【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及激光加工領(lǐng)域，尤其是涉及一種光斑整形勻化鏡，此外，本申請還涉及一種激光加工設(shè)備。
技術(shù)介紹
1、激光加工是一種無接觸加工，是指根據(jù)待加工材料的特征，利用激光束照射到待加工材料上，形成高功率密度的激光光斑，對待加工材料進行如切割、表面處理、焊接、打標(biāo)和打孔等加工操作的加工方式。激光加工具有不需要額外的工具、加工速度快、表面變形小，可加工材料種類多等優(yōu)點，在材料加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
2、激光光束中的能量通常呈高斯分布，即激光束中部的能量密度較高，邊緣部分的能量密度較低，容易導(dǎo)致激光束照射到材料上形成的光斑的邊緣部分能量達不到材料的加工閾值，影響激光束的加工效果，為此，通常需要對在激光束進行勻化整形。根據(jù)勻化原理的不同，目前的激光光斑勻化方案通常包括微透鏡陣列、空間光調(diào)制器、非球面透鏡組、衍射光學(xué)元件、反射式陣列積分鏡等幾種不同類型。
3、現(xiàn)有的反射式陣列積分鏡多采用銅基體加工形成，在反射面的背面設(shè)置水冷通路進行冷卻，可在高功率激光系統(tǒng)中應(yīng)用。傳統(tǒng)的反射式積分鏡只能實現(xiàn)一個方向能量均勻分布，在另外一個方向上能量仍呈高斯分布，在能量呈高斯分布方向上均勻度受光源和準(zhǔn)直條件影響非常大，激光的有效利用率較低。美國貳陸公司推出了反射式陣列積分鏡，可以解決兩個方向的勻化問題，但該反射式陣列積分鏡的反射面為自由曲面，對加工設(shè)備的要求很高，且加工速度較慢，加工效率低，加工成本高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了保證光斑在兩個維度上的均化效果，方便反射鏡面的加工，本申請?zhí)峁┮?span style='display:none'>種光斑整形勻化鏡及激光加工設(shè)備。
2、本申請?zhí)峁┑墓獍哒蝿蚧R采用如下的技術(shù)方案：
3、一種光斑整形勻化鏡，包括鏡體和設(shè)置在所述鏡體一端的反射鏡面，所述反射鏡面朝向與所述鏡體中心線垂直的z方向傾斜，所述反射鏡面與垂直于z方向的平面的交線形成第一交線，與平行于z方向的平面的交線形成第二交線，所述反射鏡面包括由多個沿所述第一交線和第二交線排列的子鏡面組成的二維鏡面陣列，多個所述子鏡面在所述第一交線上排列成內(nèi)凹圓弧，在所述第二交線上排列成內(nèi)凹拋物線。
4、通過采用上述技術(shù)方案，利用多個沿垂直于z方向的方向和平行于z方向的方向上排列的子鏡面陣列，能夠形成由多個子鏡面組成的反射鏡面，通過位于反射鏡面上不同位置的子鏡面將激光束不同位置的光線反射聚集到相同的位置，在相同的位置進行疊加和積分。由于照射到反射鏡面上的激光在每個較小局部上分別較為均勻，且激光光斑由多個相互垂直的兩個維度上不同部位的激光積分而成，激光光斑在兩個維度上得到了勻化，激光光斑中的能量分布更加均勻；利用多個子鏡面在第一交線上排列成內(nèi)凹圓弧，在第二交線上排列成內(nèi)凹拋物線的設(shè)置，能夠在兩個相互垂直的方向上對激光光斑進行匯聚，形成了激光光斑在兩個相互垂直的方向上的整形和勻化；利用設(shè)置在反射鏡面上的多個子鏡面，將對較大面積的反射鏡面的加工和控制轉(zhuǎn)化為對多個面積較小的子鏡面的加工和控制，相比于將反射鏡面加工為自由曲面，對規(guī)則的子鏡面的加工更為簡單，便于通過子鏡面控制所形成的激光光斑的形狀。
5、在一個具體的可實施方案中，所述子鏡面在所述第一交線上的部分形成直線段，在所述第二交線上的部分形成外凸拋物線段。
6、通過采用上述技術(shù)方案，在第一交線上為直線形、在第二交線上為外凸拋物線形的子鏡面，能夠在兩個相互垂直的維度上對激光束進行整形和勻化的同時，使得子鏡面的加工更加方便，有利于提高整個反射鏡面加工的便利性。
7、在一個具體的可實施方案中，所述直線段的兩個端點均在所述內(nèi)凹圓弧上。
