CN110275267B - 激光冲击强化固定光路的聚焦镜防止损伤装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光冲击强化固定光路的聚焦镜防止损伤装置和方法，属于激光冲击强化领域，包括固定光路和设置在固定光路中的聚焦镜，固定光路的出口端接至保护筒的入光口，保护筒具有朝向固定管路出口端的出光口，所述保护筒在出光口与入口光之间的空间向外接通有压缩气体供给装置。本发明通过保护筒与压缩气体供给装置配合，压缩气体供给装置在保护筒内持续供给压缩气体使保护筒内形成气压，既能防止飞溅的水珠和涂层气化物进入保护内对聚焦镜造成冲击损伤或者粘附在聚焦镜上，又不会影响涂水层的稳定性。

Description

激光冲击强化固定光路的聚焦镜防止损伤装置和方法
技术领域
本发明涉及激光冲击强化技术领域，特别是涉及一种激光冲击强化固定光路的聚焦镜防止损伤装置和方法。
背景技术
激光冲击强化是一种利用激光聚焦诱导等离子体冲击波来提高材料性能的新型表面改性技术。聚焦镜对激光器产生的光源进行聚焦，提高能量密度。聚焦镜表面质量和寿命直接影响到激光冲击强化的质量，以及激光冲击强化设备的运行和维护成本，但是聚焦镜是激光冲击强化设备光路上光束汇聚的最后一块关键部件，离加工零件近，冲击强化零件时产生的飞溅水珠和涂层气化物对聚焦镜造成冲击损伤或者粘附在聚焦镜上，又或者由于激光入射角度选取不当导致反射光反射至聚焦镜上，均能造成聚焦镜的损伤从而导致聚焦镜寿命和激光冲击强化质量的下降。
现有技术是在聚焦镜前加气幕保护装置或停机进行聚焦镜拆卸更换，但均不能有效降低聚焦镜的损坏和更换频率，对飞溅的水珠和涂层气化物也不能加以长期且稳定的有效隔离，另外，还存在以下明显不足：一是气幕保护装置较大，安装拆卸麻烦；二是气幕保护装置的位置与聚焦镜位置有一定的干涉，不便于聚焦镜的拆卸更换。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种激光冲击强化固定光路的聚焦镜防止损伤装置，能够有效解决飞溅的水珠和涂层气化物、对聚焦镜损伤的问题。
本发明所采用的技术方案是：
一种激光冲击强化固定光路的聚焦镜防止损伤装置，包括固定光路和设置在固定光路中的聚焦镜，固定光路的出口端接至保护筒的入光口，保护筒具有朝向固定管路出口端的出光口，所述保护筒在出光口与入口光之间的空间向外接通有压缩气体供给装置。
作为本发明的进一步改进，所述保护筒的出光口处设置有距离传感器，固定光路配有入射角调整结构，所述距离传感器与入射角调整结构信号连接。
作为本发明的进一步改进，所述保护筒呈入光口大、出光口小的圆锥台状。
作为本发明的进一步改进，聚焦镜朝向固定光路出口端的表面覆盖有平面镜。
作为本发明的进一步改进，所述平面镜镀有增透膜。
作为本发明的进一步改进，所述保护筒的侧壁开设有侧孔，所述压缩气体供给装置包括压缩机和将压缩机、侧孔接通的连通管。
本发明还公开利用上述装置的防止损伤方法，其采用的技术方案是：
通过持续供给压缩气体的方式使保护筒内形成气压，从而防止飞溅的水珠和涂层气化物接触聚焦镜。
作为本发明方法的进一步改进，保护筒内形成气压为1.5～2倍大气压的压强。
作为本发明方法的进一步改进，通过实时检测出光口中心至待强化零件的距离来调整激光的入射角度。
作为本发明方法的进一步改进，激光入射角度α与防止反射光损伤聚焦镜的最小入射角αmin的关系为α≧αmin，
Figure BDA0002145936010000021
其中R为出光口的孔径，h为出光口中心至待强化零件的距离。
本发明的有益效果是：本发明通过保护筒与压缩气体供给装置配合，压缩气体供给装置在保护筒内持续供给压缩气体使保护筒内形成气压，既能防止飞溅的水珠和涂层气化物进入保护内对聚焦镜造成冲击损伤或者粘附在聚焦镜上，又不会影响涂水层的稳定性。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的激光冲击强化固定光路2的聚焦镜3防止损伤装置，包括固定光路2和设置在固定光路2中的聚焦镜3。固定光路2作为激光输入，其出口端接至保护筒5的入光口，保护筒5具有朝向固定管路出口端的出光口，激光沿直线从固定光路2输入至保护筒5的入光口，之后从出光口输出，对零件10冲击强化。
实施例中，保护筒5在出光口与入口光之间的内部空间向外接通有压缩气体供给装置。压缩气体供给装置持续的向保护筒5内部供入压缩气体，这些压缩气体朝着出光口的方向按一定的流速流动从而保护筒5内形成一定的气压，那么，在如图1中所示的激光冲击过程中，零件10的涂水层9因为冲击所形成的飞溅的水珠和涂层气化物即不会朝聚焦镜3方向运动，也不会对聚焦镜3造成冲击损伤或者粘附在聚焦镜上。
实施例中，保护筒5呈入光口大、出光口小的圆锥台状。压缩气体从大孔径的空间向小口径的空间流动时，保护筒5内部对应位置的压力会逐渐增大，气体流速也会对应提高，保证出光口位置的适合压力。另外，这种圆锥台状的保护筒由于出光口口径小于入光口口径，其对于防止激光反射至聚焦镜也起到保护的作用。出光口的口径根据激光束直径选取，一般取8～15mm。
进一步优选的，由于压缩气体供给装置的供气，保护筒5内形成气压为1.5～2倍大气压的压强，该范围值下既能够避免损伤聚焦镜3，也不会影响涂水层9的稳定性。
压缩气体的供入可以通过以下方式实现：
在保护筒5的侧壁开设侧孔，该侧孔为斜孔，与保护筒5内壁形成一定的夹角；所述的压缩气体供给装置包括压缩机7和连通管6，连通管6连接压缩机7出口以及侧孔，连通管6优选为软管。
进一步优选的，固定光路2上还设有平面镜4，该平面镜4覆盖在聚焦镜3的朝向固定光路2出口端的表面上。该平面镜4对于聚焦镜3同样起到物理保护的作用，其相当于形成一道物理阻隔层。所述的平面镜4表面镀有增透膜，波长1.053μm～1.06μm，增透率99％。
为了防止激光反射之后对聚焦镜3造成损坏，实施例采用以下方式自动调整激光的入射角度。
在所述保护筒的出光口处设置有距离传感器8，固定光路2配有入射角调整结构，距离传感器8与入射角调整结构信号连接。入射角调整结构可以是机械臂或者控制系统1，其能够通过自动控制的方式调整固定光路2的输出角度(入射角α)。
如图1中所示，距离传感器8设置在保护筒5出光口的中心位置，其用于实时检测出光口中心至待强化零件10涂水层9的距离h，再反馈到控制系统11进行激光入射角度α的计算并选取、调整。
具体的，激光入射角度α与防止反射光损伤聚焦镜3的最小入射角αmin的关系为α≧αmin，
Figure BDA0002145936010000041
其中R为出光口的孔径。
实施例中，通过距离传感器8检测数据并反馈至控制系统1，实时更新激光最小入射角度，从而保证零件10在不同的位置时，均能根据最小入射角要求控制激光作用在零件10上的入射角度，防止激光反射光对聚焦镜3造成损伤，避免了人为调整激光入射角度带来的不便和准确性差等问题，提高了聚焦镜3的安全性能。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。

