【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請屬于激光切割，具體涉及一種用于激光切割的折衍射式光場調(diào)控系統(tǒng)及調(diào)控方法。
技術(shù)介紹
1、激光切割作為一種非接觸式熱加工方式，憑著獨(dú)特的非接觸式、切割速度、切割質(zhì)量等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、航空、電子、家居建材等行業(yè)。光纖激光器搭配激光切割頭在板材切割具有切割速度快，切割精準(zhǔn)等優(yōu)勢。激光頭作為激光切割的核心器件，其傳統(tǒng)光路主要為準(zhǔn)直鏡對激光器出射的激光先進(jìn)行準(zhǔn)直，然后聚焦鏡再聚焦，實現(xiàn)對光束的整形，所以切割頭光路對最終的切割效果有著至關(guān)重要的影響。
2、隨著行業(yè)發(fā)展需求，對于薄板切割速度的需求量增大，使用高亮度激光器搭配傳統(tǒng)光路的切割頭，可以提升薄板切割速度，因此成為行業(yè)趨勢。但是高亮度激光器因為光斑過細(xì)，對于厚板切割優(yōu)勢不明顯，切割效果不佳。
3、現(xiàn)有技術(shù)中，高亮度激光切割器無法同時滿足薄板切割和厚板切割的速度及質(zhì)量需求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請?zhí)峁┝艘环N用于激光切割的折衍射式光場調(diào)控系統(tǒng)及調(diào)控方法，解決了現(xiàn)有高亮度激光切割器無法同時兼具良好的薄板切割與厚板切割效果，易導(dǎo)致厚板切割質(zhì)量不佳的問題。
2、本申請所采用的技術(shù)方案為：
3、一種用于激光切割的折衍射式光場調(diào)控系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的：
4、光源，所述光源用于產(chǎn)生高功率高斯光束；
5、上保護(hù)鏡，用于保護(hù)主光路；
6、準(zhǔn)直鏡，所述準(zhǔn)直鏡用于將所述高功率高斯光束準(zhǔn)直為平行高斯光束，
7、折衍射調(diào)控鏡，所述折衍射調(diào)控鏡用于將所述平
8、下保護(hù)鏡，用于保護(hù)主光路。
9、作為優(yōu)選地實施例，所述折衍射調(diào)控鏡的兩面分別設(shè)置折射調(diào)控面和衍射調(diào)控面，所述折射調(diào)控面朝向所述準(zhǔn)直鏡，所述衍射調(diào)控面朝向所述下保護(hù)鏡。
10、本方案還包括一種折衍射式光場調(diào)控方法，應(yīng)用于如上述所述的光場調(diào)控系統(tǒng)，所述方法包括：
11、(1)設(shè)定所述準(zhǔn)直鏡的焦距為f1，所述折衍射調(diào)控鏡的焦距為f2，距離所述準(zhǔn)直鏡左側(cè)f1處的位置為前焦點(diǎn)，距離所述折衍射調(diào)控鏡右側(cè)f2處的位置為后焦點(diǎn)，設(shè)定入射高斯光束的數(shù)值孔徑na1，出射光束發(fā)散角為na2；
12、(2)設(shè)計所述折衍射調(diào)控鏡的折射調(diào)控面曲率，具體包括如下步驟：
13、步驟一：確定折射調(diào)控曲面的光焦度；
14、步驟二：確定折射調(diào)控曲面的擬合中心曲率；
15、步驟三：確定折射調(diào)控曲面的曲率分布方程；
16、(3)設(shè)計所述折衍射調(diào)控鏡的衍射調(diào)控面相位。
17、作為優(yōu)選地實施例，所述步驟一還包括：基于所述f1、所述na1和所述na2確定所述折射調(diào)控曲面的光焦度：
18、根據(jù)理想光學(xué)系統(tǒng)垂軸放大率公式：
19、根據(jù)理想光線系統(tǒng)角放大率公式：
20、聯(lián)立所述理想光學(xué)系統(tǒng)垂軸放大率公式與所述理想光線系統(tǒng)角放大率公式，解得f2，
21、根據(jù)透鏡光焦度公式：φ＝1/f2，得到折射調(diào)控曲面光焦度。
22、作為優(yōu)選地實施例，所述步驟二還包括：
23、根據(jù)透鏡制造者公式：得到所述折射調(diào)控曲面的擬合中心曲率半徑r1，曲率
24、其中，所述r2趨向于無窮大。
25、作為優(yōu)選地實施例，所述步驟三還包括：選取所述折射調(diào)控面的焦平面、焦平面前方15mm、焦平面前方40mm、焦平面后方15mm以及焦平面后方40mm五個采樣像面，并在每個所述采樣像面選取多個等比例采樣像點(diǎn)，聯(lián)合擬合方程組。
26、作為優(yōu)選地實施例，所述步驟三還包括：基于輸入的高斯光束強(qiáng)度分布：得到各采樣像面處輸出的類平頂光束強(qiáng)度分布以及各采樣像點(diǎn)的輸入與輸出光束的位置坐標(biāo)映射關(guān)系，聯(lián)立斯涅爾定律：n1sinθ1＝n2sinθ2，得到各所述采樣像點(diǎn)的法線方向。
27、作為優(yōu)選地實施例，設(shè)計所述衍射調(diào)控面相位包括：
28、s01：選取待切割件的中部交點(diǎn)平面作為目標(biāo)像面，為所述目標(biāo)像面的能量強(qiáng)度賦予一個相位；
29、s02：取相位與輸出面上的光強(qiáng)結(jié)合，構(gòu)成光場函數(shù)；
30、s03：所述光場函數(shù)經(jīng)過一次傅里葉逆變換得到相位面上的光場分布；
31、s04：將所述光場分布信息帶入所述s01至所述s03，與光源強(qiáng)度分布結(jié)合進(jìn)行傅里葉變換。
32、重復(fù)所述s01—所述s04，直至均方誤差和sse小于規(guī)定的ε。
33、作為優(yōu)選地實施例，所述上保護(hù)鏡、所述準(zhǔn)直鏡、所述折衍射調(diào)控鏡以及所述下保護(hù)鏡同軸設(shè)置。
34、由于采用了上述技術(shù)方案，本申請所取得的有益效果為：
