[实用新型]一种基于多面棱镜四光路双通道激光刻痕光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光刻痕技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于多面棱镜四光路双通道激光刻痕光学系统。

背景技术

取向硅钢片主要用作变压器的铁芯材料。降低取向硅钢片的铁损可以减少变压器工作过程中的能量损耗，这对于节能减排是非常重要的。取向硅钢片的铁损由磁滞损耗和涡流损耗构成，涡流损耗又分为经典涡流损耗和异常涡流损耗。异常涡流损耗是以磁畴壁移动为基础的涡流损失，与磁畴壁的移动速率成正比，在相同频率下，磁畴壁的移动速率与移动距离成正比，所以磁畴宽度越大，涡流损失也越大。在工频状态下，异常涡流损耗约占铁损的一半左右，随着取向硅钢片的不断进步，其所占的比例还在不断增大。

激光刻痕是一种通过激光束照射带钢表面，利用激光束的热量在带钢的表面之下产生弹性-塑性形变区域，通过在弹塑性形变区产生的压应力和刻痕间的张应力来减小取向硅钢主畴宽度，从而达到降低其涡流损耗的物理加工方法，这种方法由于大大降低了铁损，而且是非接触加工，具有非常高的可靠性和可控制性，因此常用于取向硅钢细化磁畴以降低铁损。

常见的激光刻痕包括CO2激光刻痕、固体激光刻痕、光纤激光刻痕等，CO2激光器、固体激光器电光转换效率较光纤激光器低很多，由于激光器波长原因，取向硅钢对不同波长的吸收率不同，同时激光表面刻痕的时效性与涂层烧损问题，使得光纤激光刻痕具有一定的优越性。

目前相对较为高效的激光刻痕方式为扫描刻痕，包括多面棱镜扫描刻痕与振镜扫描刻痕。就已有的多面棱镜激光刻痕方案中，典型代表有通快的碟片激光器多面棱镜刻痕，大体是准直光束入射到内切圆直径极为庞大的多面棱镜上扫描形成有一定夹角的扫描准直光束，后经若干平反镜折返最终由曲面柱面镜聚焦成椭圆光斑，以椭圆光斑长轴方向进行扫描，缺点是多面棱镜内切圆直径几乎为米数量级，严重降低多面棱镜转速，对电机的选择以及稳定性都会造成极大影响，再者不同位置的光束入射到刻痕材料表面的角度不同，这对于整个扫描的一致性提出挑战，另外以平行光入射到多面棱镜上所形成的扫描区域有较大部分能量因为一致性不够必须损失掉，降低了激光器能量利用率。

就已有的振镜扫描刻痕中，以中国专利公开号CN101209514A为例，其采用了振镜阵列与激光器阵列搭配，每个振镜系统都采用二维扫描振镜。存在的问题是，大角度振镜扫描频率有限，单个振镜扫描系统扫描速度并不快；无论采用f-θ镜后聚焦，还是采用可调前聚焦，都会造成不同位置光束相对于刻痕表面有不同入射角，一定程度影响刻痕效果一致性；相同振镜扫描角下，前、后聚焦焦距长短都影响扫描范围，且聚焦光斑尺寸较小，除了会引起刻痕材料容易变形外，还易因输入功率波动导致聚焦光斑能量密度波动较大而造成一致性问题；就控制上来讲，各振镜系统无法做到100％同步，这对于小范围扫描的单个振镜系统所扫描的相邻两道刻痕间距有一定影响，不利于整个幅面刻痕的一致性。

基于上述各点，本发明提出一种基于多面棱镜四光路双通道激光刻痕光学系统，采用对称式光路结构，基于四台激光器，基于多面棱镜高速扫描特性，实现单通道总长米数量级光斑线性扫描，具有刻痕速度超快、扫描幅面极宽、加工效率极高等优势，适用于光纤激光器激光刻痕应用，尤其适用于取向硅钢激光刻痕细化磁畴以降低铁损。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供了一种基于多面棱镜四光路双通道激光刻痕光学系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于多面棱镜四光路双通道激光刻痕光学系统，包括组合准直镜阵列模块、柱面聚焦镜阵列模块、棱镜前平反镜组阵列模块、多面棱镜、长条离轴抛物柱面镜阵列模块、吸光阵列模块、长条斜平反镜组阵列模块、长条平反镜阵列模块、长条斜抛物柱面镜阵列模块以及刻痕材料；