Claims (2)

1.一种激光冲击强化固定光路的聚焦镜防止损伤方法，包括固定光路和设置在固定光路中的聚焦镜，其特征在于：固定光路的出口端接至保护筒的入光口，保护筒具有朝向固定管路出口端的出光口，所述保护筒在出光口与入口光之间的空间向外接通有压缩气体供给装置；
所述保护筒的出光口处设置有距离传感器，固定光路配有入射角调整结构，所述距离传感器与入射角调整结构信号连接；
所述保护筒呈入光口大、出光口小的圆锥台状；
聚焦镜朝向固定光路出口端的表面覆盖有平面镜；
所述平面镜镀有增透膜；
所述保护筒的侧壁开设有侧孔，所述压缩气体供给装置包括压缩机和将压缩机、侧孔接通的连通管；
该方法包括通过持续供给压缩气体的方式使保护筒内形成气压，从而防止飞溅的水珠和涂层气化物接触聚焦镜；
通过实时检测出光口中心至待强化零件的距离来调整激光的入射角度；
激光入射角度α与防止反射光损伤聚焦镜的最小入射角αmin的关系为α≧αmin，
Figure FDA0003237535490000011
其中R为出光口的孔径，h为出光口中心至待强化零件的距离。
2.根据权利要求1所述的激光冲击强化固定光路的聚焦镜防止损伤方法，其特征在于：保护筒内形成气压为1.5～2倍大气压的压强。
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