一种手持式激光清洗机的光学整型装置制造方法及图纸

一种手持式激光清洗机的光学整型装置，包括：指示光发生器（11）、工作波长激光器（21）、第一反射镜（31）、合束镜（32）、分束镜（33）、第二反射镜（34）、第三反射镜（35）、第四反射镜（36）、第五反射镜（37）、前透镜（41）、后透镜（42）、第六反射镜（51）、振镜（52）和准直聚焦透镜（61）；所述前透镜（41）、后透镜（42）组成双镜光束整形系统；本发明专利技术实现了工作激光功率的高密度集中，克服了单轴系统体积过大的问题；采取了光学对焦的方法，取代了传统的激光测距法，用于指示最佳工作点位置，减少了元器件数量，使结构更为简单紧凑；同时实现了光学对焦，既给操作人员指明了清洗区域，又保障了人身安全。

【技术实现步骤摘要】
一种手持式激光清洗机的光学整型装置
本专利技术涉及一种手持式激光清洗机的光学整型装置。
技术介绍
激光清洗技术是采用高功率密度的激光直接照射在物体表面，使表面上附着的涂层、锈迹和油污瞬间蒸发、烧蚀或剥离。手持式激光清洗机要求结构紧凑，体积小，重量轻。系统由光学设计开始，光学结构决定了整个系统的体积大小，对激光的整型处理决定了待清洗面上的聚焦光点面积，在激光器输出光功率不变的情况下直接影响清洗效果。聚焦光点的半径越小，则激光的功率密度越高，清洗厚度越深，但单位时间内能清洗的面积也会减少。多数情况下，激光器的输出为圆形平行光束，能量呈高斯型分布，光功率越大对应的圆形光斑直径也越大，可达6_?10_。目前的激光清洗机进行扫描时，通常都是使用准直聚焦透镜直接将这种大直径光束进行聚焦，透镜的球差、慧差将导致聚焦效果变差，待清洗物表面的光点直径增大并变形，使光功率密度下降，严重时可能低于清洗阈值，导致无法完成清洗工作。本专利技术的第一个目标就是对激光束进行光学整型，以获得直径小、能量高度集中的激光光斑。减小光斑直径，提高成像质量的方法主要有两种:一是采用非球面透镜或透镜组来矫正球差、慧差，二是根据透镜成像的原理，减小物的大小也能减小像的大小。第一种方法采用非球面透镜将大大提高设备成本，而透镜组又会带来光吸收率提高、透射率下降的缺点，因此应优先采用第二种方法减小光斑直径。理想的情况是先将6mm?IOmm的激光光斑缩小5?10倍，然后通过振镜扫描和准直聚焦透镜，形成高功率密度的光点。对于缩小激光聚焦光点直径的光学整型系统还有两个要求:不能改变光束质量、尽量减少光学元件数量。不能改变光束质量是指光学系统要实现平行光入射平行光出射，高斯分布的光束直径缩小后仍呈高斯分布；减小光学元件数量是为了减少元件对光的吸收，保证输出光能量。伽利略式或开普勒式双镜望远系统均能够满足这两方面要求。伽利略望远系统由一个凸透镜加一个凹透镜组成，凸透镜的后焦点与凹透镜的后焦点(虚焦点)重合；开普勒望远系统由两个凸透镜组成，前凸透镜的后焦点与后凸透镜的前焦点重合。这两种系统的缩小倍数均为前后两镜焦距之比。伽利略系统结构较紧凑，但是光路中没有聚焦点，会给调试过程带来一定困难，如果调试不准，同样会造成光斑聚焦质量差的问题，因此在系统长度具有裕量的情况下采用开普勒系统较为合适。准直聚焦镜为球面型单透镜，其相对孔径与像差大小直接相关。在直径一定的情况下，选择小的相对孔径(即大的焦距)能够获得较好的光束会聚效果。为了指示最佳工作位置，一般的激光清洗机采取激光测距法直接测量输出端到待清洗物的距离，但是这种方法将引入大量的元器件，提高了设备成本，并使控制系统更加复杂化。本专利技术的第二个目标就是采用光学对焦的方法来取代传统的激光测距法，仅需使用几个固定不动的反射镜，利用光学原理，将指示光分为两束，从两个不同的位置分别入射到会聚透镜，会聚透镜的焦点处即为会聚光斑直径最小的地方，也就是最佳工作位置。两束指示光将在透镜的焦点处产生重合，如果待清洗物位于透镜焦点之外的其他位置，则操作人员将看到两个光斑，只有当待清洗物位于透镜焦点处时，操作人员看到两个光斑重合在一起，此时待清洗物与手持式激光清洗机处于最佳工作距离。