激光与增材制造
转镜系统设计与优化
2023-05-11
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多面体旋转扫描镜简称转镜,在与国防科技,科学研究,工业应用相关的超高速摄影,激光微纳加工,激光扫描, 激光调 Q 等行业有着广泛的应用。

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在激光行业,振镜扫描目前是激光加工行业最常用的扫描方式。相比振镜扫描,转镜光栅式扫描,具有扫描角度固 定,扫描速度快,损伤阈值高的特点。转镜安装在转轴上,通过高速电机带动多面体转镜高速旋转的方式,可实现大角度、 大范围、超高速、高精度与高重复性的激光光束扫描 ( 如图 2)。在科研领域,超短脉冲加工三维微纳结构件,特别是有 曲面结构的微纳结构件。由于超短脉冲平均功率低,高重复频率超短脉冲加工的脉冲之间间隔太小,重叠区域过大,而 振镜扫描对 1 MHz 以上重复频率的超短脉冲实现光束扫描时,因为重叠区域过大,极易在激光加工的区域产生等离子体、 气化现象,出现热影响区,影响加工质量。高速多面体旋转激光扫描镜扫描比振镜扫描的扫描速度快近 100 倍,可以很 好的解决这个问题。在高速多面体旋转激光扫描镜扫描比振镜扫描的扫描速度快近 100 倍,可以很好的解决这个问题。 但是由于转镜本身结构带来的动力学问题,使多面体转镜目前难以实现 100,000 rpm 以上长时间的稳定运转。

                         

1)前期研究基础及成果 

  在等多面体转镜镜面变形,静力学,动力学,结构响应,结构优化,可靠性评估和预测方面开展了系统的研究,发 表相关学术论文 10 余篇,申请相关专利 4 项。提出的针对等三棱柱结构铝合金转镜横向结构提出的等三边形截面蜂窝 结构转镜,应用于 SSF 超快过程分幅扫描同时成像记录仪,获得良好的效果。在 SSF 超快过程分幅扫描同时成像记录 仪鉴定会上,认为蜂窝结构转镜解决了国际上一直未能解决的严重影响转镜式超高速摄影仪摄影性能的一个关键性技术 难题。    

2)研究计划及预期成果 

  深圳是我国激光研发与应用企业的云集地,是我国激光行业产值最大的城市,但是国内高速转镜系