本實(shí)用新型涉及光能加工技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種光能加工裝置及其加工方法。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(jī)械加工或光機(jī)電加工一體化裝置,激光加工機(jī)械及裝置,光學(xué)零件加工領(lǐng)域。
背景技術(shù):
強(qiáng)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(huán)境污染,強(qiáng)光源能產(chǎn)品越來越多,太陽能路燈、太陽能交通信號燈、太陽能手機(jī)、太陽能充電器、太陽能遙控器、太陽能熱水器、太陽能電站等等,太陽能技術(shù)已經(jīng)從高科技領(lǐng)域進(jìn)入到人們的日常生活。
利用太陽能技術(shù)在金屬加工領(lǐng)域的應(yīng)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(lǐng)域的要求,另外,目前的光能加工轉(zhuǎn)置,只能適用于戶外加工,沒能對光能進(jìn)行傳輸再利用,使得光能切割的場所嚴(yán)重受限,難以進(jìn)一步普及。
以上背景技術(shù)內(nèi)容的公開僅用于輔助理解本實(shí)用新型的構(gòu)思及技術(shù)方案,其并不必然屬于本專利申請的現(xiàn)有技術(shù),在沒有明確的證據(jù)表明上述內(nèi)容在本專利申請的申請日已經(jīng)公開的情況下,上述背景技術(shù)不應(yīng)當(dāng)用于評價(jià)本申請的新穎性和創(chuàng)造性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型目的在于提出一種光能加工裝置,以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的溫度低、匯聚度以及光能傳輸再利用困難的技術(shù)問題。
為此,本實(shí)用新型提出一種光能加工裝置,所述光能模組包括采光機(jī)構(gòu)、聚光機(jī)構(gòu)和工作頭,所述采光機(jī)構(gòu)包括多個導(dǎo)光管,所述多個導(dǎo)光管包括管體,和設(shè)于所述管體采集端上由菲涅爾透鏡組成的采光透鏡組,用于收集光能,及設(shè)于所述管體內(nèi)部的傳輸透鏡組,用于改變光的傳輸方向,所述聚光機(jī)構(gòu)包括聚光本體和設(shè)于所述聚光本體中的聚光透鏡組,所述聚光機(jī)構(gòu)設(shè)于所述管體的輸出端下方,多個所述導(dǎo)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(dǎo)光管輸出的光進(jìn)行匯聚,所述工作頭設(shè)于所述聚光本體上。
優(yōu)選地,本實(shí)用新型還可以具有如下技術(shù)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(dǎo)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(dǎo)光管的輸出端的形狀為矩形、圓形或多邊形。
還包括激光模組,所述激光模組和所述光能模組設(shè)于轉(zhuǎn)換器上,用于光源條件不理想的情況下進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)換成光密度大的平行光送至導(dǎo)光管中。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果包括:本實(shí)用新型利用太陽能作為機(jī)械加工的能源,通過采集、傳輸、聚焦再利用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工地有效進(jìn)行,克服了現(xiàn)有的光能加工方法溫度、場地的限制;本實(shí)用新型的光能模組采用多個導(dǎo)光管進(jìn)行光能的收集,多個導(dǎo)光管戶外的一端設(shè)有采光透鏡組,另一端設(shè)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(jìn)行傳輸,傳輸透鏡組可將送入管體中的光能進(jìn)行換向,這樣,導(dǎo)光管可以根據(jù)室內(nèi)的結(jié)構(gòu)和戶外的設(shè)置位置以合理的曲度進(jìn)行設(shè)置,最終將多根導(dǎo)光管匯聚至聚光機(jī)構(gòu)上方,實(shí)現(xiàn)光能的傳輸,聚光機(jī)構(gòu)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(shí)現(xiàn)采集到的光能的聚焦再利用;通過多根導(dǎo)光管進(jìn)行光能的采集,最終匯聚在聚光機(jī)構(gòu)上,確保了足夠的入光量,使得經(jīng)聚光機(jī)構(gòu)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(jī)械加工或金屬加工的要求。