由此即以光学的方法实现了最佳工作位置的对焦指示，同时对工作激光能量无任何衰减。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供了一种手持式激光清洗机的光学整型装置，将可见指示光和不可见工作激光进行合束和分束，再通过望远系统和折返式自由光路对两部分光束分别进行整型和移位，从而实现了工作激光功率的高密度集中，克服了单轴系统体积过大的问题；采取了光学对焦的方法，取代了传统的激光测距法，用于指示最佳工作点位置，减少了元器件数量，使结构更为简单紧凑；在不可见的工作激光中附加了可见指示光，同时实现了光学对焦，既给操作人员指明了清洗区域，又保障了人身安全。本专利技术的技术解决方案是:一种手持式激光清洗机的光学整型装置包括:指示光发生器(11)、工作波长激光器(21)、第一反射镜(31)、合束镜(32 )、分束镜(33 )、第二反射镜(34)、第三反射镜(35)、第四反射镜(36)、第五反射镜(37)、前透镜(41)、后透镜(42)、第六反射镜(51)、振镜(52)和准直聚焦透镜(61);所述前透镜(41)、后透镜(42)组成双镜光束整形系统；指示光发生器(11)发出的可见光和工作激光器(21)发出的工作激光利用第一反射镜(31)与合束镜(32)进行合束和转向，使指示光和工作激光处于同一光路中，然后通过分束镜(33),混合光被分为两部分,第一部分包含50%的指不光与99.5%以上的工作激光，经过前透镜(41)和后透镜(42)组成的双镜光束整型系统，利用望远镜的原理进行整型，将光斑直径缩小5?10倍，再利用第六反射镜(51)和振镜(52)使点状激光工作在角扫描状态，最后采用一个高透射率的准直聚焦镜(61)将激光由角扫描转化为线扫描状态，并会聚成一个直径较小的光点，从而使激光能量高密度集中在待清洗物的表面，超过清洗阈值功率，实现清洗功能；混合光的第二部分主要由可见的指示光组成，微量的工作激光可以忽略，经过分束镜(33)后被第二反射镜(34)反射，垂直于第一部分的光路平面向下行进一定距离，再经过第三反射镜(35)、第四反射镜(36)、第五反射镜(37)，使之平行于第一部分光路入射到聚焦镜(61)的下部；根据透镜聚焦原理，当清洗物处于非工作距离时，两部分光路将离散，清洗物上出现两个光斑；当清洗物处于最佳工作距离时，第二部分指示光与第一部分指示光重合，表明该点为聚焦点，由此实现了光学对焦。所述工作波长激光器(21)输出光束直径大于等于3_。所述的合束镜(32)和分束镜(33)表面镀有45°增反膜，对工作激光反射率为99.5%以上，对指示光波段透射率为20%?80%。所述双镜光束整形系统采用采用开普勒望远镜或伽利略望远镜结构，前透镜(41)采用双凸、平凸或凹凸型聚焦镜，后透镜(42)采用凸透镜或凹透镜，前后两镜同轴且焦点重口 ο所述前透镜(41)、后透镜(42)的材料为石英、CaF或ZnSe，表面镀增透膜。所述振镜(52)的频率和幅度由外部三角波或正弦波信号控制调节，频率范围从IHz到200Hz，最高角振动幅度为±20°，与控制信号的电压幅度呈线性关系。点状激光通过振镜后转化为角扫描状态，再由一个高透射率的聚焦镜转化为线扫描状态。所述指示光发生器(11)是半导体激光器或氦氖激光器，输出光波长为可见光波段400nm ?780nm。该系统中包含的元件及特征为:指示光激光器为半导体激光器或氦氖激光器，输出为可见光波段400nm?780nm。工作激光器是光纤激光器、YAG激光器或CO2激光器,输出为连续激光或脉冲激光，波长段为0.532 ii m?10.64 u m，输出功率5W?300W。合束镜表面镀有45°增反膜，对工作激光反射率为99.5%以上，对指示光的透射率为20%以上。