8、通過采用上述技術(shù)方案，利用直線段的兩個端點位于內(nèi)凹圓弧面上的設(shè)置，有利于控制子鏡面在第一交線上的傾斜位置，從而控制激光光斑的匯聚位置。
9、在一個具體的可實施方案中，在所述反射鏡面上，由所述第一交線的中部至兩側(cè)邊緣，所述子鏡面形成的所述直線段的長度逐漸增大。
10、通過采用上述技術(shù)方案，利用由第一交線的中部至兩側(cè)邊緣子鏡面形成的直線段逐漸變長的設(shè)置，能夠使得在第一交線上所有子鏡面形成的直線段在垂直于鏡體中心線的平面上的投影長度相同，從而使得各個子鏡面反射激光光線所形成的激光光斑的寬度相同，有利于形成兩側(cè)邊緣能量陡峭下降的激光光斑。
11、在一個具體的可實施方案中，所述外凸拋物線段的兩個端點均在所述內(nèi)凹拋物線上。
12、通過采用上述技術(shù)方案，利用外凸拋物線段的兩個端點在內(nèi)凹拋物線上的設(shè)置，邊緣控制子鏡面在第二交線上的朝向，有利于控制鏡體中心線方向上的位置。
13、在一個具體的可實施方案中，在同一個所述第二交線上，不同的所述外凸拋物線段的焦距沿所述z方向延伸的趨勢逐漸減小，在不同的所述第二交線上對應(yīng)的所述外凸拋物線段的焦距相等。
14、通過采用上述技術(shù)方案，利用同一第二交線上多個子鏡面形成的外凸拋物線段的焦距在z方向趨勢上逐步減小、不同第二交線上對應(yīng)位置子鏡面形成的外凸拋物線段焦距相等的設(shè)置，能夠使得第二交線上不同子鏡面反射沿鏡體中心線方向投射的平行光線所形成的光斑的長度相同，有利于形成相應(yīng)兩側(cè)邊緣能量陡峭下降的激光光斑。
15、在一個具體的可實施方案中，在所述第二交線上，不同所述外凸拋物線段的長度沿所述z方向延伸的趨勢逐漸減小，在不同的所述第二交線上對應(yīng)的所述外凸拋物線段的長度相等。
16、通過采用上述技術(shù)方案，利用第二交線上不同外凸拋物線段的長度在z方向趨勢上逐漸減小、不同第二交線上對應(yīng)外凸拋物線段長度相等的設(shè)置，能夠使得不同子鏡面在垂直于鏡體中心線的平面上的投影在第二交線方向上的長度相同，使得不同子鏡面所反射的激光輻照相同。
17、在一個具體的可實施方案中，所述外凸拋物線段的對稱軸均平行于所述外凸拋物線段的弦。
18、通過采用上述技術(shù)方案，利用外凸拋物線段對稱軸平行于外凸拋物線段的弦的設(shè)置，能夠使得照射在子鏡面上的激光經(jīng)外凸拋物線段的反射后，在向內(nèi)凹拋物線的焦點方向匯聚的同時，向該焦點的兩側(cè)均勻擴散，在鏡體中心線方向上對激光束的反射光線進行整形，有利于提高激光光斑的均勻性。
19、在一個具體的可實施方案中，所述內(nèi)凹圓弧的半徑與所述內(nèi)凹拋物線的焦距相等。
20、通過采用上述技術(shù)方案，利用內(nèi)凹圓弧的半徑與內(nèi)凹拋物線的焦距相等的設(shè)置，能夠使得反射鏡面反射的激光束在相互垂直的兩個方向上匯聚度相同，有利于在調(diào)節(jié)激光光斑大小的同時，保持激光光斑的形狀不變。
21、本申請?zhí)峁┑募す饧庸ぴO(shè)備采用任一種本申請所提供的光斑整形勻化鏡，能夠在兩個相互垂直的維度上對激光束照射形成的激光光斑進行整形和勻化，提高光斑中能量分布的均勻性，而且降低了對子鏡面形狀要求，簡化了反射鏡面的加工，在保證光斑整形勻化效果的同時，極大地降低了加工成本。
22、綜上所述，本申請包括以下至少一種有益技術(shù)效果：
23、1.通過多個陣列狀排列的子鏡面組合形成反射鏡面，利用相對簡單的多個子鏡面對激光束的不本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種光斑整形勻化鏡，包括鏡體（1）和設(shè)置在所述鏡體（1）一端的反射鏡面（2），所述反射鏡面（2）朝向與所述鏡體（1）中心線垂直的Z方向傾斜，所述反射鏡面（2）與垂直于Z方向的平面的交線形成第一交線（21），與平行于Z方向的平面的交線形成第二交線（22），其特征在于：所述反射鏡面（2）包括由多個沿所述第一交線（21）和第二交線（22）排列的子鏡面（201）組成的二維鏡面陣列，多個所述子鏡面（201）在所述第一交線（21）上排列成內(nèi)凹圓弧（211），在所述第二交線（22）上排列成內(nèi)凹拋物線（221）。