此外,由于本實(shí)用新型在采集、傳輸、聚焦再利用的過程中,通過多次聚焦讓光斑達(dá)到應(yīng)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(jìn)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(zhuǎn)換成光密度大的平行光送至導(dǎo)光管中,送入管體中的光為經(jīng)過一次匯聚采集的平行光,光斑大小適應(yīng)管口的大?。辉谳敵龆?,通過聚光透鏡組的第一聚光透鏡對光能進(jìn)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(jìn)行二次聚光,此時的光斑大小可以用于加工生產(chǎn),第一次聚光可以獲得φ100mm的光斑,經(jīng)第二次聚光后可以獲得φ0.0001~φ1mm的光斑。
進(jìn)一步的,結(jié)合轉(zhuǎn)換器和激光模組可以彌補(bǔ)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(jìn)行加工工作。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式一的光能加工裝置整體示意圖。
圖2是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式一的采光機(jī)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式一的導(dǎo)光管示意圖。
圖4是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式一的聚光機(jī)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式二的工作頭切割工件示意圖。
圖6是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式二的流程圖。
1-導(dǎo)光管,2-聚光機(jī)構(gòu),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(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式并對照附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,下述說明僅僅是示例性的,而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。
參照以下附圖1-6,將描述非限制性和非排他性的實(shí)施例,其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件,除非另外特別說明。
實(shí)施例一:
本實(shí)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(jī)構(gòu)、聚光機(jī)構(gòu)2和工作頭3,所述采光機(jī)構(gòu)包括多個導(dǎo)光管1,所述多個導(dǎo)光管1包括管體7,和設(shè)于所述管體7的采集端4上由菲涅爾透鏡組成的采光透鏡組,用于收集光能,及設(shè)于所述管體內(nèi)部的傳輸透鏡組8,用于改變光的傳輸方向,所述聚光機(jī)構(gòu)2包括聚光本體12和設(shè)于所述聚光本體12中的聚光透鏡組,所述聚光機(jī)構(gòu)2設(shè)于所述管體7的輸出端9下方,多個所述導(dǎo)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(dǎo)光管1輸出的光進(jìn)行匯聚,所述工作頭3設(shè)于所述聚光本體12上,采光透鏡組由菲涅爾透鏡組成,相比于普通的透鏡而言,菲涅爾透鏡具有比常規(guī)凸透鏡體積更小,重量小,且加工成本小,比較容易獲得直徑比較大的透鏡,提高采光的入光量。
本實(shí)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(jìn)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(zhuǎn)換成光密度大的平行光送至導(dǎo)光管1中。
本實(shí)施例中,為了做到多次聚光,可以在傳輸透鏡組8再增設(shè)聚光鏡,如圖3所示,在導(dǎo)光管內(nèi)部設(shè)有用于將導(dǎo)光管中的光進(jìn)行聚光的第一管道透鏡16,和用于將聚光后的光源轉(zhuǎn)換成平行光的第二管道透鏡17,由此將獲得的光斑進(jìn)一步縮小,以滿足加工的要求。
為了更好的聚光,多個所述導(dǎo)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(shí)施例中,所述導(dǎo)光管1的輸出端9的形狀為矩形,優(yōu)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(dāng)然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以根據(jù)實(shí)際的情況設(shè)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(guī)凸透鏡體積更小,重量小,且加工成本小,并能獲得比常規(guī)凸透鏡更強(qiáng)的聚光能力。
本實(shí)施例,優(yōu)選地,還包括激光模組,所述激光模組和所述光能模組設(shè)于轉(zhuǎn)換器上,用于光源條件不理想的情況下進(jìn)行加工工作。
