一种反射式光束整形镜及整形系统技术方案

本发明专利技术公开了一种反射式光束整形镜及整形系统，属于激光加工领域。反射式光束整形镜包括：镜体和反射镜面，反射镜面包括多个旋转曲面组，根据所述旋转曲面组的反射特性将接收到的光束反射到工作面所限定的区域内，每个旋转曲面组反射出的光束可在各自的旋转轴处形成汇聚线，光束从各个旋转曲面组到达汇聚线前不交叉，进而在工作面生成多个矩形光斑。整形系统包括：激光光束发射装置，准直抛物镜和本发明专利技术所述的反射式光束整形镜。本发明专利技术可以生成数量、尺寸和能量可调节的组合矩形光斑，满足不同情况下对光斑的不同需求。本发明专利技术的装置可以采用高精密旋转车床加工，降低加工成本。降低加工成本。降低加工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种反射式光束整形镜及整形系统


[0001]本专利技术涉及激光加工领域，更具体地，涉及到一种反射式光束整形镜及整形系统。

技术介绍

[0002]反射式光束整形镜被广泛运用于大功率激光器领域，能够获得均匀、边缘陡峭的光斑，在激光加工中能够得到非常精密的加工效果，消除热效应等因素的影响，用以实现焊接、覆层和热处理等应用。
[0003]现有技术中，实现激光束整形和均匀化的方法很多，如非球面反射镜方法、双折射透镜组方、衍射光学元件法、微透镜阵列等。非球面反射镜方法可使输出的光束会聚到指定的矩形区域，并保持其空间相干性；双折射透镜组方法适用于线偏振高斯光束的整形为光强均匀分布的圆形光斑；衍射光学元件可以将激光高斯光束整形成能量较均匀光斑，但是衍射光学元件的工作距离固定，无法灵活调节线列光斑的角度，更无法快速的改变均匀光斑形状且装调困难；微透镜阵列成本高，对光源的波长有要求等。但是，现有的技术方案不论是对生成矩形光斑的形状进行的改进，还是针对生成光斑的尺寸进行的拓展，都是在基于生成一个光斑的情况下进行的设计，在光斑尺寸、形状的灵活调节上和不同能量密度的组合分布扩展上存在缺陷。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种反射式光束整形镜及整形系统，能够生成多个矩形光斑，多个矩形光斑形成一个组合光斑，可扩展生成光斑的形状、尺寸及调节能量组合分布，适用性好。
[0005]一种反射式光束整形镜，包括：镜体和反射镜面，所述反射镜面包括三个或三个以上的旋转曲面组，根据所述旋转曲面组的反射特性将接收到的光束反射到工作面所限定的区域内，每个旋转曲面组反射出的光束可在各自的旋转轴处形成汇聚线，光束从各个旋转曲面组到达汇聚线前不交叉，进而在工作面生成多个矩形光斑。
[0006]进一步地，所述旋转曲面组是多个子曲面，所述子曲面由一段直线段和/或二次曲线段绕旋转轴生成，所述多个子曲面的多段直线段和/或二次曲线段首尾顺序连接形成该旋转曲面组的旋转母线。
[0007]进一步地，所述二次曲线段为抛物线段或圆弧。
[0008]进一步地，所述反射镜面分割成四个旋转曲面组，其中两个旋转曲面组在反射镜面中部，上下对称，另外两个旋转曲面组在反射镜面两侧，输入光束入射在所述四个旋转曲面组上反射在工作面上形成四个矩形光斑组合而成的矩形环状光斑。
[0009]进一步地，所述反射镜面左右分割成三个旋转曲面组，输入光束入射在所述三个旋转曲面组上反射在工作面上形成三个矩形光斑，所述三个矩形光斑可叠加，也可相隔一定间距。
[0010]进一步地，所述反射镜面左右分割成两个旋转曲面组，将其中一个旋转曲面组上
下分割成两个旋转曲面组，输入光束入射在所述三个旋转曲面组上反射在工作面上形成一个熊猫光斑。
[0011]进一步地，所述反射式光束整形镜采用高反射金属材料，采用高精密旋转车床加工而成。
[0012]一种反射式光束整形系统，包括激光光束发射装置，准直抛物镜和上述所述的反射式光束整形镜；所述激光光束发射装置用于输出激光光束，所述准直抛物镜用于将激光光束进行准直处理，所述反射式光束整形镜用于接收准直抛物镜的出射光线并调整产生组合矩形光斑的出射方向。
[0013]进一步地，经准直抛物镜准直之后的光束以平行于镜体的方向入射至反射式光束整形镜。
[0014]进一步地，所述准直抛物镜为反射式元器件或透射式元器件。
[0015]综上所述，本专利技术所构思的技术方案与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
[0016]1、将反射镜面分割成多个旋转曲面组，可以得到多个矩形光斑，所得多个矩形光斑形成一个组合光斑，可扩展生成光斑的形状、尺寸及调节能量组合分布，适用性更好。
