阅读说明：本技术 一种模块化光纤激光头及激光设备 (Modularization optic fibre laser head and laser equipment ) 是由 赵敏华 段开椋 马宝田 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及光纤激光头,具体涉及一种模块化光纤激光头及激光设备,以解决目前光纤激光头一体化设计导致损坏不可更换及不能适应应用场景变化的问题。该光纤激光头,包括激光发射模块、透镜系统模块以及设置在激光发射模块和透镜系统模块外部的冷却模块；所述激光发射模块的末端具有光纤固定腔,所述激光发射模块前端与透镜系统模块的末端可拆卸连接；透镜系统模块具有用于光斑整形的透镜；冷却模块与透镜系统模块、激光发射模块可拆卸连接。该激光设备包含所述模块化光纤激光头。本发明提供的光纤激光头采用模块化设计,并可拆卸的连接,方便更换,可以满足多种应用场景。(The invention relates to an optical fiber laser head, in particular to a modular optical fiber laser head and laser equipment, and aims to solve the problems that the existing optical fiber laser head is damaged and cannot be replaced and cannot adapt to application scene change due to integrated design. The optical fiber laser head comprises a laser emission module, a lens system module and a cooling module arranged outside the laser emission module and the lens system module; the tail end of the laser emission module is provided with an optical fiber fixing cavity, and the front end of the laser emission module is detachably connected with the tail end of the lens system module; the lens system module is provided with a lens for spot shaping; the cooling module is detachably connected with the lens system module and the laser emission module. The laser equipment comprises the modular fiber laser head. The optical fiber laser head provided by the invention adopts a modular design, is detachably connected, is convenient to replace, and can meet various application scenes.)

一种模块化光纤激光头及激光设备

技术领域

本发明涉及光纤激光头，具体涉及一种模块化光纤激光头及激光设备。

背景技术

随着近年来光纤激光器在金属表面改性、金属焊接以及钣金切割等领域的广泛应用，人们对光纤激光器的性能及工作稳定性都提出了更高的要求。

光纤激光器一般由光学模块和电模块两大部分组成，光学模块主要包含激光发生器和光纤激光头。作为光纤激光器的重要组成部分，光纤激光头一般由光学镜筒、光纤定位器两部分组成，用于实现激光的整形和输出。光学镜筒内置有光学镜片组合系统，实现激光光斑的整形；光纤定位器主要用于光纤的定位与固定。整个光纤激光头处于输出末端，最容易受到外界不利因素的影响，包括环境温度、湿度以及洁净度都会对其产生不同程度影响甚至损坏，严重影响光纤激光器的工作稳定性。

目前光纤激光头普遍采用一体化设计制作，光纤激光头内部的相关部件都是采用一次性整体封装，不支持拆装重组，一旦光纤激光头出现污染或受损，需将整个光纤激光头进行更换，售后成本高。再者光纤激光头对使用场景也有很强的依赖性，不同的使用场景需要根据具体的客户需求来定制不同型号的光纤激光头。现有一体式结构的光纤激光头无法满足多场景使用需求，如果客户的使用需求发生变化，就需要整体更换不同型号的光纤激光头。所以不论是光纤激光头本身出现故障还是客户需求发生变化，都需要进行整体更换。

因此有必要设计一种可满足多场景应用以及可支持拆卸更换损坏部件的模块化光纤激光头。

发明内容

本发明的目的在于解决目前光纤激光头一体化设计导致光纤激光头部件损坏及应用场景变化时需要整体更换的问题，提出一种模块化的光纤激光头及激光设备。

本发明的技术方案为：

本发明提供一种模块化光纤激光头，其特殊之处在于：包括激光发射模块、透镜系统模块，以及设置在激光发射模块和透镜系统模块外部的冷却模块；

所述激光发射模块的末端具有光纤固定腔，所述激光发射模块前端与透镜系统模块的末端可拆卸连接；透镜系统模块具有多个用于光斑整形的透镜；冷却模块与透镜系统模块、激光发射模块可拆卸连接。

进一步地，所述激光发射模块的前端设置有与光纤固定腔连通的连接腔；所述激光发射模块还包括固定于所述连接腔内的平平镜。

平平镜的作用为防止光纤端面被污染。

进一步地，所述透镜系统模块具有保护镜腔和及位于保护镜腔后方的透镜腔；

所述透镜系统模块在保护透镜腔内设置有保护镜片，在所述透镜腔内设置有多个光斑整形透镜。

进一步地，相邻两个光斑整形透镜之间设置有隔圈；多个所述光斑整形透镜均可替换的容置于透镜腔内。

隔圈用于隔离固定光斑整形透镜，光斑整形透镜以可替换的方式设置在透镜腔内，方便根据实际使用场景更换不同的光斑整形透镜。

进一步地，所述激光发射模块的前端设置有外螺纹；所述透镜系统模块的后端设置有与所述外螺纹配合的内螺纹。

进一步地，所述内螺纹的长度大于所述外螺纹的长度。

通过内螺纹长度大于外螺纹长度的设计，可以通过拧螺纹的方式微调光纤端面和准直聚焦镜之间的距离，使得通过准直聚焦镜后的光斑为准直聚焦光斑。

进一步地，所述激光发射模块的外侧与透镜系统模块连接处设置有密封槽，所述密封槽位于所述外螺纹的后侧；所述密封槽内设置有第三密封圈，用于激光发射模块与透镜系统模块之间的密封。

