一种基于高表面质量的高功率激光多面转镜

本发明属于光学镜片制造，更具体地，涉及一种基于高表面质量的高功率激光多面转镜。

背景技术：

1、随着船舶舰船、石油化工、航天航空、武器装备等领域的快速发展，高功率与高效率成为激光加工领域发展趋势。在高效率激光加工方面，传统激光加工多采用振镜式扫描，其扫描速度有限，难以实现超高速扫描。而多面转镜式由于具有超高速、高精度与高重复性等优点，成为首选的替代方案。

2、目前产品化的多面转镜由于采用实心结构，多应用于激光雷达、激光印刷等低激光功率领域。在高功率激光领域中，多面转镜镜面受到激光辐照时，会因对激光能量的吸收而产生不均匀温升，导致镜面热变形，进而导致频谱加宽、光束发散角增大、靶面功率密度下降、光束中心偏移等一系列问题，导致靶面加工质量的下降甚至加工失败。

3、目前，多面转镜抑制镜面温升和变形的方法主要是依靠其自身的热容量，因此，为应对激光功率的提高，多面转镜需要具有更大的体积，导致其质量和转动惯量增大，不利于多面转镜保持稳定的工作状态和镜面尺寸的进一步增大。同时，由于多面转镜在工作中高速旋转，导致无法对镜体本身采用当前常用的水冷和相变制冷等技术。此外，也存在风冷或施加在轴承和壳体上的间接冷却来抑制转镜温升和变形的方法，但前者存在风冷面积小、效果差的问题，而后者导致整体装置结构复杂，同时也难以匹配超高功率激光系统。

技术实现思路

1、针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供了一种基于高表面质量的高功率激光多面转镜，旨在解决现有多面转镜散热降温和抑制变形效果较差，整体装置复杂的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于高表面质量的高功率激光多面转镜，包括：轴承区域、镜体区域和镜面区域；

3、所述轴承区域位于所述镜体区域的中心位置，所述镜面区域围绕所述镜体区域侧面的一周设置；所述轴承区域连接电机，用于带动所述镜体区域和镜面区域高速转动，所述镜体区域用于支撑所述镜面区域，所述镜面区域转动对入射激光产生不同的反射角度；

4、所述镜体区域采用激光增材制造成形，并采用轻量化结构，通过所述轻量化结构之间的有序连接构建冷却通道，所述冷却通道贯穿镜体区域，增加散热面积。

5、可选的，所述轻量化结构为点阵、多孔或蜂窝结构。

6、可选的，所述点阵结构包括：体心立方结构或三周期极小曲面刚度结构组成。

7、可选的，增材制造成形采用先轮廓后实体扫描的制造顺序。

8、可选的，所述冷却通道采用主动冷却方式对所述镜面区域进行降温。

9、可选的，所述镜面区域的厚度大于2mm。

10、可选的，在所述镜面区域的边缘预设位置设置垂直于镜面的小孔，在所述镜体区域靠近所述镜面区域的边缘处装设激光定位器，所述激光定位器发射激光从所述小孔射出，所述激光定位器用于进行辅助定位，确定所述高功率激光多面转镜的姿态。

11、可选的，所述小孔的数量为两个，两个所述小孔关于所述轴承区域的中心点对称。

12、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

13、1、本发明实施例提供的一种基于高表面质量的高功率激光多面转镜，采用具有高表面质量的点阵、多孔、蜂窝等结构代替实心结构，构建出冷却通道，通过增大镜体换热面积及在进行气冷时对内部气流造成的扰动，使镜面热变形的抑制能力得到提高，进而使所述多面转镜能够适应于超高功率激光加工场景。

14、2、本发明实施例提供的一种基于高表面质量的高功率激光多面转镜，在镜体制造过程中采用增材制造技术，克服了传统减材加工难以制造复杂零件的问题，极大程度上实现了功能优先的设计理念；采用轻量化结构实现了转镜结构的轻量化，同时保证了镜体的强度，使所述多面转镜能够进一步扩大镜面尺寸，适应大光斑激光加工的应用场景。

15、3、本发明实施例提供的一种基于高表面质量的高功率激光多面转镜，通过在多面转镜内部设置定位激光器，进行辅助激光定位，避免了外部激光辅助定位中由于光斑尺寸、反射等所导致的误差，能够对高速旋转状态下的多面转镜实现高精度姿态定位。

技术特征：

1.一种基于高表面质量的高功率激光多面转镜，其特征在于，包括：轴承区域、镜体区域和镜面区域，均采用激光增材制造成形；

2.如权利要求1所述的高功率激光多面转镜，其特征在于，所述轻量化结构为点阵、多孔或蜂窝结构。

3.如权利要求2所述的高功率激光多面转镜，其特征在于，所述点阵结构包括：体心立方结构或三周期极小曲面刚度结构组成。

4.如权利要求1所述的高功率激光多面转镜，其特征在于，增材制造成形采用先轮廓后实体扫描的制造顺序。

5.如权利要求1所述的高功率激光多面转镜，其特征在于，所述冷却通道采用主动冷却方式对所述镜面区域进行降温。

6.如权利要求1所述的高功率激光多面转镜，其特征在于，所述镜面区域的厚度大于2mm。

7.如权利要求1所述的高功率激光多面转镜，其特征在于，在所述镜面区域的边缘预设位置设置垂直于镜面的小孔，在所述镜体区域靠近所述镜面区域的边缘处装设激光定位器，所述激光定位器发射激光从所述小孔射出，所述激光定位器用于进行辅助定位，确定所述高功率激光多面转镜的姿态。

8.如权利要求7所述的高功率激光多面转镜，其特征在于，所述小孔的数量为两个，两个所述小孔关于所述轴承区域的中心点对称。

技术总结
本发明公开了一种基于高表面质量的高功率激光多面转镜。该多面转镜包括：轴承区域、镜体区域和镜面区域，均采用激光增材制造成形；轴承区域位于镜体区域的中心位置，镜面区域围绕镜体区域侧面的一周设置；轴承区域连接电机，带动镜体区域和镜面区域高速转动，镜体区域支撑镜面区域，镜面区域转动对入射激光产生不同的反射角度；多面转镜采用激光增材制造成形，并通过抛光、镀膜等后处理手段实现所述转镜的制造。镜体部分采用具有高表面质量的轻量化结构，轻量化结构构建冷却通道，冷却通道贯穿镜体区域，增加散热面积，便于对转镜施加主动冷却。实现了构建冷却通道，有效降温，抑制形变，适应大光斑激光加工的应用场景的有益效果。

技术研发人员：朱海红,王为成,陈柏金,杨旭,肖海峰
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15