一種基于單振鏡勻速掃描的均勻線光斑光路系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
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[0001 ] 本發(fā)明涉及一種針對大范圍功率、大范圍激光器的基于單振鏡勻速掃描的光路系統(tǒng)，尤其涉及一種基于單振鏡勻速掃描的均勻線光斑光路系統(tǒng)。
【背景技術】
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[0002]在激光加工行業(yè)中，激光淬火利用聚焦后的激光束快速加熱鋼鐵材料表面，使其發(fā)生相變，形成馬氏體淬硬層；激光熔覆通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝，在基層表面形成與其為冶金結合的添料熔覆層；激光清洗是對材料表面實行高效、快捷的清除銹蝕、污染物，起到凈化表面的作用。
[0003]上述三種激光工藝，特別是激光淬火與激光熔覆，往往需要對材料表面進行均勻加熱，以滿足加工需求，常用的有離焦法、積分聚焦法與振動法。
[0004]離焦法是通過采用聚焦光斑離焦段對材料進行較均勻加熱，但這比較依賴于激光器輸出光束模式，且對于各種面積激光淬火或熔覆甚至清洗等，速度都相對較慢。
[0005]積分聚焦法有反射式與透射式兩種，反射式鏡片典型的以KUGLER積分鏡為代表，透射式常采用透鏡陣列等非常規(guī)鏡片對光束整形，要進行大面積的激光加工，積分光斑越長，意味著能量越分散，同樣不適用于高速大面積的激光淬火/熔覆。
[0006]振動法一般是基于雙片振鏡掃描，對聚焦光束方向進行轉(zhuǎn)折，在振鏡旋轉(zhuǎn)滿足一定關系條件下，獲得能量分布高且較均勻的線條光斑，同時給定一定的線光斑與材料的相對速度，可實現(xiàn)較大面積的激光加工。缺點是，聚焦光束在振鏡旋轉(zhuǎn)過程中并不以同一角度入射到材料表面，同時聚焦點并不在同一平面上，一定程度上限制了線條光斑上限長度。另夕卜，往往需要兩片振鏡旋轉(zhuǎn)偏角配合，來獲得線條光斑，光路運作上相對復雜。
[0007]為了克服以上現(xiàn)有問題，降低光學上的因素對激光加工處理的影響，同時考慮到振鏡掃描可獲得一定范圍內(nèi)任意長度的均勻能量分布線條形光斑，可滿足目前高速激光淬火、激光熔覆與激光清洗，也能實現(xiàn)較大面積的上述激光加工，本人設計了一種基于單振鏡掃描均勻線光斑光路結構，在振鏡勻速旋轉(zhuǎn)時聚焦光束傳輸方向一致且聚焦光斑基本在同一平面上，可獲得更大上限長度、寬度一致的均勻能量分布線光斑，同時由于聚焦鏡焦距較長，使得聚焦光束焦深較大，適用于更大范圍的平面及三維激光淬火、激光熔覆以及激光清洗。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0008]為了克服現(xiàn)有激光淬火、激光熔覆及激光清洗光路在運作速度上較慢或由于光路自身問題致使無法進行更大面積、更高效的激光加工，同時結合振鏡掃描系統(tǒng)可獲得一定范圍內(nèi)任意長度線條光斑這一優(yōu)勢，本發(fā)明提供了一種可獲得一定范圍內(nèi)任意長度均勻線條光斑的同時，實現(xiàn)了更長上限的線條光斑，滿足光學上聚焦光束傳輸方向一致、聚焦光斑位置基本相同，且線條光斑在長向能量分布均勻，寬度一致的技術方案:
[0009]—種基于單振鏡勻速掃描的均勻線光斑光路系統(tǒng)，可獲得上百毫米范圍內(nèi)任意長度的均勻能量分布的線光斑光路結構，由離軸拋物鏡、旋轉(zhuǎn)振鏡、斜平面反射鏡、斜球面反射鏡組成，離軸拋物鏡、旋轉(zhuǎn)振鏡、斜平面反射鏡、斜球面反射鏡中心位于一直線上，離軸拋物鏡的平面緊鄰激光器的出光口，旋轉(zhuǎn)振鏡位于離軸拋物鏡一側，斜平面反射鏡位于聚焦焦點處，斜球面反射鏡位于旋轉(zhuǎn)振鏡與斜平面反射鏡之間。
