本发明专利技术涉及用于激光冲击的光斑整形装置及方法，在入光口与出光口之间设有用于光斑整形的微透镜阵列系统、用于调节光斑大小的整形元件、准直镜、聚焦镜，微透镜阵列系统置于电动滑台一上，可移动，整形元件包含依次等距平行错列布置的扩束镜一、扩束镜二及扩束镜三，置于电动滑台二上，可移动。激光束从入光口进入，由微透镜阵列系统将圆光斑整形为能量分布均匀的方光斑，通过电动滑台二扩束镜一、扩束镜二及扩束镜三的切换，调节光斑大小；若无需光斑整形，电动滑台一控制微透镜阵列系统移动，光束未经过微透镜阵列系统，光束直接经过整形元件输出圆光斑；激光器输出的光斑在圆光斑与方光斑的之间快速转换，光束转化效率高，光强分布均匀、平顶。
【技术实现步骤摘要】
用于激光冲击的光斑整形装置及其方法
本专利技术涉及一种用于激光冲击的光斑整形装置及其方法，属于激光冲击加工
技术介绍
由于高能脉冲激光诱导冲击波来强化金属材料表面的激光冲击强化技术强化效果强，近年来得到广泛研究与应用。激光冲击能够提高材料的抗疲劳性能，但研究主要集中于圆形光斑的激光冲击，传统的激光冲击强化技术使用的是圆形光斑，研究的深入表明，在一些情况下，强化后的材料在光斑中心部位的残余压应力要低于周围，甚至变为拉应力。根据Fabbro总结的“残余应力洞”的成形原因，稀疏波向光斑中心的汇聚是引起“残余应力洞”的主要原因。而激光光斑转变为方形光斑后，稀疏波并不是在光斑中心同时汇聚，降低了“残余应力洞”现象。与圆形光斑相比，方形光斑具有更加均匀的残余应力场、不易产生应力空洞和强化后工件表面光滑、质量好等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于激光冲击的光斑整形装置及其方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：用于激光冲击的光斑整形装置，特点：在入光口与出光口之间依次设有用于光斑整形的微透镜阵列系统、用于调节光斑大小的整形元件、准直镜和聚焦镜，微透镜阵列系统置于电动滑台一上，可移动，所述整形元件包含依次等距平行错列布置的扩束镜一、扩束镜二及扩束镜三，置于电动滑台二上，可移动。进一步地，上述的用于激光冲击的光斑整形装置，其中，所述微透镜阵列系统包括在入光孔与出光孔之间设置的微透镜阵列与焦平面。进一步地，上述的用于激光冲击的光斑整形装置，其中，所述微透镜阵列是由孔径为微米级至百微米级的微透镜排列组合而成。进一步地，上述的用于激光冲击的光斑整形装置，其中，所述微透镜阵列的微透镜是532nm和1064nm的透射率在99.5％以上的镜片。进一步地，上述的用于激光冲击的光斑整形装置，其中，所述微透镜阵列为方形微透镜阵列，将激光束由圆光斑转化为方光斑。进一步地，上述的用于激光冲击的光斑整形装置，其中，所述扩束镜一、扩束镜二与扩束镜三固定在底板上，底板置于电动滑台二，且扩束镜一位于扩束镜二的左侧，扩束镜三位于扩束镜二的右侧；所述扩束镜一与扩束镜二的中心线距离为85mm，扩束镜三与扩束镜二的中心线距离为85mm；所述扩束镜一与扩束镜二的斜边距离为120mm，扩束镜三与扩束镜二的斜边距离为120mm；所述聚焦镜置于电动滑台三上，可移动。本专利技术用于激光冲击的光斑整形方法，激光束从入光口进入，由微透镜阵列系统将圆光斑整形为能量分布均匀的方光斑，通过电动滑台二控制整形元件的扩束镜一、扩束镜二及扩束镜三的切换，调节光斑大小，光束经准直镜准直，聚焦镜聚焦后输出；若无需光斑整形，通过电动滑台一控制微透镜阵列系统移动，使光束未经过微透镜阵列系统，光束直接经过整形元件输出圆光斑，光束经准直镜准直，聚焦镜聚焦后输出，并通过电动滑台三驱动聚焦镜来改变光斑大小；实现激光器输出的光斑在圆光斑与方光斑的之间快速转换。更进一步地，上述的用于激光冲击的光斑整形方法，微透镜阵列系统包括在入光孔与出光孔之间设置的微透镜阵列与焦平面，当入射光经过微透镜阵列后，被分割成若干细小子光束，子光束由聚焦透镜聚焦在焦平面上，后从出光孔输出方光斑。更进一步地，上述的用于激光冲击的光斑整形方法，所述微透镜阵列通过两个方向将圆光斑压缩为方光斑，得到的方光斑光强为平顶分布，且光强平顶分布波动在98％±2％。更进一步地，上述的用于激光冲击的光斑整形方法，扩束镜一、扩束镜二及扩束镜三置于电动滑台二上，通过电动滑台二驱动其移动，调节光斑大小分别至3mm、4mm和5mm。本专利技术与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：本专利技术利用微透镜阵列将圆光斑转为方光斑，光束转化效率高，光强分布均匀、平顶，光斑四周边界锐利无鬼像，光斑形貌清晰规整。使激光器输出的光斑在圆光斑与方光斑的快速转换，装置结构简洁，为一实用的新设计。