一种多激光束振镜系统的制作方法

本发明属于激光振镜，具体涉及一种多激光束振镜系统。

背景技术：

1、振镜简单来讲是用在激光行业的一种扫描振镜，其专业名词叫做高速扫描振镜（也称为galvo scanning system）。目前，常用的激光束振镜系统，其主要包括具有激光输入通道和激光输出通道的器座、动态聚焦模组、反射镜调整模组、同转式反射镜模组，其中单激光束自激光输入通道射入后，经过动态聚焦模组和反射镜调整模组的光路调整，将光束反射至同转式反射镜模组的两个翻转反射镜单元，其中由两个翻转反射镜单元分别绕着z轴和y轴方向往复翻转并将光路反射激光输出通道并将x轴和y轴构成坐标系焊接面扫描覆盖，以完成平面或3d焊接（结合动态聚焦模组所形成的z轴上的升降运动）。

2、然而，随着对激光加工效率的要求，需要采用多激光束进行分区扫描和同步加工，因此，需要在同一封闭腔体内布置多套激光振镜系统，而常规布局，存在以下缺陷：

3、1）每一束激光，形成一分隔区，一个扫描头，激光束越多，分区越多，因此，分区间的拼接边界越多，影响成形的精度和效率；

4、2）每分区仅设置一束激光，一旦某激光振镜系统出现故障，只能废弃当前成形过程，停机处理，待排除故障后，再进行激光加工，因此，实用性不足；

5、3）由于多套激光振镜系统的增设，势必大幅度增加整个系统的体积，不利于整体结构的小型化设计。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的多激光束振镜系统。

2、为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多激光束振镜系统，其包括具有激光输入通道和激光输出通道的器座、安装于器座内的多个激光束振镜单元，其中激光输入通道、激光束振镜单元、激光输出通道形成一激光工作组，各激光束振镜单元包括沿着z轴方向运动调节的动态聚焦模组；反射镜调整模组；以及形成x、y轴向扫描的同转式反射镜模组，特别是，器座底部内壁的中心安装有定位座，各所述激光工作组以定位座的中心为基准部分对称和部分镜像分布在定位座的左右两侧，其中各激光工作组自激光输出通道所形成扫描区域均能够覆盖整个工作面，多激光束振镜系统还包括与各激光工作组相连通的多光束分区动态分配单元，其中多光束分区动态分配单元的分配过程包括如下步骤：1）对整个工作面的扫描图形数据进行预读，并按激光工作组所处于激活工作状态下的数量实时进行区域分解；2）分解后各区域预先按单光束扫描进行计算其加工完成当前扫描路径所需的加工周期；3）按以上加工周期，结合各区域当前所处激活工作状态的激光束，将扫描运动任务细分至对应激光工作组的同转式反射镜模组，再由各同转式反射镜模组按分区动态指令，在对应每一分区内无拼接和全面进行多束激光扫描加工。

3、优选地，在各激光工作组上形成光束传感器，其中光束传感器用于监测光路是否正常，且所述光束传感器与束分区动态分配单元连通。也就是说，每一束扫描激光束均设有能否正常工作的状态反馈，如能正常工作其在整个控制系统内处于激活状态（系统可正常指派加工指令），如不可以正常工作则处于非激活状态（系统不会指派加工指令）。

4、根据本发明的一个具体实施和优选方面，在整个系统执行加工任务期间，有一或多扫描激光束的状态由激活工作状态转成非激活工作状态，则立即对该状态转变点所处的指令位置进行存储，待该区域有其他激光束空闲后，再由其继续完成上述状态产生变化的激光束的剩余工作。在此，不仅由各激光束协同执行当前扫描任务，成形效率大大提高，而且当某激光束失效时，可不停机自动切换扫描路径，自动重新规划，仅依靠一束激光，仍可完成全部扫描加工工作，大大增加了扫描加工过程的可靠性。

5、在一些具体实施方式中，分区动态指令基于对气流、激光加工产生的等离子体、区块获得激光能量的均匀分布、整个系统在相同或接近相同的时间点完成加工的参数进行修正和调整。在此，更有效地提升扫描路径的准确度，提高加工精度。

6、根据本发明的又一个具体实施和优选方面，自各激光输入通道经过的激光束相互平行，且左右对称和镜像的激光工作组经过对应反射镜调整模组向右和向左反射的激光束保持同心。也就是说，反射镜所反射的光束在未到达振镜片前，对应的两束激光束是同心的，因此，可以通过该设定可使两束激光束具有更好的聚焦光斑一致性并提高初始零点的定位精度，同时，在光束调整期间也可利用该同心关系对光路进行双向验证。