[0017]2、基于不同的应用场景，灵活设计旋转曲面组的数量、旋转半径、相邻旋转轴水平方向上的距离，入射光场的能量分布等参数，可生成数量、尺寸和能量可调节的组合矩形光斑，且各光斑之间的距离可调节，当组合光斑之间的距离≤0时，多个矩形光斑组合形成一个大尺寸光斑，适用面更广。
[0018]3、旋转曲面组优选划分为多个子曲面，多个子曲面分别将入射的光反射到所限定的区域内，可以提高生成的矩形光斑的均匀性，满足激光加工应用要求。
[0019]4、相邻两旋转轴的左右位置关系与旋转曲面组相同，相邻两旋转曲面组之间的夹角大于180
°
，便于单个旋转曲面组进行加工，且不会破坏相邻旋转曲面组。
[0020]5、本专利技术所述反射式光束整形镜优选采用高精密旋转车床加工而成，不需要价格昂贵的高精密自由曲面加工机床，降低加工成本，且加工方便。
[0021]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，可以灵活设计所需组合光斑，加工成本低，安装步骤较简单、操作方便，能够实现大规模的生产；与传统的普通积分镜有较好的匹配，方便在原有系统进行更换更新。
附图说明
[0022]图1是本专利技术第一实施例提供的反射式光束整形镜的结构示意图。
[0023]图2是本专利技术第一实施例提供的反射式光束整形镜的原理图。
[0024]图3是本专利技术第一实施例提供的反射式光束整形镜的原理斜视图。
[0025]图4是本专利技术第一实施例提供的反射式光束整形系统示意图。
[0026]图5是本专利技术第一实施例提供的反射式光束整形镜的原理侧视图。
[0027]图6是本专利技术第一实施例生成的组合矩形光斑仿真图及在均匀方向上和光斑间距可调节方向上的能量分布仿真示意图。
[0028]图7是本专利技术第二实施例生成的组合矩形光斑仿真图及在均匀方向上和光斑间距可调节方向上的能量分布仿真示意图。
[0029]图8是本专利技术第三实施例生成的组合矩形光斑仿真图及在均匀方向上和光斑间距
可调节方向上的能量分布仿真示意图。
[0030]图9是本专利技术第四实施例生成的组合矩形光斑仿真图及在均匀方向上和光斑间距可调节方向上的能量分布仿真示意图。
[0031]图10是本专利技术第五实施例生成的组合矩形光斑仿真图及在均匀方向上和光斑间距可调节方向上的能量分布仿真示意图。
[0032]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：1
‑
激光光束发射装置2
‑
反射式光束整形镜3
‑
反射式准直抛物镜4
‑
工作面21
‑
镜体22
‑
反射镜面23
‑
旋转曲面组24
‑
旋转轴。
具体实施方式
[0033]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0034]首先对本专利技术所述生成光斑的均匀方向和间距可调节方向进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反射式光束整形镜，包括：镜体(21)和反射镜面(22)，其特征在于，所述反射镜面(22)包括三个或三个以上的旋转曲面组(23)，根据所述旋转曲面组(23)的反射特性将接收到的光束反射到工作面(4)所限定的区域内，每个旋转曲面组(23)反射出的光束可在各自的旋转轴(24)处形成汇聚线，光束从各个旋转曲面组到达汇聚线前不交叉，进而在工作面生成多个矩形光斑。2.根据权利要求1所述的一种反射式光束整形镜，其特征在于，所述旋转曲面组(23)是多个子曲面，所述子曲面由一段直线段和/或二次曲线段绕旋转轴(24)生成，所述多个子曲面的多段直线段和/或二次曲线段首尾顺序连接形成该旋转曲面组的旋转母线。3.根据权利要求2所述的一种反射式光束整形镜，其特征在于，所述二次曲线段为抛物线段或圆弧。4.根据权利要求3所述的一种反射式光束整形镜，其特征在于，所述反射镜面(22)分割成四个旋转曲面组(23)，其中两个旋转曲面组(23)在反射镜面(22)中部，上下对称，另外两个旋转曲面组(23)在反射镜面(22)两侧，输入光束入射在所述四个旋转曲面组(23)上反射在工作面上形成四个矩形光斑组合而成的矩形环状光斑。5.根据权利要求3所述的一种反射式光束整形镜，其特征在于，所述反射镜面...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙宇，秦庆全，龙宙，秦应雄，柳洁，
申请(专利权)人：武汉武钢华工激光大型装备有限公司，
类型：发明
国别省市：