聚点调节方法，通过上述激光同轴熔丝加工头来实现，包括以下步骤：

激光平行光束经过分束主镜框中的分束镜进行分束形成激光分束；

激光分束由反射镜框中反光镜接收反射，然后通过聚焦镜进行聚焦；

通过多个调节螺栓调节弹性密封圈的变形量及反射镜框中反光镜的偏转角度，来调节激光分束的偏转角度，以使各激光分束在预设汇聚点处进行聚合，在预设汇聚点处各激光分束形成聚焦或散焦状态；

通过锁定元件固定调节螺栓的位置，以使弹性密封圈的变形量及反射镜框中反光镜的角度保持不变。

综上，本发明通过多个所述调节螺栓调节所述弹性密封圈的变形量及反射镜框中反光镜的角度，来调节激光分束的偏转角度，以使各激光分束按照预设情况通过聚焦镜聚焦后在预设汇聚点处进行聚合，且调节方式操作方便快捷，既不会明显增大加工头的结构复杂度，也不会影响加工头的密封性和稳定性。此外，与磨修法相比，节省了反复修配的时间，且用于替换的配件也不必进行修配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明激光同轴熔丝加工头中激光汇聚的示意图。

图2是图1中A处放大后的截面示意图。

图中：

1-激光平行光束；2-分束镜；3-激光分束；4-反射镜；5-聚焦镜；6-丝材；7-预设汇聚点；8-分束主镜框；9-反射镜框；10-调节螺栓；11-弹性密封圈；12-锁定元件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参阅图1和图2，第一方面，本发明提供了一种激光同轴熔丝加工头，包括分束主镜框和阵列设于所述分束主镜框8周围的4个反射镜框9，所述反射镜框9通过4个调节螺栓10连接在所述分束主镜框8的入射通道和反射通道的交接处，所述分束主镜框8与所述反射镜框9的连接面上设有环形的凹槽，所述凹槽中设有弹性密封圈11，所述弹性密封圈11的一侧外边缘与所述凹槽的底部接触、另一侧的外边缘突出所述凹槽的顶部与所述反射镜框9接触，以实现密封功能。

可以理解的，在其它实施例中，所述反射镜框9可以设置多个，具体数量根据激光分束3的数量进行设置。

需要说明的是，本实施例中，所述分束主镜框8与所述反射镜框9的连接处设有与调节螺栓位置对应的锁定元件12，所述锁定元件12用于固定所述调节螺栓10的位置，通过多个所述调节螺栓10调节所述弹性密封圈11的变形量及反射镜框9中反光镜4的偏转角度，来调节激光分束3的偏转角度，以使各激光分束3按照预设情况通过聚焦镜5聚焦后在预设汇聚点7处进行聚合。同时，丝材6从激光分束3的内部送给，和激光分束3保持同轴关系，并在预设汇聚点7处被高能量激光熔化。

进一步需要明确的是，所述激光分束3在所述预设汇聚点7所在的加工平面上的可移动范围由所述反射镜框9的最大可偏转角度和所述激光分束3的传输距离决定，本发明一优选实施方式中，该可移动范围为±30mm，且该范围足以调整各所述激光分束3至所述预设汇聚点7位置。

请参阅图2，所述弹性密封圈11的横截面为中空的O型截面，且采用橡胶材料制成，这样可以使得所述弹性密封圈11具有足够的变形量来实现所述反射镜框9的偏转角度。

在本发明一优选实施方式中，所述弹性密封圈11的外径为3～10mm，壁厚为1～3mm。

进一步地，所述弹性密封圈11的外径为8mm，壁厚为2.5mm。

请参阅图2，所述反射镜框9的侧边设有锁定孔，所述锁定元件12穿过锁定孔对所述调节螺栓10进行固定。

具体的，本实施例中，所述锁定元件12为顶丝，以便于调节其在锁定孔中的位置。

在本发明另一优选实施方式中，所述分束主镜框8靠近所述反射镜框9的端部设有锁定孔，所述锁定元件12穿过锁定孔对所述调节螺栓10进行固定。

需要说明的是，本实施例中，所述调节螺栓10的数量为4个。可以理解的在其它实施例中，所述调节螺栓10的数量还可以为3个，或多个，具体数量可以根据实际需求进行设置。

第二方面，本发明提供一种激光汇聚点调节方法，通过上述激光同轴熔丝加工头来实现，包括以下步骤S110～步骤S140：

步骤S110，激光平行光束1经过分束主镜框8中的分束镜2进行分束形成激光分束3；

步骤S120，激光分束3由反射镜框9中反光镜4接收反射，然后通过聚焦镜5进行聚焦；

步骤S130，通过多个调节螺栓10调节弹性密封圈11的变形量及反射镜框9中反光镜4的偏转角度，来调节激光分束3的偏转角度，以使各激光分束3在预设汇聚点7处进行聚合，在预设汇聚点7处各激光分束3形成聚焦或散焦状态；；

需要说明的是，在本步骤中，需先将所述锁定元件12旋出锁定孔，即将所述锁定元件12松开，以便于所述调节螺栓10位置的调节。具体的，通过调整所述调节螺栓10的压紧力，调整所述弹性密封圈11的变形量，进而可以使所述反射镜框9相对所述分束主镜框8作小幅度的前后左右偏摆，所述反射镜框9的偏摆可以使所述激光分束3的偏转角度发生变化，从而可以通过微调四个所述调节螺栓10的压紧力使各所述激光分束3在所述预设汇聚点7处进行聚合。

步骤S140，通过锁定元件12固定调节螺栓10的位置，以使弹性密封圈11的变形量及反射镜框9中反光镜4的角度保持不变。即将锁定元件12旋进所述锁定孔中拧紧，从而保证四个调节螺栓10的压紧力保持不变。

综上，本发明通过多个所述调节螺栓10调节所述弹性密封圈11的变形量及反射镜框9中反光镜4的角度，来调节所述激光分束3的偏转角度，以使各所述激光分束3按照预设情况通过所述聚焦镜5聚焦后在所述预设汇聚点7处进行聚合，且调节方式操作方便快捷，既不会明显增大加工头的结构复杂度，也不会影响加工头的密封性和稳定性。此外，与磨修法相比，节省了反复修配的时间，且用于替换的配件也不必进行修配。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。