一种基于反射式带状积分镜的内孔熔覆激光系统的制作方法

本发明涉及一种内孔熔覆激光器，具体涉及一种基于反射式带状积分镜的内孔熔覆激光系统。

背景技术：

激光内孔熔覆是一种新型的零件内孔处理技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。

现有的激光内孔熔覆系统主要存在以下三点缺陷：第一，光斑为圆光斑，加工效率低；第二，系统复杂，调校困难；第三，系统零部件繁多，生产成本较大。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有内孔熔覆激光系统加工效率低、系统复杂、不易调节以及生产成本高等的不足，而提供一种基于反射式带状积分镜的内孔熔覆激光系统。该系统将激光器出射光束准直，然后通过x轴聚焦柱面透镜对光束x轴进行聚焦，随后光束照射在反射式带状积分镜上，反射式带状积分镜将光束以方形光斑输出，完全满足激光内孔熔覆的需要。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种基于反射式带状积分镜的内孔熔覆激光系统，其特殊之处在于，包括激光源、准直组件、x轴聚焦柱面透镜和反射式带状积分镜；所述x轴聚焦柱面透镜的焦点与反射式带状积分镜的焦点重合；所述反射式带状积分镜由多个矩形镜面元拼接而成，各个矩形镜面元在反射式积分镜的焦平面上所对应的像大小相同，且在其焦点处完全重合；激光源发出的光束经准直组件准直后照射在x轴聚焦柱面透镜上，x轴聚焦柱面透镜对x轴方向的光束进行聚焦；经x轴聚焦柱面透镜聚焦后的光束继续传输到达反射式带状积分镜，反射式带状积分镜将y轴方向的光束进行切割、重排、叠加，并使光束偏转90°射出。

进一步地，上述激光源采用光纤输出激光器。

进一步地，上述准直组件采用激光光束准直透镜组。

进一步地，上述激光源采用面阵半导体激光器，包括第一面阵半导体激光器和第二面阵半导体激光器；第一面阵半导体激光器的光轴水平设置且与第二面阵半导体激光器的光轴垂直；准直组件包括第一快轴准直透镜、第一慢轴准直透镜、第二快轴准直透镜和第二慢轴准直透镜；所述第一面阵半导体激光器发射出的光束，先后经第一快轴准直透镜、第一慢轴准直透镜形成第一准直光束；所述第二面阵半导体激光器发射出的光束，先后经第二快轴准直透镜、第二慢轴准直透镜形成第二准直光束；第一准直光束与第二准直光束经激光空间耦合镜耦合产生耦合平行光，耦合平行光照射在x轴聚焦柱面透镜上。耦合完成后，不但可以在光束宽度仅产生细微增加的情况下，大幅度提高激光功率，而且可以消除面阵激光器巴条之间的发光死区，输出光斑均匀性好。

进一步地，上述激光空间耦合镜周期镀膜，每个周期上半个周期镀高反膜，下半个周期镀增透膜；第一面阵半导体激光器的每个发光点正对增透膜中心，第二面阵半导体激光器每个发光点正对高反膜中心。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明提供的内孔熔覆激光系统结构简单，激光光束的整形聚焦与通过反射使光线偏转相融合，极大简化了内控熔覆设备光学结构，使设备调节更简单，大大简化了调节流程。

2、本发明提供的内孔熔覆激光系统在光斑整形过程中仅仅用一块矩形积分镜，在很大程度上节约了成本，使得生产成本更加低廉。

3、本发明对激光器种类的兼容性能突出，可适用于光纤输出激光器、面阵半导体激光器等多种类型激光器；

附图说明

图1是本发明内孔熔覆激光系统一个实施例的结构示意图；

图2是本发明内孔熔覆激光系统另一个实施例的结构示意图。

图中各标号的说明如下：

1—光纤输出激光器、2—激光光束准直透镜组、3—x轴聚焦柱面透镜、4—反射式带状积分镜；

5—第一面阵半导体激光器，51—第一快轴准直透镜，52—第一慢轴准直透镜；6—第二面阵半导体激光器，61—第二快轴准直透镜，62—第二慢轴准直透镜；7—激光空间耦合镜，8—x轴聚焦柱面透镜，9—反射式带状积分镜。

具体实施方式

为了便于描述，本发明定义经准直组件准直后的光束光路所在直线为z轴，铅垂线为y轴，z轴和y轴共面；垂直于z轴和y轴所在平面的直线为x轴。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种基于反射式带状积分镜的内孔熔覆激光系统，包括激光源、准直组件、x轴聚焦柱面透镜3和反射式带状积分镜4；激光源采用光纤输出激光器1，准直组件采用激光光束准直透镜组2。

x轴聚焦柱面透镜8的焦点与反射式带状积分镜9的焦点重合。反射式带状积分镜4由多个矩形镜面元(未图示)拼接而成，通过设计合适的镜面元大小以及调节各个镜面元所需倾斜的空间角度，使各个矩形镜面元在反射式积分镜4的焦平面上所对应的像大小相同，且在反射式积分镜4焦点处完全重合。

光纤输出激光器1发出的光束经准直组件准直后照射在x轴聚焦柱面透镜3上，x轴聚焦柱面透镜3对x轴方向的光束进行聚焦；经x轴聚焦柱面透镜3聚焦后的光束继续传输到达反射式带状积分镜4，反射式带状积分镜4将y轴方向的光束进行切割、重排、叠加，并使光束偏转90°射出。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种基于反射式带状积分镜的内孔熔覆激光系统，包括激光源、准直组件、x轴聚焦柱面透镜8和反射式带状积分镜9。激光源采用面阵半导体激光器，包括第一面阵半导体激光器5和第二面阵半导体激光器6；第一面阵半导体激光器5的光轴水平设置且与第二面阵半导体激光器6的光轴垂直。

x轴聚焦柱面透镜8的焦点与反射式带状积分镜9的焦点重合。反射式带状积分镜9由多个矩形镜面元(未图示)拼接而成，通过设计合适的镜面元大小以及调节各个镜面元所需倾斜的空间角度，使各个矩形镜面元在反射式积分镜9的焦平面上所对应的像大小相同，且在反射式积分镜9焦点处完全重合。

准直组件包括第一快轴准直透镜51、第一慢轴准直透镜52、第二快轴准直透镜61和第二慢轴准直透镜62；第一面阵半导体激光器5发射出的光束，先后经第一快轴准直透镜51、第一慢轴准直透镜52形成第一准直光束；第二面阵半导体激光器6发射出的光束，先后经第二快轴准直透镜61、第二慢轴准直透镜62形成第二准直光束；第一准直光束与第二准直光束经激光空间耦合镜7耦合产生耦合平行光，耦合平行光照射在x轴聚焦柱面透镜8上；x轴聚焦柱面透镜3对x轴方向的光束进行聚焦；经x轴聚焦柱面透镜3聚焦后的光束继续传输到达反射式带状积分镜4，带状积将y轴方向的光束进行切割、重排、叠加，并使光束偏转90°射出。

本发明通过使用积分镜将原有的圆光斑改良为矩形光斑，可增大单次加工面积，提高加工效率；使用单个反射式带状积分镜对光束进行匀化，使输出光斑更加均匀，同时取代了y轴聚焦系统以及使光路偏转90°的反射镜系统，使系统简单易于调节，并尽可能地减少系统零部件，大大节约了生产成本。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。