[0010]作為優(yōu)選，準分子激光出口發(fā)射的激光束經(jīng)過離軸拋物鏡準直、旋轉(zhuǎn)振鏡反射，聚焦于斜球面反射鏡焦距之前，使其到達斜球面反射鏡焦距位置時發(fā)散為線光斑。
[0011]作為優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)振鏡正反勻速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角取決于需求的線光斑長度，轉(zhuǎn)速變化決定能量分布均勻性。
[0012]作為優(yōu)選，斜平面反射鏡光束反射角4° —5。，偏轉(zhuǎn)角為8° -10°，斜球面反射鏡光束偏轉(zhuǎn)角與斜平面反射鏡一致。
[0013]作為優(yōu)選，斜平面反射鏡包括類平面基底以及安裝在基底上的多個平面反射鏡，各平面反射鏡相對于類平面基底分別勸一定的傾斜方向和角度，類平面基底的底面為平面，用于安裝平面反射鏡的安裝面具有多個傾斜凸塊組成的陳列，各傾斜凸塊的傾斜面的傾斜方向和角度分別與各平面反射鏡的傾斜方向和角度相適配。
[0014]作為優(yōu)選，形成線光斑主要包括以下步驟:
[0015]A、出射發(fā)散光經(jīng)過所述離軸拋物鏡準直，獲得準直光束；
[0016]B、準直光束經(jīng)過所述旋轉(zhuǎn)振鏡，通過勻速旋轉(zhuǎn)振鏡2，可得到勻速旋轉(zhuǎn)的反射準直光，進而形成扇形掃描準直光束；
[0017]C、掃描準直光束再經(jīng)過所述斜平面反射鏡，改變準直光束傳輸方向，形成折疊光路，同時保留光束掃描角；
[0018]D、最后經(jīng)過具有一定傾斜角的大曲率半徑球面反射鏡聚焦，獲得聚焦光束傳輸方向一致、聚焦光斑位置基本相同的線光斑。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:
[0020](I)本發(fā)明獲得聚焦光束傳輸方向一致、聚焦位置基本相同的上百毫米范圍內(nèi)任意長度的線光斑，其能量分布均勻性取決于旋轉(zhuǎn)振鏡的轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)速不變，能量分布即均勻，由于聚焦鏡焦距較大，聚焦焦深較長，可適用于二維平面、三維曲面激光淬火、激光熔覆以及激光清洗，不僅滿足上述激光加工高速運作，也能實現(xiàn)大面積的處理。
[0021](2)本發(fā)明結構簡單，易于實現(xiàn)，制造成本低，其采用激光器直接輸出，功率損耗小，配合離軸拋物鏡、旋轉(zhuǎn)振鏡、斜平面反射鏡、斜球面反射鏡成形的線光斑質(zhì)量均勻，且由于斜球面反射鏡高度不小于經(jīng)斜平面反射鏡反射后的光斑的高度，使得光束能夠得到最大程度的聚焦，從而提高了光斑的亮度，減小了光斑的寬度。
【附圖說明】
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[0022]圖1為本發(fā)明的光路原理圖；
[0023]圖2是圖1原圖的立體投影圖；
[0024]圖3為圖2的正視圖；
[0025]圖4為圖2的側視圖；
[0026]圖5為圖2的俯視圖；
[0027]圖6是圖1去光路鏡片結構圖?！揪唧w實施方式】:
[0028]為使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步地詳細描述。
[0029]如圖1?6所示，一種基于單振鏡勻速掃描的均勻線光斑光路系統(tǒng)，可獲得上百毫米范圍內(nèi)任意長度的均勻能量分布的線光斑光路結構，由離軸拋物鏡1、旋轉(zhuǎn)振鏡2、斜平面反射鏡3、斜球面反射鏡4組成，離軸拋物鏡1、旋轉(zhuǎn)振鏡2、斜平面反射鏡3、斜球面反射鏡4中心位于一直線上，離軸拋物鏡I的平面緊鄰激光器的出光口，旋轉(zhuǎn)振鏡2位于離軸拋物鏡I 一側，斜平面反射鏡3位于聚焦焦點處，斜球面反射鏡4位于旋轉(zhuǎn)振鏡2與斜平面反射鏡3之間，所有鏡片均為反射式鏡片，光路結構以非鍍膜反射鏡為參考基準，在旋轉(zhuǎn)振鏡