长焦深超长光斑多通道激光清洗光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种长焦深超长光斑多通道激光清洗光学系统，所述系统包括两路以上相同结构的纵向设置的单通道长焦深激光清洗光学模块，所述单通道长焦深激光清洗光学模块包括光束聚焦球面镜组和长焦深非球面扩束镜组，所述光束聚焦球面镜组包括第一正光焦度弯月凸透镜、负光焦度弯月凹透镜和第二正光焦度弯月凸透镜，三者耦合相互作用在X方向将激光器准直输出的光束压缩成线光斑；长焦深非球面准直镜组包括负光焦度双凹球面柱透镜和第一正光焦度弯月非球面柱透镜，两者相互作用对线光斑进行均匀化处理，保证光斑的整体能量分布更加均匀，同时有效增加整形光斑的长度。所述系统具有能够提高清洗效率，结构简单，易于加工等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
长焦深超长光斑多通道激光清洗光学系统


[0001]本专利技术涉及光学清洗装置
，尤其涉及一种长焦深超长光斑多通道激光清洗光学系统。

技术介绍

[0002]激光清洗被誉为21世纪最具潜力绿色清洗技术，目前，激光清洗技术处于快速发展阶段，成为激光制造
一个新的研究热点。欧、美等发达国家都在大力开展和推广激光清洗技术的研究与应用。近年来，我国重点发展国家高端精密制造业，一批高端装备取得突破性进展，先进制造业快速增长以及中国制造2025都对激光清洗技术提出了迫切的需求。因此，急需开发低成本、高效、高质和绿色环保的激光清洗制造技术与装备，以替代污染环境、效率低、精度低的酸碱洗、喷砂和机械刮削等传统清洗技术。
[0003]传统激光清洗机基于振镜扫描式，以一定频率对光斑进行快速扫描，从而达到快速清洗污染构件表面的作用。但传统的振镜扫描方法缺点是光斑能量分布表现为中间高两边低，容易对构件基底材料造成不可避免的损伤。因此，急需开发新型超长均匀线光斑激光清洗头，以满足高效、安全的激光清洗技术。
[0004]目前市场上也有部分基于线光斑的激光清洗光学系统，但大部分线光斑清洗系统焦深较小≤
±
10mm，光斑长度≤100mm，光斑宽度1～5mm不等，同时大部分为手持式，清洗效率较低，不适用于清洗大尺寸且具有一定纵度的复杂工件，极大的限制了激光清洗技术在工业领域应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种能够提高清洗效率，结构简单，易于加工的长焦深超长光斑多通道激光清洗光学系统。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种长焦深超长光斑多通道激光清洗光学系统，其特征在于包括：
[0007]两路以上相同结构的纵向设置的单通道长焦深激光清洗光学模块，所述单通道长焦深激光清洗光学模块包括光束聚焦球面镜组和长焦深非球面准直镜组，所述光束聚焦球面镜组包括第一正光焦度弯月凸透镜、负光焦度弯月凹透镜和第二正光焦度弯月凸透镜，三者耦合相互作用在X方向将激光器准直输出的光束压缩成线光斑；长焦深非球面准直镜组包括负光焦度双凹球面柱透镜和第一正光焦度弯月非球面柱透镜，两者相互作用对线光斑进行均匀化处理，保证光斑的整体能量分布更加均匀，同时有效增加整形光斑的长度。两路以上相同结构的纵向设置的单通道长焦深激光清洗光学模块进行高精度耦合拼接可使光斑长度成倍增加。
[0008]优选的，所述光束聚焦球面镜组用于将激光器输出11.25mm光斑压缩到宽度为0.5mm的线光斑。
[0009]优选的，长焦深非球面准直镜组用于对线光斑进行均匀化，同时得到焦深为
±
30mm，光斑长度为102mm线光斑。
[0010]优选的，所述系统工作波段为1080nm；工作距离为1280mm，系统总长为360mm，耐受激光功率不小于1000W。
