激光扫描弧形柱面聚焦系统的研究
发布时间：2021-08-28 08:50
为了解决在柱面等曲面上激光打孔的问题和提高打孔成型效果,提出了一种扫描弧形柱面聚焦方案,系统将CO2激光器发射的脉冲激光调制后,入射到柱面聚焦镜压缩为线性光斑,之后经由旋转反射棱镜实现激光扫描,线性扫描光斑在经过弧形柱面聚焦镜后在曲面上聚焦为圆形光斑,实现了对光束的整形和曲面打孔。结果表明实现了在曲面上0.15mm大小的光斑,满足了包括烟支在内的工业生产需求,与传统的平面聚焦打孔方式相比本方案有更大的应用空间。
【文章来源】：激光与红外. 2020,50(09)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
激光打孔系统流程图
系统主要组成部分分别是光学聚焦和由高速旋转反射棱镜实现的光学扫描。光学聚焦部分主要是解决激光如何在柱面等曲面上聚焦的问题,其核心由柱面聚焦镜和弧形柱面聚焦镜组成,柱面聚焦镜将激光的圆形光斑聚焦成条形光斑,其目的是减小光斑面积和改变光斑形状以实现光斑在经过旋转反射棱镜时减少误差,与此同时因反射光斑变小,故旋转反射棱镜尺寸将得到很好地控制,这在对旋转反射棱镜实施高速控制时非常重要,弧形柱面聚焦镜是将经由前一个聚焦镜压缩后的条形光斑聚焦成圆形光斑以作用在香烟上实现打孔。光学扫描部分是由高速旋转反射棱镜实现,其由多个反射面构成,并由高速伺服控制系统带动,具有旋转速度快,反射范围广,跟踪精度高等特点,经过扫描的光束以不同角度入射至弧形柱面聚焦镜,在聚焦镜上形成规则的扫描像。激光打孔系统示意图如图2所示。3 扫描聚焦弧面打孔系统
在激光打孔的应用中,传统的聚焦方式由于无法在诸如柱面等曲面的物体上实现聚焦,故应用范围较窄,本文研究的曲面扫描聚焦方式创新的设计了一种曲面聚焦系统,激光光束在通过柱面聚焦镜1时将会被聚焦为线性光斑,线性光斑通过高速旋转棱镜和两块反射镜后垂直于弧形柱面聚焦镜2射入[7],如图3所示,并在经过聚焦镜2后,线性光斑聚焦为点光斑以实现对物体打孔。针对常用的烟支表面激光打孔的应用,我们给定了一些基本的参数,材料为ZnSe,其透光范围0.5～15 μm,由于其采用化学气相沉积(CVD)的合成方式故杂质吸收可以忽略不计,并且有很低的散射损失,与此同时其对激光的热冲击有很强的承受能力,故我们采用了其作为透镜材料[8]。弧形柱面聚焦镜与被打孔弧面的距离为50 mm,在XZ平面内,光束入射至弧面时为垂直入射。我们在软件里导入透镜进行仿真,选用了10.6 μm波长,8 mm直径的光斑模拟激光束,光线束为10000,辐照度126 W/m2,目标是实现在柱状物体弧形表面打出直径约为0.15 mm的双排孔。
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞秒激光加载下NiTi形状记忆合金热效应体系研究[J]. 李不同,叶霞,姚红兵,韦朋余,丛嘉伟,朱卫华. 稀有金属. 2020(04)
[2]材料表面形貌对激光冲击强化残余应力的影响[J]. 王成,王龙,李雪斌. 激光与红外. 2018(11)
[3]钛合金纳秒激光打孔数值模拟和实验研究[J]. 刘丹,孔德新,苗在强,张昕. 强激光与粒子束. 2018(06)
[4]应力水平下的激光冲击小孔构件疲劳扩展研究[J]. 姜银方,冯文龙,彭涛涛,李振,姜文帆. 激光与红外. 2017(10)
[5]多棱镜激光扫描非球面透镜聚焦系统研究[J]. 姚红兵,李亚茹,高原,于文龙. 电子科技. 2015(11)