利用本裝置進(jìn)行光能加工時,加工設(shè)備可設(shè)置在室內(nèi),采光機(jī)構(gòu)設(shè)在室外的,可以為房頂或其他地方,通過在戶外設(shè)置多個導(dǎo)光管1,來采集太陽光,可以保證足夠的入光量,進(jìn)而達(dá)到應(yīng)有的加工溫度,導(dǎo)光管1可以任意設(shè)置,通過傳輸透鏡組8進(jìn)行平行光的傳輸,最終匯聚在聚光機(jī)構(gòu)2上,用于加工,實(shí)現(xiàn)了光能的傳輸,本實(shí)施例中傳輸透鏡組8為多個設(shè)于管體7中的多個反射鏡,通過該反射鏡進(jìn)行光的換向、切換。
多次聚光后可以獲得φ0.0001-φ1mm的光斑,以實(shí)現(xiàn)利用光能進(jìn)行機(jī)械或金屬加工,利用太陽能作為機(jī)械加工的能源,能降低加工成本,提高加工精度。
實(shí)施例二:
本實(shí)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(jìn)行光能加工,如圖6所示,包括以下步驟:
S1、采光機(jī)構(gòu)采集光能,并對光能進(jìn)行匯聚和轉(zhuǎn)換,將采集的光能傳輸至導(dǎo)光管的采集端中;
S2、通過導(dǎo)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(dǎo)光管將輸出至管口10的多個光斑垂直投射于所述聚光機(jī)構(gòu)的聚光透鏡組上,通過所述聚光透鏡組將多個光斑進(jìn)行聚焦,于聚光本體中形成焦點(diǎn);
S4、形成焦點(diǎn)的光斑從工作頭輸出,用于加工。
優(yōu)選地,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況增加激光模組,以彌補(bǔ)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(yùn)用激光模組進(jìn)行加工工作,通過轉(zhuǎn)換器進(jìn)行光能模組和激光模組的切換。
本實(shí)施例中,在步驟S1中:通過主采光鏡進(jìn)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(zhuǎn)換成光密度大的平行光送至導(dǎo)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(jìn)行一次聚光,通過第二聚光透鏡對光能進(jìn)行二次聚光。
本實(shí)施例利用太陽能作為機(jī)械加工的能源,通過采集、傳輸、聚焦再利用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工地有效進(jìn)行,克服了現(xiàn)有的光能加工方法溫度、場地的限制;本實(shí)施例的光能模組采用多個導(dǎo)光管進(jìn)行光能的收集,多個導(dǎo)光管戶外的一端設(shè)有采光透鏡組,另一端設(shè)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(jìn)行傳輸,傳輸透鏡組可將送入管體中的光能進(jìn)行換向,這樣,導(dǎo)光管可以根據(jù)室內(nèi)的結(jié)構(gòu)和戶外的設(shè)置位置以合理的曲度進(jìn)行設(shè)置,最終將多根導(dǎo)光管匯聚至聚光機(jī)構(gòu)上方,實(shí)現(xiàn)光能的傳輸,聚光機(jī)構(gòu)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(shí)現(xiàn)采集到的光能的聚焦再利用;通過多根導(dǎo)光管進(jìn)行光能的采集,最終匯聚在聚光機(jī)構(gòu)上,確保了足夠的入光量,使得經(jīng)聚光機(jī)構(gòu)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(jī)械加工或金屬加工的要求。
此外,由于本實(shí)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(dá)到應(yīng)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(jìn)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(zhuǎn)換成光密度大的平行光送至導(dǎo)光管中,送入管體中的光為經(jīng)過一次匯聚采集的平行光,光斑大小適應(yīng)管口的大?。辉谳敵龆?,通過聚光透鏡組的第一聚光透鏡對光能進(jìn)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(jìn)行二次聚光,此時的光斑大小可以用于加工生產(chǎn),第一次聚光可以獲得φ100mm的光斑,經(jīng)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(jìn)行加工的示意圖。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到,對以上描述做出眾多變通是可能的,所以實(shí)施例和附圖僅是用來描述一個或多個特定實(shí)施方式。
盡管已經(jīng)描述和敘述了被看作本實(shí)用新型的示范實(shí)施例,本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白,可以對其作出各種改變和替換,而不會脫離本實(shí)用新型的精神。另外,可以做出許多修改以將特定情況適配到本實(shí)用新型的教義,而不會脫離在此描述的本實(shí)用新型中心概念。所以,本實(shí)用新型不受限于在此披露的特定實(shí)施例,但本實(shí)用新型可能還包括屬于本實(shí)用新型范圍的所有實(shí)施例及其等同物。