一種光能加工裝置及其加工方法與流程

本發明涉及光能加工技術領域，特別是涉及一種光能加工裝置及其加工方法。適用于自動化控制精密機械加工或光機電加工一體化裝置，激光加工機械及裝置，光學零件加工領域。

背景技術：

強光源能(自然光)是一種清潔能源，取之不盡、用之不竭，也不會造成環境污染，強光源能產品越來越多，強光源能路燈、強光源能交通信號燈、強光源能手機、強光源能充電器、強光源能遙控器、強光源能熱水器、強光源能電站等等，強光源能技術已經從高科技領域進入到人們的日常生活。

利用強光源能技術在金屬加工領域的應用還很少，主要受限于所述光能的采集、傳輸以及匯聚加工等方面，所獲得的光斑溫度低，匯聚度不夠，所以還不能滿足金屬加工領域的要求，另外，目前的光能加工轉置，只能適用于戶外加工，沒能對光能進行傳輸再利用，使得光能切割的場所嚴重受限，難以進一步普及。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的發明構思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本申請的新穎性和創造性。

技術實現要素：

本發明主要目的在于提出一種光能加工裝置及其加工方法，以解決上述現有技術存在的溫度低、匯聚度以及光能傳輸再利用困難的技術問題。

為此，本發明提出一種光能加工裝置，包括光能模組，所述光能模組包括采光機構、聚光機構和工作頭，所述采光機構包括多個導光管，所述多個導光管包括管體，和設于所述管體上的采光透鏡組及傳輸透鏡組，所述采光透鏡組設于所述管體的采集端，用于收集光能，所述傳輸透鏡組設于所述管體內部，用于改變光的傳輸方向，所述聚光機構包括聚光本體和設于所述聚光本體中的聚光透鏡組，所述聚光機構設于所述管體的輸出端下方，多個所述導光管的輸出端垂直地均勻陣列排布在所述聚光透鏡組的上方，用于將多個所述導光管輸出的光進行匯聚，所述工作頭設于所述聚光本體上。

優選地，本發明還可以具有如下技術特征：

所述聚光透鏡組包括第一聚光透鏡和第二聚光透鏡，所述第一聚光透鏡用于一次聚光，所述第二聚光透鏡用于二次聚光。

所述第一聚光透鏡為菲涅爾透鏡。

多個所述導光管的輸出端于所述聚光透鏡組的上方均勻陣列排列成圓形。

所述導光管的輸出端的形狀為矩形、圓形或多邊形。

還包括光源模組，所述光源模組和所述光能模組設于轉換器上，用于光源條件不理想的情況下進行加工工作。

所述采光透鏡組包括主采光鏡和次采光鏡，所述主采光鏡進行光能的一次匯聚采集，所述次采光鏡將所述一次匯聚采集的光轉換成光密度大的平行光送至導光管中。

此外，本發明還提出了一種光能加工方法，利用上述的光能加工裝置進行光能加工，包括以下步驟：

S1、采光機構采集光能，并對光能進行匯聚和轉換，將采集的光能傳輸至導光管的采集端中；

S2、通過導光管中的傳輸透鏡組將光能在管體中傳輸至輸出端的管口，投射出光斑；

S3、多個均勻陣列排布的導光管將輸出至管口的多個光斑垂直投射于所述聚光機構的聚光透鏡組上，通過所述聚光透鏡組將多個光斑進行聚焦，于聚光本體中形成焦點；

S4、形成焦點的光斑從工作頭輸出，用于加工。

優選地，本發明提出的方法還可包括以下技術特征：

該方法還包括于光源條件不理想的情況下運用光源模組進行加工工作，通過轉換器進行光能模組和光源模組的切換。

在步驟S1中：通過主采光鏡進行光能的一次匯聚采集，通過次采光鏡對一次匯聚采集的光轉換成光密度大的平行光送至導光管中；在步驟S3中：通過聚光透鏡組的第一聚光透鏡對光能進行一次聚光，通過第二聚光透鏡對光能進行二次聚光。

本發明與現有技術對比的有益效果包括：本發明利用強光源能作為機械加工的能源，通過采集、傳輸、聚焦再利用以實現機械加工地有效進行，克服了現有的光能加工方法溫度、場地的限制；本發明的光能模組采用多個導光管進行光能的收集，多個導光管戶外的一端設有采光透鏡組，另一端設有聚光透鏡組，光能通過采光透鏡組采集到，然后通過管體中多個傳輸透鏡組進行傳輸，傳輸透鏡組可將送入管體中的光能進行換向，這樣，導光管可以根據室內的結構和戶外的設置位置以合理的曲度進行設置，最終將多根導光管匯聚至聚光機構上方，實現光能的傳輸，聚光機構上方的輸出端垂直地均勻陣列排布，以將各管口輸出的光斑均勻地投影于聚光透鏡組上，通過聚光透鏡組實現采集到的光能的聚焦再利用；通過多根導光管進行光能的采集，最終匯聚在聚光機構上，確保了足夠的入光量，使得經聚光機構聚光后的光斑光密度大大提高，以使加工光斑的溫度大幅提高，滿足機械加工或金屬加工的要求。