[6]基于数字图像处理技术的树脂眼镜镜片缺陷检测研究[J]. 姚红兵,李良湾,平洁,顾寄南,马桂殿,曾祥波,郑学良. 应用光学. 2013(03)
本文编号：3368204
【文章来源】：激光与红外. 2020,50(09)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
激光打孔系统流程图
系统主要组成部分分别是光学聚焦和由高速旋转反射棱镜实现的光学扫描。光学聚焦部分主要是解决激光如何在柱面等曲面上聚焦的问题,其核心由柱面聚焦镜和弧形柱面聚焦镜组成,柱面聚焦镜将激光的圆形光斑聚焦成条形光斑,其目的是减小光斑面积和改变光斑形状以实现光斑在经过旋转反射棱镜时减少误差,与此同时因反射光斑变小,故旋转反射棱镜尺寸将得到很好地控制,这在对旋转反射棱镜实施高速控制时非常重要,弧形柱面聚焦镜是将经由前一个聚焦镜压缩后的条形光斑聚焦成圆形光斑以作用在香烟上实现打孔。光学扫描部分是由高速旋转反射棱镜实现,其由多个反射面构成,并由高速伺服控制系统带动,具有旋转速度快,反射范围广,跟踪精度高等特点,经过扫描的光束以不同角度入射至弧形柱面聚焦镜,在聚焦镜上形成规则的扫描像。激光打孔系统示意图如图2所示。3 扫描聚焦弧面打孔系统
在激光打孔的应用中,传统的聚焦方式由于无法在诸如柱面等曲面的物体上实现聚焦,故应用范围较窄,本文研究的曲面扫描聚焦方式创新的设计了一种曲面聚焦系统,激光光束在通过柱面聚焦镜1时将会被聚焦为线性光斑,线性光斑通过高速旋转棱镜和两块反射镜后垂直于弧形柱面聚焦镜2射入[7],如图3所示,并在经过聚焦镜2后,线性光斑聚焦为点光斑以实现对物体打孔。针对常用的烟支表面激光打孔的应用,我们给定了一些基本的参数,材料为ZnSe,其透光范围0.5～15 μm,由于其采用化学气相沉积(CVD)的合成方式故杂质吸收可以忽略不计,并且有很低的散射损失,与此同时其对激光的热冲击有很强的承受能力,故我们采用了其作为透镜材料[8]。弧形柱面聚焦镜与被打孔弧面的距离为50 mm,在XZ平面内,光束入射至弧面时为垂直入射。我们在软件里导入透镜进行仿真,选用了10.6 μm波长,8 mm直径的光斑模拟激光束,光线束为10000,辐照度126 W/m2,目标是实现在柱状物体弧形表面打出直径约为0.15 mm的双排孔。
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞秒激光加载下NiTi形状记忆合金热效应体系研究[J]. 李不同,叶霞,姚红兵,韦朋余,丛嘉伟,朱卫华. 稀有金属. 2020(04)
[2]材料表面形貌对激光冲击强化残余应力的影响[J]. 王成,王龙,李雪斌. 激光与红外. 2018(11)
[3]钛合金纳秒激光打孔数值模拟和实验研究[J]. 刘丹,孔德新,苗在强,张昕. 强激光与粒子束. 2018(06)
[4]应力水平下的激光冲击小孔构件疲劳扩展研究[J]. 姜银方,冯文龙,彭涛涛,李振,姜文帆. 激光与红外. 2017(10)
[5]多棱镜激光扫描非球面透镜聚焦系统研究[J]. 姚红兵,李亚茹,高原,于文龙. 电子科技. 2015(11)
[6]基于数字图像处理技术的树脂眼镜镜片缺陷检测研究[J]. 姚红兵,李良湾,平洁,顾寄南,马桂殿,曾祥波,郑学良. 应用光学. 2013(03)
本文编号：3368204
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