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：所述子鏡面（201）在所述第一交線（21）上的部分形成直線段（212），在所述第二交線（22）上的部分形成外凸拋物線段（222）。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：所述直線段（212）的兩個端點均在所述內(nèi)凹圓弧（211）上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：在所述反射鏡面（2）上，由所述第一交線（21）的中部至兩側(cè)邊緣，所述子鏡面（201）形成的所述直線段
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：所述外凸拋物線段（222）的兩個端點均在所述內(nèi)凹拋物線（221）上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：在同一個所述第二交線（22）上，不同的所述外凸拋物線段（222）的焦距沿所述Z方向延伸的趨勢逐漸減小，在不同的所述第二交線（22）上對應(yīng)的所述外凸拋物線段（222）的焦距相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：在所述第二交線（22）上，不同所述外凸拋物線段（222）的長度沿所述Z方向延伸的趨勢逐漸減小，在不同的所述第二交線（22）上對應(yīng)的所述外凸拋物線段（222）的長度相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：所述外凸拋物線段（222）的對稱軸均平行于所述外凸拋物線段（222）的弦。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：所述內(nèi)凹圓弧（211）的半徑與所述內(nèi)凹拋物線（221）的焦距相等。
10.一種激光加工設(shè)備，其特征在于：包括根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的光斑整形勻化鏡。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種光斑整形勻化鏡，包括鏡體（1）和設(shè)置在所述鏡體（1）一端的反射鏡面（2），所述反射鏡面（2）朝向與所述鏡體（1）中心線垂直的z方向傾斜，所述反射鏡面（2）與垂直于z方向的平面的交線形成第一交線（21），與平行于z方向的平面的交線形成第二交線（22），其特征在于：所述反射鏡面（2）包括由多個沿所述第一交線（21）和第二交線（22）排列的子鏡面（201）組成的二維鏡面陣列，多個所述子鏡面（201）在所述第一交線（21）上排列成內(nèi)凹圓弧（211），在所述第二交線（22）上排列成內(nèi)凹拋物線（221）。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：所述子鏡面（201）在所述第一交線（21）上的部分形成直線段（212），在所述第二交線（22）上的部分形成外凸拋物線段（222）。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：所述直線段（212）的兩個端點均在所述內(nèi)凹圓弧（211）上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光斑整形勻化鏡，其特征在于：在所述反射鏡面（2）上，由所述第一交線（21）的中部至兩側(cè)邊緣，所述子鏡面（201）形成的所述直線段（212）的長...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：毛玉林，黃河，蔡國雙，齊歡，
申請(專利權(quán))人：南京輝銳光電科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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