一种输出矩形光斑的长工作距离内孔熔覆光学系统-挂牌专利-西安知识产权运营服务平台

一种输出矩形光斑的长工作距离内孔熔覆光学系统 授权有效中;

专利(申请)号： CN201910770117.0
专利类型：发明;
主分类： G物理;
产业领域：增材制造
专利来源：企业;
申请日： 2019-08-20
原始申请人：西安必盛激光科技有限公司
当前专利权人：西安必盛激光科技有限公司
交易方式：转让; 许可;
其他交易方式：
参考价格（元）：￥面议
联系方式：何欣-029-81161015

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专利详情

本发明提供一种输出矩形光斑的长工作距离内孔熔覆光学系统，解决现有激光熔覆设备对于孔类零件内孔表面熔覆无法进行有效加工的问题。该系统包括壳体、沿光束方向依次设在壳体内的光束变换传输组、光束能量变换及整形分系统、光束变向优化组，壳体上设通光孔，光束变换传输组包括1～6个透镜，用于将光纤输出光束进行横截面尺寸及光斑形状调整变换，可进行远距离传输；光束能量变换及整形分系统包括光束能量变换组和光束整形组；光束能量变换组包括1～4个阵列透镜，用于对传输光束能量分布进行调整变换；光束整形组包括1～4个变换透镜，用于对光束形状进行整形变换将传输光束变换为矩形光斑；光束变向优化组用于改变光束传播方向及优化光束能量分布。

【英文摘要】

The invention provides a long working distance inner hole cladding optical system for outputting rectangular light spots, which solves the problem that the existing laser cladding equipment cannot effectively process the inner hole surface cladding of hole parts. The system includes a casing, a beam conversion and transmission group, a beam energy conversion and shaping subsystem, and a beam direction optimization group arranged in the casing along the direction of the beam. The casing is provided with a light hole, and the beam conversion and transmission group includes 1 to 6 A lens is used to adjust and transform the cross-sectional size and spot shape of the optical fiber output beam, allowing long-distance transmission; the beam energy conversion and shaping subsystem includes a beam energy conversion group and a beam shaping group; the beam energy conversion group includes 1 to 4 array lenses, which are used to adjust and transform the energy distribution of the transmitted beam; the beam shaping group includes 1 to 4 transformation lenses, which are used to shape and transform the beam shape and transform the transmitted beam into a rectangular spot; the beam direction change optimization group is used to change the beam propagation direction and optimize the beam energy distribution

技术摘要（来自于incoPat

【用途】

光学工程

光学系统

长工作距离内孔熔覆光学系统

【技术功效】

技术功效句	避免能量损失; 具有工作距离长、光斑尺寸灵活可变、光斑能量分布均匀、结构紧凑的特点; 能够有效提高熔覆粉末的利用率及熔覆效率; 有效弱化中心能量、对光斑能量进行匀化; 到达内孔壁距离短、熔覆效果好; 有效对光束进行整合; 可实现长工作距离传输; 可避免出现大发散角
技术功效短语	避免能量损失; 结构紧凑; 灵活可变; 工作距离长; 提高熔覆效率; 光斑能量匀化; 弱化中心能量; 能量分布均匀; 孔壁距离短; 有效整合; 熔覆效果好; 实现距离传输; 避免出现大发散角; 提高粉末利用率
技术功效1级	损失; 体积; 灵活性; 距离; 效率; 匀化; 弱化; 均匀性; 整合; 熔覆; 传递; 发散角; 利用率
技术功效2级	损失避免; 体积降低; 灵活性提高; 距离; 效率提高; 匀化; 弱化; 均匀性提高; 距离降低; 整合; 熔覆好; 传递; 发散角避免; 利用率提高
技术功效3级	能量损失避免; 结构体积降低; 可变灵活性提高; 工作长距离; 熔覆效率提高; 光斑能量匀化; 中心能量弱化; 能量分布均匀性提高; 孔壁距离降低; 有效整合; 效果熔覆好; 实现距离传递; 出现大发散角避免; 粉末利用率提高
技术功效TRIZ参数	23-物质损失;07-体积;35-适应性、通用性;03-长度;39-生产率;29-制造精度;

分类号

【技术分类】

主分类号	G02B27/09; G 物理学 G02B 光学元件、系统或装置 [20000101] *G02B27/09 不包含在其他类目中的射束成形，例如改变横截面面积 [20060101] G02B27/00 不包含在SG02B1/00至G02B26/00、G02B30/00组中的任何一组中的光学系统或设备 [20060101] G02 光学
IPC分类号	G02B27/09; C23C24/10;
CPC分类号	G02B27/0927; G02B27/0955; G02B27/0972; G02B27/0977; G02B27/0966; C23C24/10;

