[發明專利]用于激光沖擊的光斑整形裝置及其方法

在審

• 申請號: 202010541726.1
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111558778A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 馮愛新;徐國秀;周遠航;韓磊;王術新;潘曉銘;羅虹;張健;張成龍;吳成萌
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: B23K26/356
• 分類號: B23K26/356;B23K26/064;B23K26/70;G02B27/09
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 王玉國

本發明涉及用于激光沖擊的光斑整形裝置及方法，在入光口與出光口之間設有用于光斑整形的微透鏡陣列系統、用于調節光斑大小的整形元件、準直鏡、聚焦鏡，微透鏡陣列系統置于電動滑臺一上，可移動，整形元件包含依次等距平行錯列布置的擴束鏡一、擴束鏡二及擴束鏡三，置于電動滑臺二上，可移動。激光束從入光口進入，由微透鏡陣列系統將圓光斑整形為能量分布均勻的方光斑，通過電動滑臺二擴束鏡一、擴束鏡二及擴束鏡三的切換，調節光斑大小；若無需光斑整形，電動滑臺一控制微透鏡陣列系統移動，光束未經過微透鏡陣列系統，光束直接經過整形元件輸出圓光斑；激光器輸出的光斑在圓光斑與方光斑的之間快速轉換，光束轉化效率高，光強分布均勻、平頂。

技術領域

本發明涉及一種用于激光沖擊的光斑整形裝置及其方法，屬于激光沖擊加工技術領域。

背景技術

由于高能脈沖激光誘導沖擊波來強化金屬材料表面的激光沖擊強化技術強化效果強，近年來得到廣泛研究與應用。激光沖擊能夠提高材料的抗疲勞性能，但研究主要集中于圓形光斑的激光沖擊，傳統的激光沖擊強化技術使用的是圓形光斑，研究的深入表明，在一些情況下，強化后的材料在光斑中心部位的殘余壓應力要低于周圍，甚至變為拉應力。根據Fabbro總結的“殘余應力洞”的成形原因，稀疏波向光斑中心的匯聚是引起“殘余應力洞”的主要原因。而激光光斑轉變為方形光斑后，稀疏波并不是在光斑中心同時匯聚，降低了“殘余應力洞”現象。與圓形光斑相比，方形光斑具有更加均勻的殘余應力場、不易產生應力空洞和強化后工件表面光滑、質量好等優點。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種用于激光沖擊的光斑整形裝置及其方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

用于激光沖擊的光斑整形裝置，特點：在入光口與出光口之間依次設有用于光斑整形的微透鏡陣列系統、用于調節光斑大小的整形元件、準直鏡和聚焦鏡，微透鏡陣列系統置于電動滑臺一上，可移動，所述整形元件包含依次等距平行錯列布置的擴束鏡一、擴束鏡二及擴束鏡三，置于電動滑臺二上，可移動。

進一步地，上述的用于激光沖擊的光斑整形裝置，其中，所述微透鏡陣列系統包括在入光孔與出光孔之間設置的微透鏡陣列與焦平面。

進一步地，上述的用于激光沖擊的光斑整形裝置，其中，所述微透鏡陣列是由孔徑為微米級至百微米級的微透鏡排列組合而成。

進一步地，上述的用于激光沖擊的光斑整形裝置，其中，所述微透鏡陣列的微透鏡是532nm和1064nm的透射率在99.5％以上的鏡片。

進一步地，上述的用于激光沖擊的光斑整形裝置，其中，所述微透鏡陣列為方形微透鏡陣列，將激光束由圓光斑轉化為方光斑。

進一步地，上述的用于激光沖擊的光斑整形裝置，其中，所述擴束鏡一、擴束鏡二與擴束鏡三固定在底板上，底板置于電動滑臺二，且擴束鏡一位于擴束鏡二的左側，擴束鏡三位于擴束鏡二的右側；所述擴束鏡一與擴束鏡二的中心線距離為85mm，擴束鏡三與擴束鏡二的中心線距離為85mm；所述擴束鏡一與擴束鏡二的斜邊距離為120mm，擴束鏡三與擴束鏡二的斜邊距離為120mm；所述聚焦鏡置于電動滑臺三上，可移動。

本發明用于激光沖擊的光斑整形方法，激光束從入光口進入，由微透鏡陣列系統將圓光斑整形為能量分布均勻的方光斑，通過電動滑臺二控制整形元件的擴束鏡一、擴束鏡二及擴束鏡三的切換，調節光斑大小，光束經準直鏡準直，聚焦鏡聚焦后輸出；若無需光斑整形，通過電動滑臺一控制微透鏡陣列系統移動，使光束未經過微透鏡陣列系統，光束直接經過整形元件輸出圓光斑，光束經準直鏡準直，聚焦鏡聚焦后輸出，并通過電動滑臺三驅動聚焦鏡來改變光斑大小；實現激光器輸出的光斑在圓光斑與方光斑的之間快速轉換。