进一步地，所述透镜系统模块的后端沿径向设置有多个紧固螺孔，各个所述紧固螺孔位于所述内螺纹的后方；

所述紧固螺孔内设置有与各个所述紧固螺孔一一配合的紧固螺栓。所述紧固螺栓抵触于所述激光发射模块的外侧面，用于固定锁死透镜系统模块和激光发射模块。

进一步地，所述冷却模块包括套筒和第一密封圈、第二密封圈；

所述套筒套设于所述激光发射模块和所述透镜系统模块；所述套筒具有进水口和出水口；

所述激光发射模块与所述套筒之间通过第一密封圈密封连接；所述透镜系统模块与所述套筒之间通过第二密封圈密封连接。

本发明还提供了一种激光设备，其特殊之处在于：包括以上所述的光纤激光头。

本发明的有益效果：

本发明采用激光发射模块、透镜系统模块和冷却模块的模块化设计，各个模块之间可拆卸连接，透镜系统模块中的整形透镜可以根据实际需要设置不同数量的光斑整形透镜，使光纤激光头可以满足多种应用场景；当光纤激光头的其中一个模块损坏时，只需要更换损坏的模块即可，大大提高售后效率，降低成本。

采用本发明提供的光纤激光头的激光设备，同样具有适用场景丰富，光纤激光头模块更换方便的优点。

附图说明

图1为本发明模块化光纤激光头中透镜系统模块和激光发射模块连接结构实施例示意图；

图2为本发明模块化光纤激光头中透镜系统模块结构实施例示意图；

图3为本发明模块化光纤激光头中激光发射模块结构实施例示意图；

图4为本发明模块化光纤激光头中冷却模块结构实施例示意图。

附图说明

如下：

1-透镜系统模块，2-激光发射模块，3-冷却模块，4-透镜腔，5-球面螺堵，6-保护镜片，7-螺堵，8-内螺纹，9-外螺纹，10-紧固螺孔，11-第三密封圈，12-光纤固定腔，13-平平镜，14-出水口，15-进水口，16-第二密封圈，17-第一密封圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做具体说明。

如图1-4所示，本实施例提供的模块化光纤激光头包括激光发射模块2、透镜系统模块1和冷却模块3；按照激光传输方向，设定透镜系统模块1端为前，激光发射模块2端为后；

激光发射模块2的末端具有光纤固定腔12，激光发射模块2的前端设置有与光纤固定腔12连通的连接腔；连接腔内设置有用于安装平平镜的平平镜安装卡槽；光纤固定腔12用于定位和固定光纤，平平镜13可以防止光纤端面被污染；构成光纤固定腔12的光纤固定器采用散热性能优良的金属铜为基底进行制作。

透镜系统模块1设置有保护镜腔和保护镜腔后方的透镜腔4，透镜腔4用于安装光斑整形透镜；光斑整形透镜的数量为多个，相邻两个光斑整形透镜之间设置有隔圈；光斑整形透镜可替换的容置于透镜腔4内。

本实施例中，在透镜腔4中透镜安装处先安装Φ25双凹球面镜，然后放置定位隔圈，在隔圈上面安装Φ25双凸球面镜，这两个光学镜片将激光光斑整形为准直光斑；在双凸球面镜上面放置第二个隔圈，然后在隔圈上面再安装f＝280聚焦镜，之后再安装带螺纹的球面螺堵5将准直聚焦镜片进行固定。在保护镜腔安装保护镜片6，使用螺堵7进行固定。

其他实施例中，光斑整形透镜设置的数量可根据实际需要增加或减少。

激光发射模块2的前端设置有外螺纹9；透镜系统模块1的后端设置有与外螺纹9配合的内螺纹8；内螺纹8的长度大于所述外螺纹9的长度。

在透镜系统模块1的后端设置有多个紧固螺孔10，各个所述紧固螺孔10位于所述内螺纹8的后方。

光纤激光头还包括与各个紧固螺孔10一一配合的紧固螺栓。紧固螺栓抵触于所述激光发射模块2的外侧面。

透镜系统模块1和激光发射模块2通过螺纹连接起来，通过拧螺纹的方式微调光纤端面和准直聚焦透镜之间的距离，使得通过准直聚焦镜后的光斑为准直聚焦光斑，调整好后在紧固螺孔10中插入紧固螺栓进行锁死固定。

本实施例中，透镜系统模块1设有内螺纹8，内螺纹8长度25mm；激光发射模块2设有外螺纹9，螺纹长度为15mm，两者通过螺纹进行连接。透镜系统模块1螺纹8后端12mm处设有沿径向圆周分布的四个紧固螺孔10；激光发射模块2螺纹9后5mm处安装有第三密封圈11，第三密封圈11安装在密封槽，所述密封槽位于外螺纹9的后侧；所述透镜系统模块1的后端压覆所述第三密封圈11保证透镜系统模块1和激光发射模块2连接处的密封性。

冷却模块套在透镜系统模块1和激光发射模块2的连接体外进行散热，以防使用过程中光纤激光头过热。

冷却模块3包括套筒和第一密封圈17、第二密封圈16；

套筒可拆卸的套设于所述激光发射模块2和所述透镜系统模块1；套筒具有进水口15和出水口14；激光发射模块2与所述套筒之间通过第一密封圈17密封连接；透镜系统模块1与所述套筒之间通过第二密封圈16密封连接。

本发明还公开一种激光设备，该激光设备包括上述模块化光纤激光头实施方式所描述的任意一种光纤激光头。该激光设备可以为激光焊接设备、激光切割设备或者其他类型的激光设备。由于激光设备具有上述光纤激光头实施方式所描述的任意一种光纤激光头，因此具有相同的有益效果，本发明在此不再赘述。