35、(1)本方案首先從光源輸出高功率入射光束，入射光束能量分布為高斯型，經(jīng)過上保護(hù)鏡后，入射光束能量分布與發(fā)散角不變，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡后，入射光束被準(zhǔn)直為平行光，即發(fā)散角為0，能量分布依然為高斯分布，經(jīng)過折衍射調(diào)控的折射調(diào)控面后，光束被調(diào)制為長焦深粗糙平頂光束，之后經(jīng)過折衍射調(diào)控鏡的衍射調(diào)控面后，光束被調(diào)制為長焦深精密平頂光束，該光束穿過下保護(hù)鏡后，匯聚到切割噴嘴下方，在切割厚板時，在厚金屬板材內(nèi)部，該長焦深精密平頂光束，搭配高亮度激光器進(jìn)行切割，可使割縫增大，氣路通暢，有效提升切割速度，同時防止中心能量過于集中而產(chǎn)生的爆孔，提高切割質(zhì)量。
36、(2)光源位于前焦點(diǎn)位置，入射光束穿過準(zhǔn)直鏡后，便會在與入射方向相同的方向出射平行高斯光束。接著平行高斯光束入射到折衍射調(diào)控鏡上，通過本方案中的調(diào)控方法進(jìn)行折射調(diào)控面與衍射調(diào)控面的設(shè)計，從而在進(jìn)行激光切割時，使入射的平行高斯光束聚焦至噴嘴下方板材中部，同時在板材內(nèi)部形成長焦深，焦點(diǎn)平面較精確的平頂光束。
37、使用準(zhǔn)直鏡及折衍射調(diào)控鏡，產(chǎn)生較精確的平頂光束，搭配高亮度激光器進(jìn)行激光切割，解決了高亮度激光器難以解決的厚板切割質(zhì)量與速度，既能實現(xiàn)薄板的快速切割，又能實現(xiàn)厚板的快速穩(wěn)定切割，實現(xiàn)高亮度激光器的全場景優(yōu)勢。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于激光切割的折衍射式光場調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，包括依次設(shè)置的：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折衍射式光場調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述折衍射調(diào)控鏡的兩面分別設(shè)置折射調(diào)控面和衍射調(diào)控面，所述折射調(diào)控面朝向所述準(zhǔn)直鏡，所述衍射調(diào)控面朝向所述下保護(hù)鏡。
3.一種折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，應(yīng)用于如權(quán)利要求1所述的光場調(diào)控系統(tǒng)，所述方法包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟一還包括：基于所述f1、所述NA1和所述NA2確定所述折射調(diào)控曲面的光焦度：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟二還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟三還包括：選取所述折射調(diào)控面的焦平面、焦平面前方15mm、焦平面前方40mm、焦平面后方15mm以及焦平面后方40mm五個采樣像面，并在每個所述采樣像面選取多個等比例采樣像點(diǎn)，聯(lián)合擬合方程組。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟三還包括：基于輸入的高斯光束
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，設(shè)計所述衍射調(diào)控面相位包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，重復(fù)所述S01—所述S04，直至均方誤差和SSE小于規(guī)定的ε。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折衍射式光場調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述上保護(hù)鏡、所述準(zhǔn)直鏡、所述折衍射調(diào)控鏡以及所述下保護(hù)鏡同軸設(shè)置。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于激光切割的折衍射式光場調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，包括依次設(shè)置的：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折衍射式光場調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于，所述折衍射調(diào)控鏡的兩面分別設(shè)置折射調(diào)控面和衍射調(diào)控面，所述折射調(diào)控面朝向所述準(zhǔn)直鏡，所述衍射調(diào)控面朝向所述下保護(hù)鏡。
3.一種折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，應(yīng)用于如權(quán)利要求1所述的光場調(diào)控系統(tǒng)，所述方法包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟一還包括：基于所述f1、所述na1和所述na2確定所述折射調(diào)控曲面的光焦度：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟二還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折衍射式光場調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟三還包括：選取所述折射調(diào)控面的焦平面、焦平面前方15mm、焦平面前方40mm、焦平面后...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈文祺，
申請(專利權(quán))人：濟(jì)南邦德激光股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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