此外，由于本發明在采集、傳輸、聚焦再利用的過程中，通過多次聚焦讓光斑達到應有的匯聚度，在采集端，采光透鏡組包括主采光鏡和次采光鏡，通過主采光鏡進行光能的一次匯聚采集，通過次采光鏡對一次匯聚采集的光轉換成光密度大的平行光送至導光管中，送入管體中的光為經過一次匯聚采集的平行光，光斑大小適應管口的大小；在輸出端，通過聚光透鏡組的第一聚光透鏡對光能進行一次聚光，此時獲得光斑比一次匯聚采集后的平行光光斑更小，通過第二聚光透鏡對光能進行二次聚光，此時的光斑大小可以用于加工生產，第一次聚光可以獲得φ1～100mm的光斑，經第二次聚光后可以獲得φ0.0001～φ1mm的光斑。

進一步的，結合轉換器和光源模組可以彌補加工裝置依賴天氣的弊端，可用于光源條件不理想的情況下進行加工工作。

附圖說明

圖1是本發明具體實施方式一的光能加工裝置整體示意圖。

圖2是本發明具體實施方式一的采光機構示意圖。

圖3是本發明具體實施方式一的導光管示意圖。

圖4是本發明具體實施方式一的聚光機構示意圖。

圖5是本發明具體實施方式二的工作頭切割工件示意圖。

圖6是本發明具體實施方式二的流程圖。

1-導光管，2-聚光機構，3-工作頭，4-采集端，5-主采光鏡，6-次采光鏡，7-管體，8-傳輸透鏡組，9-輸出端，10-管口，11-光斑，12-聚光本體，13-第二聚光透鏡，14-第一聚光透鏡，15-工件，16-第一管道透鏡，17-第二管道透鏡。

具體實施方式

下面結合具體實施方式并對照附圖對本發明作進一步詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。

參照以下附圖1-6，將描述非限制性和非排他性的實施例，其中相同的附圖標記表示相同的部件，除非另外特別說明。

實施例一：

本實施例提出一種光能加工裝置，包括光能模組，所述光能模組包括采光機構、聚光機構2和工作頭3，所述采光機構包括多個導光管1，所述多個導光管1包括管體7，和設于所述管體7上的采光透鏡組及傳輸透鏡組8，所述采光透鏡組設于所述管體7的采集端4，用于收集光能，所述傳輸透鏡組8設于所述管體7內部，用于改變光的傳輸方向，所述聚光機構2包括聚光本體12和設于所述聚光本體12中的聚光透鏡組，所述聚光機構2設于所述管體7的輸出端9下方，多個所述導光管1的輸出端9垂直地均勻陣列排布在所述聚光透鏡組的上方，用于將多個所述導光管1輸出的光進行匯聚，所述工作頭3設于所述聚光本體12上。

本實施例中具體的為，所述聚光透鏡組包括第一聚光透鏡14和第二聚光透鏡13，所述第一聚光透鏡14用于一次聚光，所述第二聚光透鏡13用于二次聚光。所述采光透鏡組包括主采光鏡5和次采光鏡6，所述主采光鏡5進行光能的一次匯聚采集，所述次采光鏡6將所述一次匯聚采集的光轉換成光密度大的平行光送至導光管1中。

本實施例中，為了做到多次聚光，可以在傳輸透鏡組8再增設聚光鏡，如圖3所示，在導光管內部設有用于將導光管中的光進行聚光的第一管道透鏡16，和用于將聚光后的光源轉換成平行光的第二管道透鏡17，由此將獲得的光斑進一步縮小，以滿足加工的要求。

為了更好的聚光，多個所述導光管1的輸出端9于所述聚光透鏡組的上方均勻陣列排列成圓形，本實施例中，所述導光管1的輸出端9的形狀為矩形，優選為矩形能夠在第一聚光透鏡14獲得更為均勻的光斑11，當然，本領域的技術人員還可以根據實際的情況設置其他形狀，例如圓形或其他多邊形等。

所述第一聚光透鏡14為菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡具有比常規凸透鏡體積更小，重量小，且加工成本小，并能獲得比常規凸透鏡更強的聚光能力。