[0011]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术所述系统可以获得长焦深、超长线能量均匀线光斑，可大大提高激光清洗效率；本专利技术的光学系统结构简单，易于加工；可以耦合大功率激光器，提高执行机构速度；使用的第一正光焦度弯月非球面柱透镜偶次项系数较少，可大大较小加工难度；多光源拼接技术，对多路高效激光清洗工作头进行拼接，成倍缩减清洗时间，提高工作效率；可广泛应用于激光清洗、激光抛光、激光熔覆、定量评价激光损伤阈值和激光燃烧场测量等研究领域，能够为激光清洗、激光抛光、强激光与材料损伤机理及应用研究、激光燃烧诊断技术提供均匀，且高光束质量的平顶高斯激光光束，能够大幅提升激光清洗和激光抛光效率。
附图说明
[0012]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0013]图1是本专利技术实施例所述系统的原理框图；
[0014]图2是本专利技术实施例所述系统中单通道长焦深激光清洗光学模块的原理框图；
[0015]其中：1、第一正光焦度弯月凸透镜；2、负光焦度弯月凹透镜；3、第二正光焦度弯月凸透镜；4、负光焦度双凹球面柱透镜；5、第一正光焦度弯月非球面柱透镜；6、单通道长焦深激光清洗光学模块。
具体实施方式
[0016]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0018]如图1
‑
图2所示，本专利技术实施例公开了一种长焦深超长光斑多通道激光清洗光学系统，包括：
[0019]两路以上相同结构的纵向设置的单通道长焦深激光清洗光学模块6，所述单通道长焦深激光清洗光学模块6包括光束聚焦球面镜组和长焦深非球面准直镜组。其中，光束聚焦球面镜组包括第一正光焦度弯月凸透镜1、负光焦度弯月凹透镜2、第二正光焦度弯月凸透镜3，三者耦合相互作用在X方向将激光器输出11.25mm光斑压缩到宽度为0.5mm的线光斑。长焦深非球面准直镜组包括负光焦度双凹球面柱透镜4，第一正光焦度弯月非球面柱透镜5，两者相互作用对高斯光束进行均匀化，均化能量达86％以上，同时得到焦深为
±
30mm，光斑长度为102mm线光斑。
[0020]两单通道相互耦合得到所述一种长焦深超长线光斑双通道激光清洗光学系统，该激光清洗系统纵向焦深为
±
30mm，焦深范围内光斑能量均匀性≥86％以上；光斑长度为
204mm，可大大提高激光清洗效率和机械结构纵向清洗深度，可广泛应用于飞机除漆，大型机械构建除锈等领域；系统工作波段为1080nm，工作距离为1280mm，系统总长为360mm，耐受激光功率不小于1000W。
[0021]本专利技术所述系统可以获得长焦深、超长线能量均匀线光斑，可大大提高激光清洗效率；本专利技术的光学系统结构简单，易于加工；可以耦合大功率激光器，提高执行机构速度；使用的第一正光焦度弯月非球面柱透镜偶次项系数较少，可大大较小加工难度；多光源拼接技术，对多路高效激光清洗工作头进行拼接，成倍缩减清洗时间，提高工作效率；可广泛应用于激光清洗、激光抛光、激光熔覆、定量评价激光损伤阈值和激光燃烧场测量等研究领域，能够为激光清洗、激光抛光、强激光与材料损伤机理及应用研究、激光燃烧诊断技术提供均匀，且高光束质量的平顶高斯激光光束，能够大幅提升激光清洗和激光抛光效率。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长焦深超长光斑多通道激光清洗光学系统，其特征在于包括：两路以上相同结构的纵向设置的单通道长焦深激光清洗光学模块(6)，所述单通道长焦深激光清洗光学模块(6)包括光束聚焦球面镜组和长焦深非球面准直镜组，所述光束聚焦球面镜组包括第一正光焦度弯月凸透镜(1)、负光焦度弯月凹透镜(2)和第二正光焦度弯月凸透镜(3)，三者耦合相互作用在X方向将激光器准直输出的光束压缩成线光斑；长焦深非球面准直镜组包括负光焦度双凹球面柱透镜(4)和第一正光焦度弯月非球面柱透镜(5)，两者相互作用对线光斑进行均匀化处理，同时有效增加整形光斑的长度。2.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：于祥燕，杨振，刘莹莹，王玉龙，郑晓刚，闫晶，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：