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深圳海納光學有限公司

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微透鏡應用實例,激光勻化焊接的光斑調整

2022-4-1  閱讀(2938)

  隨著科技進步,精小加工、高集成加工日益與人們的生活相融。激光焊接具有利于自動化,形變小,美觀,深熔深等諸多優(yōu)點。反之,也相應著其苛刻的構成。其中最首要,也是無法繞開的關鍵問題之一就是激光焊接勻化。將入射的高斯光,勻化成平頂光。高斯光能量分布不勻,會嚴重影響焊接的質量。常見的平頂光整形,主要分為DOE和ROE兩類。而ROE激光勻光中,又以微透鏡陣列為出眾的黑馬。其廉價、優(yōu)異激光勻化效果帶來高性價比。本文主要以實例介紹微透鏡陣列用于激光焊接微透鏡,將高斯光勻化成平頂光的相關激光焊接光學計算。
 
  下圖光路為本文所講激光勻化的核心光路:
3.png
  LA1,LA2 同型號微透鏡陣列   FL:聚焦鏡   FP:接收屏面   dn:入射準直光直徑  DPT:勻光大小
 
  fLA1=fLA2:微透鏡陣列的焦距   a12:微透鏡間距離   S:陣列2與聚焦鏡間距    fFL:聚焦鏡焦距
 
  微透鏡陣列激光焊接勻化實例應用中,通常使兩個微透鏡之間的距離為其焦距,兩個微透鏡為同型號同參數(shù)的微透鏡。成像在FP上的光斑形狀以及對應的尺寸比例與微透鏡真理的子口形狀、尺寸比例相關。即,子口經的形狀為圓,焦面上的勻光光斑為圓;若想得到相應比例的矩形光斑,就需要更換想應比例的矩形子口經的微透鏡陣列。激光焊接光學計算中,主要影響的參數(shù)是陣列的焦距f,聚焦鏡的焦距F以及陣列的子口經大小p。簡化后粗略的計算公式如下:
 
  DFT= pLA·fFL/ fLA2
 
  下圖是我司激光焊列行業(yè)企業(yè)客戶的測試樣品,測試所使用的微透鏡陣列為ML-R500*300-F6.7——矩形口徑微透鏡陣列,子單元尺寸為0.5mm*0.3mm,焦距為6.7mm。(我司微透鏡陣列的命名方式:ML-形狀+子單元尺寸-子單元焦距,其中子單元尺寸單位為μm,焦距單位為mm。R代表矩形子單元口徑,H為六邊形,S為方形,C為圓形。)。聚焦鏡的焦距為100mm。其中,d為測試中PT距離聚焦鏡FL的距離。當d=100mm=F的時候,在PT面形成了較好的矩形光斑,光斑尺寸約為7.5mm*4.5mm,與口徑的5:3比例矩形十分相合。講p=0.5*0.3μm,F(xiàn)=100mm,f=6.7mm帶入上面簡化的式子,計算的光斑尺寸應為7.46*4.78mm,與實際結果較為接近。
4.png
  客戶在日常元器件的選擇中,可以根據上述的簡化公式進行激光焊接光學計算。日常的應用中,客戶的工作距離(一般工作距離,以聚焦鏡開始計算。為了保持較好的勻化效果,應使聚焦鏡的焦距=工作距離)和所希望的光斑尺寸較為固定。所以,可以由這兩個已經確定的條件,反推出所需要的微透鏡陣列p/f比值,在根據p/f在我司的標準品手冊中篩選。
 
  例如,客戶需要在聚焦鏡后100mm的工作距離上,實現(xiàn)4*3mm的光斑。則相應的計算為F=100mm,S=4*3mm。由S/F,等,相應的p/f比值應該為0.04*0.03。對應到我司的標準品,就是ML-R400*300-F10這款型號。激光焊接勻光光路即為:ML-R400*300-F10陣列組+F=100mm的聚焦鏡,以此類推。
 
  從上圖中也可以看出,隨著工作距離d的縮小,光斑尺寸開始產生變形,逐漸橢圓,向圓形靠近。針對這種情況,可以選用小焦距的聚焦鏡,以防止激光焊接勻化光斑變形,確保光斑成型比例不變。
 


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