本實施例，優選地，還包括光源模組，所述光源模組和所述光能模組設于轉換器上，用于光源條件不理想的情況下進行加工工作。

利用本裝置進行光能加工時，加工設備可設置在室內，采光機構設在室外的，可以為房頂或其他地方，通過在戶外設置多個導光管1，來采集強光源光，可以保證足夠的入光量，進而達到應有的加工溫度，導光管1可以任意設置，通過傳輸透鏡組8進行平行光的傳輸，最終匯聚在聚光機構2上，用于加工，實現了光能的傳輸，本實施例中傳輸透鏡組8為多個設于管體7中的多個反射鏡，通過該反射鏡進行光的換向、切換。

多次聚光后可以獲得φ0.0001-φ1mm的光斑，以實現利用光能進行機械或金屬加工，利用強光源能作為機械加工的能源，能降低加工成本，提高加工精度。

實施例二：

本實施例提出了一種光能加工方法，利用上述的光能加工裝置進行光能加工，如圖6所示，包括以下步驟：

S1、采光機構采集光能，并對光能進行匯聚和轉換，將采集的光能傳輸至導光管的采集端中；

S2、通過導光管中的傳輸透鏡組將光能在管體中傳輸至輸出端的管口10，投射出光斑；

S3、多個均勻陣列排布的導光管將輸出至管口10的多個光斑垂直投射于所述聚光機構的聚光透鏡組上，通過所述聚光透鏡組將多個光斑進行聚焦，于聚光本體中形成焦點；

S4、形成焦點的光斑從工作頭輸出，用于加工。

優選地，本領域的技術人員可以根據實際情況增加光源模組，以彌補光能加工受天氣影響較大的弊端，該方法還包括于光源條件不理想的情況下運用光源模組進行加工工作，通過轉換器進行光能模組和光源模組的切換。

本實施例中，在步驟S1中：通過主采光鏡進行光能的一次匯聚采集，通過次采光鏡對一次匯聚采集的光轉換成光密度大的平行光送至導光管中；在步驟S3中：通過聚光透鏡組的第一聚光透鏡對光能進行一次聚光，通過第二聚光透鏡對光能進行二次聚光。

本實施例利用強光源能作為機械加工的能源，通過采集、傳輸、聚焦再利用以實現機械加工地有效進行，克服了現有的光能加工方法溫度、場地的限制；本實施例的光能模組采用多個導光管進行光能的收集，多個導光管戶外的一端設有采光透鏡組，另一端設有聚光透鏡組，光能通過采光透鏡組采集到，然后通過管體中多個傳輸透鏡組進行傳輸，傳輸透鏡組可將送入管體中的光能進行換向，這樣，導光管可以根據室內的結構和戶外的設置位置以合理的曲度進行設置，最終將多根導光管匯聚至聚光機構上方，實現光能的傳輸，聚光機構上方的輸出端垂直地均勻陣列排布，以將各管口輸出的光斑均勻地投影于聚光透鏡組上，通過聚光透鏡組實現采集到的光能的聚焦再利用；通過多根導光管進行光能的采集，最終匯聚在聚光機構上，確保了足夠的入光量，使得經聚光機構聚光后的光斑光密度大大提高，以使加工光斑的溫度大幅提高，滿足機械加工或金屬加工的要求。

此外，由于本實施例在采集、傳輸、聚焦再利用的過程中，通過多次聚焦讓光斑達到應有的匯聚度，在采集端，采光透鏡組包括主采光鏡和次采光鏡，通過主采光鏡進行光能的一次匯聚采集，通過次采光鏡對一次匯聚采集的光轉換成光密度大的平行光送至導光管中，送入管體中的光為經過一次匯聚采集的平行光，光斑大小適應管口的大小；在輸出端，通過聚光透鏡組的第一聚光透鏡對光能進行一次聚光，此時獲得光斑比一次匯聚采集后的平行光光斑更小，通過第二聚光透鏡對光能進行二次聚光，此時的光斑大小可以用于加工生產，第一次聚光可以獲得φ1～100mm的光斑，經第二次聚光后可以獲得φ0.0001～φ1mm的光斑，如圖5所示，為工作頭對工件進行加工的示意圖。

進一步的，結合轉換器和光源模組可以彌補加工裝置依賴天氣的弊端，可用于光源條件不理想的情況下進行加工工作。

本領域技術人員將認識到，對以上描述做出眾多變通是可能的，所以實施例僅是用來描述一個或多個特定實施方式。

盡管已經描述和敘述了被看作本發明的示范實施例，本領域技術人員將會明白，可以對其作出各種改變和替換，而不會脫離本發明的精神。另外，可以做出許多修改以將特定情況適配到本發明的教義，而不會脫離在此描述的本發明中心概念。所以，本發明不受限于在此披露的特定實施例，但本發明可能還包括屬于本發明范圍的所有實施例及其等同物。