7、根据本发明的又一个具体实施和优选方面，各所述动态聚焦模组包括聚焦座、通过沿着z轴方向延伸的滑轨滑动安装在聚焦座上的镜座、水平安装于镜座上的聚焦镜片、驱动所述镜座沿着z轴方向往复运动的动力器，其中所述聚焦镜片厚度方向中心线保持与z轴方向平行随所述镜座同步移动。在一些具体实施方式中，聚焦镜片和反射镜调整模组的反射镜之间还设有光学透镜，其中聚焦镜片、光学透镜、反射镜三者的中心在z轴上重合设置。同时，聚焦镜片为上下凹面的凹透镜，所述光学透镜为上下凸面的凸透镜，所述的反射镜为平面反射镜。通过自上而下各镜片设计，能够有效将光束汇聚，使得自激光输出通道输出的光束相对集中进行焊接，以提高焊接效率和效果。

8、根据本发明的又一个具体实施和优选方面，同转式反射镜模组包括第一翻转反射镜单元和第二翻转反射镜单元，第一翻转反射镜单元和所述第二翻转反射镜单元的同步且同速的翻转，且在y轴上保持第一翻转反射镜单元和反射镜调整模组的反射镜的中心对齐且距离保持不变；及在x轴上保持第一翻转反射镜单元和第二翻转反射镜单元的反射镜中心对齐且距离保持不变。同时，在第一翻转反射镜单元和第二翻转反射镜单元的同步且同速的翻转中，反射镜中心对齐且距离保持不变，不仅实现x轴和y轴所构成加工面的运动覆盖，而且更准确地将光束精准地扫描至加工面，以续完成产品的高精度的聚焦和焊接加工。

9、在一些具体实施方式中，第一翻转反射镜单元包括驱动轴沿z轴方向延伸的第一动力件、与所述驱动轴通过第一夹座相固定连接的第一翻转镜，其中第一翻转镜的内侧面为呈平面的反射镜面，且朝向所述反射镜调整模组的反射镜；所述第二翻转反射镜单元包括翻转轴沿y轴方向延伸的第二动力件、与所述翻转轴通过第二夹座相固定连接的第二翻转镜，其中第二翻转镜的反射镜面为平面，第二翻转镜的反射镜面朝向第一翻转镜的反射镜面，且两者的反射镜面处于相交设置。

10、根据本发明的又一个具体实施和优选方面，多激光束振镜系统还包括与所述器座内部相互连通的冷热交换流道。在一些具体实施方式中，定位座上形成与器座内部连通的冷热交换流道。具体的，冷热交换流道，其主要是通过冷却流体的流入后，对光学组件、驱动组件、及控制芯片等等，进行散热（热交换），改善光学热稳定性及驱动器的驱动精度。

11、根据本发明的又一个具体实施和优选方面，反射镜调整模组将沿着z轴方向的光路反射并形成沿着轴方向的光路射向对应的第一翻转反射镜单元，且所述反射镜调整模组包括调整模座、安装在调整模座上且能够绕着x轴调整倾斜角度的平面反射镜。

12、在一些具体实施方式中，激光工作组有两组，所述激光输入通道、动态聚焦模组、反射镜调整模组左右对称设置；两个所述激光输出通道在上下方向的正投影中，关于定位座的正投影的中心对称，且在器座的长度和宽度方向错开分布；两个所述同转式反射镜模组与所述激光输出通道对应布局。

13、在一些具体实施方式中，激光工作组有四组，且两两相隔的分布于所述定位座的左右两侧，其中四个所述激光输出通道在上下方向的正投影中呈平行四边形分布，所述的定位座的正投影的中心与平行四边形的对角线交点重合；四个所述同转式反射镜模组与所述激光输出通道对应布局。

14、由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

15、现有多激光束振镜系统，其所形成分区焊接，不仅分区间的拼接边界多，成形的精度和效率低，而且一旦某激光振镜系统出现故障，只能废弃当前成形过程，停机处理，实用性不足，同时，多个激光束振镜单元的布局若不合理，存在了体积大、操作不便等缺陷，而本发明通过对振镜系统的结构和光束控制进行整体设计巧妙地解决了现有结构的各种不足。采取该系统，首先通过以定位座为安装基准，将各激光束振镜单元进行合理布局，然后在多光束分区动态分配单元的分区动态指令控制下，由各同转式反射镜模组在对应每一分区内无拼接和全面进行多束激光扫描加工，同时分区动态指令还能够根据激光工作组所处于激活工作状态下的数量实时进行调整，因此，与现有的结构相比，本发明一方面在同一分区中，由各激光束协同执行当前扫描任务，成形效率大大提高，而当某激光束失效时，可不停机自动切换扫描路径，自动重新规划，仅依靠一束激光，仍可完成全部扫描加工工作，大大增加了扫描加工过程的可靠性；另一方面执行多光束的分区智能动态再分配策略，在每一分区内无拼接地布置多束激光，因而分区间的拼接边界大大减少，有利于焊接成形精度和效率的提高。