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术具体实施方式了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1：本专利技术方光斑输出形式的光路结构示意图；图2：微透镜阵列系统的结构示意图；图3：本专利技术圆光斑形式的光路结构示意图；图4：三只扩束镜的位置关系示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本专利技术的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。如图1和图4所示，用于激光冲击的光斑整形装置，在入光口1与出光口8之间设有用于光斑整形的微透镜阵列系统2以及用于调节光斑大小的整形元件4、准直镜5和聚焦镜6，微透镜阵列系统2置于电动滑台一3上，电动滑台一3可驱动微透镜阵列系统2移动，使其进入或离开光路；整形元件包含依次等距错列平行布置的扩束镜一13、扩束镜二11及扩束镜三9，安装在底板12上，底板12置于电动滑台二10上，电动滑台二10可驱动扩束镜移动；三只扩束镜的相互位置关系如图4所示，扩束镜一13与扩束镜二11的中心线距离为85mm，扩束镜三9与扩束镜二11的中心线距离为85mm；扩束镜一13与扩束镜二11的斜边距离为120mm，扩束镜三9与扩束镜二11的斜边距离为120mm；聚焦镜6置于电动滑台三7上，可移动。光束经准直镜5准直，输出的激光通过准直镜5将扩束光转为平行光，聚焦镜6聚焦后输出。聚焦镜6置于电动滑台三7上，可移动；聚焦镜6有两个作用：一是将经过准直镜5后的平行光聚焦，二是当输出圆光斑时，通过移动电动滑台三7调节光斑大小。如图2所示，微透镜阵列系统2包括在入光孔21与出光孔24之间设置的微透镜阵列22与焦平面23，微透镜阵列22是由一些孔径为几微米到几百微米的微小透镜按排列顺序组合而成。微透镜阵列22的微透镜是532nm和1064nm的透射率在99.5％以上的镜片本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于激光冲击的光斑整形装置，其特征在于：在入光口(1)与出光口(8)之间依次设有用于光斑整形的微透镜阵列系统(2)、用于调节光斑大小的整形元件(4)、准直镜(5)和聚焦镜(6)，微透镜阵列系统(2)置于电动滑台一(3)上，可移动，所述整形元件(4)包含依次等距平行错列布置的扩束镜一(13)、扩束镜二(11)及扩束镜三(9)，置于电动滑台二(10)上，可移动。/n
【技术特征摘要】
1.用于激光冲击的光斑整形装置，其特征在于：在入光口(1)与出光口(8)之间依次设有用于光斑整形的微透镜阵列系统(2)、用于调节光斑大小的整形元件(4)、准直镜(5)和聚焦镜(6)，微透镜阵列系统(2)置于电动滑台一(3)上，可移动，所述整形元件(4)包含依次等距平行错列布置的扩束镜一(13)、扩束镜二(11)及扩束镜三(9)，置于电动滑台二(10)上，可移动。
2.根据权利要求1所述的用于激光冲击的光斑整形装置，其特征在于：所述微透镜阵列系统(2)包括在入光孔(21)与出光孔(24)之间设置的微透镜阵列(22)与焦平面(23)。
3.根据权利要求2所述的用于激光冲击的光斑整形装置，其特征在于：所述微透镜阵列(22)是由孔径为微米级至百微米级的微透镜排列组合而成。
4.根据权利要求3所述的用于激光冲击的光斑整形装置，其特征在于：所述微透镜阵列(22)的微透镜是532nm和1064nm的透射率在99.5％以上的镜片。
5.根据权利要求2所述的用于激光冲击的光斑整形装置，其特征在于：所述微透镜阵列(22)为方形微透镜阵列，将激光束由圆光斑转化为方光斑。
6.根据权利要求1所述的用于激光冲击的光斑整形装置，其特征在于：所述扩束镜一(13)、扩束镜二(11)与扩束镜三(9)固定在底板(12)上，底板(12)置于电动滑台二(10)，且扩束镜一(13)位于扩束镜二(11)的左侧，扩束镜三(9)位于扩束镜二(11)的右侧；所述扩束镜一(13)与扩束镜二(11)的中心线距离为85mm，扩束镜三(9)与扩束镜二(11)的中心线距离为85mm；所述扩束镜一(13)与扩束镜二(11)的斜边距离...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯爱新，徐国秀，周远航，韩磊，王术新，潘晓铭，罗虹，张健，张成龙，吴成萌，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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