[發(fā)明專利]適用于掃描光斑校形的動(dòng)態(tài)光學(xué)聚焦機(jī)械裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810631021.1
• 申請(qǐng)日: 2018-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN108866317B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡永祥;吳迪;姚振強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/09
• 分類號(hào): G02B27/09;G02B26/10;B23K26/046;C21D10/00
• 代理公司: 31236 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 莊文莉<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明提供適用于掃描光斑校形的動(dòng)態(tài)光學(xué)聚焦機(jī)械裝置，第一鏡座、第二鏡座分別安裝在同軌雙滑塊平移臺(tái)的雙滑塊上，第一鏡座、第二鏡座能夠沿同軌雙滑塊平移臺(tái)的雙滑塊軌道獨(dú)立平移運(yùn)動(dòng)；第一柱面透鏡安裝圓筒、第二柱面透鏡安裝圓筒、球凸透鏡安裝座按光線發(fā)射方向依次排布，球凸透鏡安裝座安裝球凸透鏡，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)第一柱面透鏡安裝圓筒旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸套與傳動(dòng)光軸運(yùn)動(dòng)副傳動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)兩柱面透鏡安裝圓筒的同步旋轉(zhuǎn)；本裝置按照大幅面激光掃描的光斑校形需求，為用于光斑形狀畸變校正的正交柱面透鏡組動(dòng)態(tài)聚焦光路提供了具體的機(jī)械裝置形式，有效實(shí)現(xiàn)一對(duì)正交柱面透鏡組同步旋轉(zhuǎn)和獨(dú)立平移運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)進(jìn)行，并使光路調(diào)整的精度滿足一定要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種動(dòng)態(tài)光學(xué)聚焦機(jī)械裝置，尤其是涉及特指在大幅面掃描激光加工中用于光斑形狀校正的動(dòng)態(tài)光學(xué)聚焦機(jī)械裝置，主要應(yīng)用于大型工件激光噴丸應(yīng)用，也可用于其他需要大幅面光學(xué)掃描的激光加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在航空航天制造領(lǐng)域，大型工件的成形與強(qiáng)化是十分關(guān)鍵的技術(shù)難題。一方面，為了滿足氣動(dòng)外形的需求，此類大型工件的輪廓形狀一般比較復(fù)雜，成形加工難度較大，另一方面，為了能夠在嚴(yán)苛的環(huán)境中穩(wěn)定工作，此類大型工件還必須具備良好的力學(xué)性能，需要在服役前進(jìn)行充分的強(qiáng)化處理。

激光噴丸技術(shù)是航空航天領(lǐng)域關(guān)鍵工件成形與強(qiáng)化的重要技術(shù)，其原理是利用高能短脈沖激光輻照工件表面，形成一定大小與形狀的激光光斑，激光與工件上的吸收層作用后在約束層的作用下產(chǎn)生幅值極高的瞬態(tài)沖擊壓力，形成沿工件深度方向不均勻的殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)工件的強(qiáng)化或成形。激光噴丸技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械噴丸技術(shù)相比，產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力場(chǎng)幅值更高，深度更大，因而具有更強(qiáng)的強(qiáng)化效果與成形能力，可應(yīng)用于葉片葉緣強(qiáng)化、整體壁板無(wú)模成形等復(fù)雜加工場(chǎng)合。

常用的激光噴丸系統(tǒng)一般采用固定光路傳導(dǎo)激光，由機(jī)械臂等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)夾持工件運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工工件的激光噴丸處理。此方式比較適用于小型的工件，對(duì)大型工件實(shí)施激光噴丸處理更適合采用能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描的光路系統(tǒng)，可允許難以移動(dòng)的大型工件固定不動(dòng)，通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)光路進(jìn)行合理的規(guī)劃與調(diào)整使激光脈沖依次對(duì)工件上的各點(diǎn)進(jìn)行掃描式激光噴丸。專利文獻(xiàn)CN104923606A公開了一種用于大型工件激光噴丸成形的光路裝置及方法，提出了一種動(dòng)態(tài)掃描光路的具體實(shí)現(xiàn)形式，其利用兩軸振鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)激光的大范圍動(dòng)態(tài)掃描，對(duì)于掃描過(guò)程的激光聚焦誤差以及光斑形狀誤差，則通過(guò)一個(gè)特殊的動(dòng)態(tài)光學(xué)聚焦系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)特殊動(dòng)態(tài)光學(xué)聚焦系統(tǒng)的核心是一對(duì)動(dòng)態(tài)可調(diào)的正交柱面透鏡組，其可進(jìn)行相互獨(dú)立的平移和同步的旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整動(dòng)態(tài)聚焦的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)大幅面掃描中的光斑校形，從而使掃描光斑的質(zhì)量滿足要求。但是，在此專利文獻(xiàn)中，并未涉及用于實(shí)現(xiàn)正交柱面透鏡組獨(dú)立平移和同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)調(diào)整的具體機(jī)械裝置。

為了搭建完善的動(dòng)態(tài)掃描光路系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)大型工件的激光噴丸處理，需要提供用于大幅面掃描光斑校形的動(dòng)態(tài)光學(xué)聚焦機(jī)械裝置，其以一對(duì)動(dòng)態(tài)可調(diào)的正交柱面透鏡運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為核心，滿足掃描光路中兩面柱面透鏡獨(dú)立平移和同步旋轉(zhuǎn)協(xié)同調(diào)整的需要，以實(shí)現(xiàn)激光噴丸掃描過(guò)程中光斑形狀的準(zhǔn)確校正。目前尚未發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種適用于掃描光斑校形的動(dòng)態(tài)光學(xué)聚焦機(jī)械裝置。

本發(fā)明提供一種適用于掃描光斑校形的動(dòng)態(tài)光學(xué)聚焦機(jī)械裝置，包括同軌雙滑塊平移臺(tái)、第一柱面透鏡安裝圓筒、第二柱面透鏡安裝圓筒、第一鏡座、第二鏡座、球凸透鏡安裝座；

第一鏡座、第二鏡座分別安裝在同軌雙滑塊平移臺(tái)的雙滑塊上，第一鏡座、第二鏡座能夠沿同軌雙滑塊平移臺(tái)的雙滑塊軌道獨(dú)立平移運(yùn)動(dòng)；

第一柱面透鏡安裝圓筒與第一鏡座相配合安裝第一柱面透鏡，第二柱面透鏡安裝圓筒與第二鏡座相配合安裝第二柱面透鏡，通過(guò)第一柱面透鏡、第二柱面透鏡的光線發(fā)射方向與同軌雙滑塊平移臺(tái)的延伸方向平行；