一种用于激光清洗机的激光光束整形器及其整形方法技术

本发明专利技术公开了一种用于激光清洗机的激光光束整形器及其整形方法，涉及激光清洗技术领域，利用两个同轴相对设置的平凸光锥透镜把高斯分布的激光光束转变为一定尺寸的准直环形光束；将激光光束沿着所述第一、第二平凸光锥透镜的同轴方向射入，透过第一平凸光锥透镜转变为环形光束，所述环形光束透过第二平凸光锥透镜转变为强光包围弱光的准直环形光束，所述准直环形光束直径不会随着出射距离的增加而改变。本发明专利技术通过第一、第二平凸光锥透镜的特定组合，结构简单，却实现了激光光束高斯能量分布的转换，从第二平凸光锥透镜的环形光束是强光包围弱光，能量梯度较小，近似贝塞尔环形准直光束，清洗效果更好，不会对工件造成损伤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光清洗
，尤其是一种用于激光清洗机的激光光束整形器及其整形方法。
技术介绍
传统工业清洗方式多种多样，大多是利用机械振动或化学药剂进行清洗。现如今，我国对环境保护的要求越来越严格，人们的环保意识和安全意识也日益增强，工业清洗中可以使用的化学药剂种类越来越少，我们需要一种具有一定的清洁力的环保清洗方式。激光清洗，是利用聚焦高能量束对工件表面进行去污、去锈、去氧化层等处理，具有无研磨、非接触、无热效应、适用性强等特点，同时，激光清洗可以解决采用传统清洗方式无法解决的一些问题，被认为是最环保、最可靠、最有效的工业清洗方式之一。然而，如何真正做到无损清洁，一直是激光清洗的亟待解决的问题。激光清洗的原理，是利用激光聚焦高能量对工件表面的杂质进行剥离或者气化，从而达到清洗的目的。激光器发出的光束，直径比较大，能量密度远远低于激光清洗所需的能量密度，因此，必须利用激光聚焦系统对光束进行聚焦，才能获得激光清洗所需的光斑大小以及功率密度。聚焦后光斑的能量分布和能量密度直接影响激光清洗的效果，而聚焦后光斑的能量分布取决于聚焦前光斑的能量分布。现有技术中，激光清洗机的光路系统都是直接将激光光束聚焦成光斑来对工件进行清洗，没有考虑聚焦后的光斑能量分布不均匀的问题，导致激光清洗过程中无法真正做到无损清洁，一定程度上会造成工件表面损伤。现就使用最广泛的高斯分布激光束来说，直接将激光光束聚焦成光斑来对工件进行清洗存在以下缺点：激光光束呈高斯分布，即能量中间高、周围低，经过聚焦后，这种能量分布不均匀的问题反而被加剧，得到的聚焦光斑中间能量密度更高，周围能量密度更低，依然成高斯分布，光斑能量密度梯度更大，是一个弱光包围强光清洗聚焦光斑；而在激光清洗中，由于光斑周围与工件接触面积大，大部分能量被工件传导吸收，弱光包围强光清洗聚焦光斑在清洗工件时，中间能量密度高的部分容易损伤工件表面，周围能量密度低的部分达不到清洗效果。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种用于激光清洗机的激光光束整形器及其整形方法。本专利技术保护一种用于激光清洗机的激光光束整形器，相对设置的第一平凸光锥透镜和第二平凸光锥透镜，所述第一、第二平凸光锥透镜同轴设置，锥顶相对，底面相互平行，其锥面顶角均大于100°。进一步的，所述第一、第二平凸光锥透镜固定于镜筒内，所述第一平凸光锥透镜通过第一压环固定于所述镜筒内，所述第二平凸光锥透镜通过第二压环固定于镜筒内。进一步的，所述第一、第二平凸光锥透镜的底面直径相同，底面直径优选12.5mm，中心厚度优选5mm；锥面顶角相同，且均大于100°，优选120°。进一步的，所述第一、第二平凸光锥透镜采用紫外熔石英材料加工而成，表面镀1064nm增透膜。本专利技术还保护一种用于激光清洗机的激光光束整形方法，利用两个同轴相对设置的平凸光锥透镜把高斯分布的激光光束转变为一定尺寸的准直环形光束；将激光光束沿着所述第一、第二平凸光锥透镜的同轴方向射入，透过第一平凸光锥透镜转变为环形光束，所述环形光束的直径随着出射距离的增加而变大；所述环形光束透过第二平凸光锥透镜转变为强光包围弱光的准直环形光束，所述准直环形光束直径在近场位置不会随着出射距离的增加而改变。所述准直环形光束的直径通过改变所述第二平凸光锥透镜的尺寸和调整与所述第一平凸光锥透镜的间距来改变；所述第二平凸光锥透镜的锥面顶角变大，且与所述第一平凸光锥透镜的间距变大，所述准直环形光束直径变大；反之，所述第二平凸光锥透镜的锥面顶角变小，且与所述第一平凸光锥透镜的间距变小，所述准直环形光束直径变小。