為了解決在柱面等曲面上激光打孔的問題和提高打孔成型效果,提出了一種掃描弧形柱面聚焦方案,系統(tǒng)將CO₂激光器發(fā)射的脈沖激光調制后,入射到柱面聚焦鏡壓縮為線性光斑,之后經(jīng)由旋轉反射棱鏡實現(xiàn)激光掃描,線性掃描光斑在經(jīng)過弧形柱面聚焦鏡后在曲面上聚焦為圓形光斑,實現(xiàn)了對光束的整形和曲面打孔。結果表明實現(xiàn)了在曲面上0.15mm大小的光斑,滿足了包括煙支在內的工業(yè)生產(chǎn)需求,與傳統(tǒng)的平面聚焦打孔方式相比本方案有更大的應用空間。 

【文章來源】：激光與紅外. 2020,50(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

激光打孔系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)主要組成部分分別是光學聚焦和由高速旋轉反射棱鏡實現(xiàn)的光學掃描。光學聚焦部分主要是解決激光如何在柱面等曲面上聚焦的問題,其核心由柱面聚焦鏡和弧形柱面聚焦鏡組成,柱面聚焦鏡將激光的圓形光斑聚焦成條形光斑,其目的是減小光斑面積和改變光斑形狀以實現(xiàn)光斑在經(jīng)過旋轉反射棱鏡時減少誤差,與此同時因反射光斑變小,故旋轉反射棱鏡尺寸將得到很好地控制,這在對旋轉反射棱鏡實施高速控制時非常重要,弧形柱面聚焦鏡是將經(jīng)由前一個聚焦鏡壓縮后的條形光斑聚焦成圓形光斑以作用在香煙上實現(xiàn)打孔。光學掃描部分是由高速旋轉反射棱鏡實現(xiàn),其由多個反射面構成,并由高速伺服控制系統(tǒng)帶動,具有旋轉速度快,反射范圍廣,跟蹤精度高等特點,經(jīng)過掃描的光束以不同角度入射至弧形柱面聚焦鏡,在聚焦鏡上形成規(guī)則的掃描像。激光打孔系統(tǒng)示意圖如圖2所示。3 掃描聚焦弧面打孔系統(tǒng)

在激光打孔的應用中,傳統(tǒng)的聚焦方式由于無法在諸如柱面等曲面的物體上實現(xiàn)聚焦,故應用范圍較窄,本文研究的曲面掃描聚焦方式創(chuàng)新的設計了一種曲面聚焦系統(tǒng),激光光束在通過柱面聚焦鏡1時將會被聚焦為線性光斑,線性光斑通過高速旋轉棱鏡和兩塊反射鏡后垂直于弧形柱面聚焦鏡2射入[7],如圖3所示,并在經(jīng)過聚焦鏡2后,線性光斑聚焦為點光斑以實現(xiàn)對物體打孔。針對常用的煙支表面激光打孔的應用,我們給定了一些基本的參數(shù),材料為ZnSe,其透光范圍0.5～15 μm,由于其采用化學氣相沉積(CVD)的合成方式故雜質吸收可以忽略不計,并且有很低的散射損失,與此同時其對激光的熱沖擊有很強的承受能力,故我們采用了其作為透鏡材料[8]�；⌒沃婢劢圭R與被打孔弧面的距離為50 mm,在XZ平面內,光束入射至弧面時為垂直入射。我們在軟件里導入透鏡進行仿真,選用了10.6 μm波長,8 mm直徑的光斑模擬激光束,光線束為10000,輻照度126 W/m2,目標是實現(xiàn)在柱狀物體弧形表面打出直徑約為0.15 mm的雙排孔。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3368204