光学匀光系统

激光加工系统中,匀光系统的作用是将激光束均匀、快速、完整地照射到某一较大的范围内,以满足不同的加工要求。网如,激光表面处理,希望将激光束变换为功率密度均匀分布的大面积光斑,以保证激光均匀处理:振镜式激光打标,由于振镜以一定频率振动,经其反射再聚焦后使激光点在被打标工件上扫描,扫描的焦平面与工件平面不重合,需要加平场透镜加以桥正:激光微调机用以微调电阻值,为了在整个加工区域内保证光点尺寸的均匀性,也需采用平场透镜。

1.扫描器

1)振动镜

振动镜是机械振动式反射镜,简称振镜。一般是采用两个带有长方形光学反射镜片的伺服控制器在相互垂直的x、y方向以不同的频率扫描,光点合成的轨迹类似于电学中的李萨育图形。振

镜上的反射镜要镀膜,以提高其反射率。计算机编辑出所要加工的程序文件,通过专用的D/A卡将计算机的数字信号转换为模拟信号,分别由两个伺服控制器驱动x、y两个方向的振镜,使激光束在x、y两个方向进行扫描合成,完成所需的加工程序。这种振镜一般的最大光学扫描角为80°,两个振镜的扫描频率为数百赫兹。

2)转镜

转镜是机械转动式反射镜。可采用高速转动的旋转多面镜或多棱镜来反射激光,则反射激光在一定范围内以高重复频率进行扫描。

转镜扫描一般由一个多面棱镜、驱动电机和控制系统组成,由于转镜是一个圆的内接多边形,若有N个反射面,每个面的张角就为360°/N.由几何光

学可知,转镜绕轴转动a角,反射光将转2α角。

若镜面宽10mm,反射面数N=24,激光波长λ=633nm.则有A=8249点/次。若要求扫描频率6000Hz.转镜旋转一转电机转速为6000/24=250r/s,即要求电机转速为15000r/min.这种转镜的扫描频率比振镜高得多,可达上万赫兹,扫描光带内光功率密度分布的均匀性好,边缘清晰度较高。扫描角范围为5°~36°。

3)积分镜积分镜是以球面镜为基底、由上面均匀粘贴着尺寸相同的小方镜片(或透镜)组成。小镜片将入射的平行激光的一部分反射(或透射),将反射的各方形光束在基底球面的焦点处重叠,尽管每个小方形光束可能强度分布不均匀,但多个叠加的结果,产生积分作用,便可获得均匀的激光斑。

使用积分镜时,人射激光束充满小方镜片为最好,所以多数激光束需要扩束。另外,由于小镜片存在衍射及各束光之间的干涉,光斑内有可能出现干涉条纹。

积分镜没有运动部件,比振镜和转镜简单可靠、但其光斑尺寸调整困难。

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