【行业分类】

国民经济行业分类	制造业 C4320; C4310; C4040; C3360; C4330; C4090;
国民经济行业(主)	制造业 C4040; C4090;
新兴产业分类	先进无机非金属材料前沿新材料 3.4; 3.6;
新兴产业(主)	前沿新材料 3.6;
知识密集型分类	新装备制造业环保产业 306; 603;
学科分类	工程物理科学 A010401; A110101; A120101; C040101; C050102;
清洁能源产业分类	核电产业风能产业太阳能产业生物质能产业水力发电产业智能电网产业其他清洁能源产业 1.3.3; 2.2.3; 3.1.0; 3.3.3; 4.5.2; 5.2.3; 6.4.0; 7.2.3;
数字经济核心产业分类	数字产品制造业 010404;

其他著录项

代理机构	西安智邦专利商标代理有限公司 61211
代理人	董娜
申请语言	汉语
审查员	黄洪
一案双申	CN201921359700.4; CN201910770117.0;

权利要求

1.一种输出矩形光斑的长工作距离内孔熔覆光学系统，其特征在于：包括壳体、及沿光束方向依次设置的光束变换传输组(1)、光束能量变换及整形分系统(2)、光束变向优化组(3)；
所述光束变换传输组(1)、光束能量变换及整形分系统(2)、光束变向优化组(3)均设置在壳体内；
所述壳体上设有用于光束通过的通光孔；
所述光束变换传输组(1)用于将光纤输出的光束进行横截面尺寸及光斑形状调整变换，可进行远距离传输；所述光束变换传输组(1)包括沿光束方向依次设置的第一正透镜(11)、第二正透镜(12)、第三透镜(13)，所述第三透镜(13)为正透镜或负透镜；
所述光束能量变换及整形分系统(2)包括光束能量变换组(21)和光束整形组(22)；
所述光束能量变换组(21)用于对传输的光束能量分布进行调整变换；所述光束能量变换组(21)包括依次设置的正光焦度第一透镜阵列(211)和正光焦度第二透镜阵列(212)；第一透镜阵列(211)用于弱化中心能量，第二透镜阵列(212)用于进行光斑能量的匀化；
所述光束整形组(22)用于对光束形状进行整形变换，将传输光束变换为矩形形状光斑；所述光束整形组(22)包括依次设置的第一光束尺寸变换透镜和第二光束尺寸变换透镜；所述第一光束尺寸变换透镜光焦度为正，由1～4个柱透镜组成，且曲面方向沿弧矢方向设置；所述第二光束尺寸变换透镜光焦度为正，由1～4个柱透镜组成，且曲面方向沿子午方向设置；
所述光束变向优化组(3)用于改变光束传播方向及对光束能量分布做调整优化；所述光束变向优化组(3)为反射镜或棱镜；
所述光束能量变换组(21)设置在光束变换传输组(1)与光束整形组(22)之间，或者设置在光束整形组(22)与光束变向优化组(3)之间。

2.根据权利要求1所述的一种输出矩形光斑的长工作距离内孔熔覆光学系统，其特征在于：所述壳体包括同轴依次设置的第一壳体(4)和第二壳体(5)，第一壳体(4)沿轴向相对第二壳体(5)可做往复移动，用于调节所述光束变换传输组(1)与光束能量变换及整形分系统(2)之间的距离；
光束变换传输组(1)固定在第一壳体(4)上，光束能量变换及整形分系统(2)、光束变向优化组(3)固定在第二壳体(5)上；
所述第一壳体(4)的两端均设有通光孔，第二壳体(5)侧壁上与光束变向优化组(3)相对的位置设有通光孔。

3.根据权利要求2所述的一种输出矩形光斑的长工作距离内孔熔覆光学系统，其特征在于：所述光束变换传输组(1)与光束能量变换及整形分系统(2)之间的调节距离范围为0.6m～3m。

4.根据权利要求3所述的一种输出矩形光斑的长工作距离内孔熔覆光学系统，其特征在于：
所述第一透镜阵列(211)包括阵列分布的四个透镜，所述四个透镜包括一个正透镜和三个负透镜、或者两个正透镜和两个负透镜、或者三个正透镜和一个负透镜。

5.根据权利要求4所述的一种输出矩形光斑的长工作距离内孔熔覆光学系统，其特征在于：
所述第一光束尺寸变换透镜和第二光束尺寸变换透镜中柱透镜的数量、参数均相同。

6.根据权利要求1所述的一种输出矩形光斑的长工作距离内孔熔覆光学系统，其特征在于：
所述反射镜为平面反射镜，与入射光束呈45度。

专利文本

CN110568620B