分束镜与合束镜米用同一种光学兀件。反射镜表面镀招，可见光波段反射率大于90%。透镜材料为石英、CaF或ZnSe，表面镀增透膜。振镜的频率和幅度可由外部电信号控制调节，频率范围IHz?200Hz，角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手持式激光清洗机的光学整型装置，其特征在于包括：指示光发生器（11）、工作波长激光器（21）、第一反射镜（31）、合束镜（32）、分束镜（33）、第二反射镜（34）、第三反射镜（35）、第四反射镜（36）、第五反射镜（37）、前透镜（41）、后透镜（42）、第六反射镜（51）、振镜（52）和准直聚焦透镜（61）；所述前透镜（41）、后透镜（42）组成双镜光束整形系统；指示光发生器（11）发出的可见光和工作激光器（21）发出的工作激光利用第一反射镜（31）与合束镜（32）进行合束和转向，使指示光和工作激光处于同一光路中，然后通过分束镜（33），混合光被分为两部分，第一部分包含50%的指示光与99.5%以上的工作激光，经过前透镜（41）和后透镜（42）组成的双镜光束整型系统，利用望远镜的原理进行整型，将光斑直径缩小5～10倍，再利用第六反射镜（51）和振镜（52）使点状激光工作在角扫描状态，最后采用一个高透射率的准直聚焦镜（61）将激光由角扫描转化为线扫描状态，并会聚成光点，从而使激光能量高密度集中在待清洗物的表面，超过清洗阈值功率，实现清洗功能；混合光的第二部分由可见的指示光组成，微量的工作激光可以忽略，经过分束镜（33）后被第二反射镜（34）反射，垂直于第一部分的光路平面向下行进一定距离，再经过第三反射镜（35）、第四反射镜（36）、第五反射镜（37），使之平行于第一部分光路入射到聚焦镜（61）的下部；根据透镜聚焦原理，当清洗物处于非工作距离时，两部分光路将离散，清洗物上出现两个光斑；当清洗物处于最佳工作距离时，第二部分指示光与第一部分指示光重合，表明该点为聚焦点，由此实现了光学对焦。...

【技术特征摘要】
1.一种手持式激光清洗机的光学整型装置，其特征在于包括:指示光发生器(11)、工作波长激光器(21)、第一反射镜(31)、合束镜(32)、分束镜(33)、第二反射镜(34)、第三反射镜(35)、第四反射镜(36)、第五反射镜(37)、前透镜(41)、后透镜(42)、第六反射镜(51)、振镜(52)和准直聚焦透镜(61);所述前透镜(41)、后透镜(42)组成双镜光束整形系统；指示光发生器(11)发出的可见光和工作激光器(21)发出的工作激光利用第一反射镜(31)与合束镜(32)进行合束和转向，使指示光和工作激光处于同一光路中，然后通过分束镜(33)，混合光被分为两部分，第一部分包含50%的指示光与99.5%以上的工作激光，经过前透镜(41)和后透镜(42)组成的双镜光束整型系统，利用望远镜的原理进行整型，将光斑直径缩小5?10倍，再利用第六反射镜(51)和振镜(52)使点状激光工作在角扫描状态，最后采用一个高透射率的准直聚焦镜(61)将激光由角扫描转化为线扫描状态，并会聚成光点，从而使激光能量高密度集中在待清洗物的表面，超过清洗阈值功率，实现清洗功能；混合光的第二部分由可见的指示光组成，微量的工作激光可以忽略，经过分束镜(33)后被第二反射镜(34)反射，垂直于第一部分的光路平面向下行进一定距离，再经过第三反射镜(35)、第四反射镜(36)、第五反射镜(37)，使之平行于第一部分光路入射到聚焦镜(61)的下部；根据透镜聚焦原理，当清洗物处于非工作距离时，两部分光路将离...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，王巍，刘佳，阚宝玺，
申请(专利权)人：北京航天时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：