本专利技术通过第一、第二平凸光锥透镜的特定组合，结构简单，却实现了激光光束高斯能量分布的转换，从第二平凸光锥透镜的环形光束是强光包围弱光，能量梯度较小，近似贝塞尔环形准直光束，清洗效果更好，不会对工件造成损伤；本专利技术适用性强，易于移植，只需要在原有光路系统中增设一个激光光束整形器即可，无需对原有光路系统进行大规模改动，且操作方便、成本低廉，且易于装配和调试，适合广泛地推广和使用。附图说明图1为激光光束整形器的结构示意图；图2为激光光束能量转换示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本专利技术限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本专利技术的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本专利技术从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。实施例1一种用于激光清洗机的激光光束整形器，如图1所示，相对设置的第一平凸光锥透镜101和第二平凸光锥透镜102，所述第一、第二平凸光锥透镜同轴设置，锥顶相对，底面相互平行，其锥面顶角均大于100°；所述第一、第二平凸光锥透镜固定于镜筒103内，所述第一平凸光锥透镜101通过第一压环104固定于所述镜筒103内，所述第二平凸光锥透镜102通过第二压环105固定于镜筒内。所述第一、第二平凸光锥透镜的底面直径均为12.5mm，中心厚度5mm；其锥面顶角均为120°；所述第一、第二平凸光锥透镜采用紫外熔石英材料加工而成，表面镀1064nm增透膜。将激光光束沿着所述第一、第二平凸光锥透镜的同轴方向入射，透过第一平凸光锥透镜转变为环形光束，所述环形光束的直径随着出射距离的增加而变大；所述环形光束透过第二平凸光锥透镜转变为强光包围弱光的准直环形光束，所述准直环形光束中心形成一个很小的空心光区，所述准直环形光束直径在近场位置不会随着出射距离的增加而改变。所述准直环形光束的直径通过改变所述第二平凸光锥透镜的尺寸和调整与所述第一平凸光锥透镜的间距来改变；所述第二平凸光锥透镜的锥面顶角变大，且与所述第一平凸光锥透镜的间距变大，所述准直环形光束直径变大；反之，所述第二平凸光锥透镜的锥面顶角变小，且与所述第一平凸光锥透镜的间距变小，所述准直环形光束直径变小。高斯分布的激光光束经过第一、第二平凸光锥透镜的转换后，外侧的激光聚焦到中间，中间的激光转换到所述准直环形光束的最外围，这样就形成了强光包围弱光的光斑，光斑的能量趋于均匀，梯度变小，近似贝塞尔光束的准直环形光束，进而减少清洗损伤，提高清洗质量，图2为激光光束能量转换示意图。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光清洗机的激光光束整形器，其特征在于:相对设置的第一平凸光锥透镜和第二平凸光锥透镜，所述第一、第二平凸光锥透镜同轴设置，锥顶相对，底面相互平行，其锥面顶角均大于100°。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光清洗机的激光光束整形器，其特征在于:相对设置的第一平凸光锥透镜和第二平凸光锥透镜，所述第一、第二平凸光锥透镜同轴设置，锥顶相对，底面相互平行，其锥面顶角均大于100°。2.根据权利要求1所述的用于激光清洗机的激光光束整形器，其特征在于：所述第一、第二平凸光锥透镜固定于镜筒内，所述第一平凸光锥透镜通过第一压环固定于所述镜筒内，所述第二平凸光锥透镜通过第二压环固定于镜筒内。3.根据权利要求1所述的用于激光清洗机的激光光束整形器，其特征在于：所述第一、第二平凸光锥透镜的底面直径相同；锥面顶角相同，且均大于100°。4.根据权利要求3所述的用于激光清洗机的激光光束整形器，其特征在于：所述第一、第二平凸光锥透镜的底面直径均为12.5mm，中心厚度5mm；其锥面顶角均为120°。5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于激光清洗机的激光光束整形器，其特征在于：所述第一、第二平凸光锥透镜采用紫外熔石英材...

【专利技术属性】
技术研发人员：周倩，周健，周彪，任建锋，
申请(专利权)人：苏州艾思兰光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32