[发明专利]一种激光冲击强化金属零件表面的功率密度补偿方法

摘要

本发明是一种激光冲击强化金属零件表面的功率密度补偿方法，本发明技术方案是在不改变激光光斑形状，光线传输中心线的要求下，提出一种利用单个柱面镜或者柱面镜组合的方式，通过对激光作用延伸方向进行预压缩的方式，实现倾斜入射作用区域等同于垂直入射的一种功率密度补偿方案，获得比常规补偿方法更灵活、不改变光斑形状的处理方法，对激光冲处理工艺等具有很好的参考价值，适用性广。

主权项

一种激光冲击强化金属零件表面的功率密度补偿方法，其特征在于：该方法是指激光束(1)倾斜入射方向与金属零件表面(2)的法线夹角θ小于60°时，并且激光冲击强化过程中，使金属零件表面(2)与透镜之间的距离大于300mm，应采用以下方法之一对激光倾斜入射光斑(7)的功率密度进行补偿：方法一、将单个凸柱面镜(5)放置在激光束(1)对金属零件表面(2)的入射路径上，凸柱面镜(5)的中心线与激光束(1)的中心线重合，入射激光束(1)通过凸柱面镜(5)聚焦在金属零件表面(2)上，凸柱面镜(5)的焦距f1为400～2000mm，凸柱面镜(5)的中心点距离金属零件表面(2)的距离D1应满足以下公式：D1＝f1cosθ  公式1方法二、将一个凸柱面镜(5)和一个凹柱面镜(8)依次放置在激光束(1)对金属零件表面(2)的入射路径上，凸柱面镜(5)与凹柱面镜(8)的中心线与激光束(1)的中心线重合，入射激光束(1)通过凸柱面镜(5)与凹柱面镜(8)构成的压束镜效果所形成的平行光束聚焦在金属零件表面(2)上，凸柱面镜(5)和凹柱面镜(8)的焦距f1、f2均为400～2000mm，凸柱面镜(5)和凹柱面镜(8)的中心点之间的距离D2满足以下公式：D2＝f1‑f2  公式2f2/f1＝cosθ  公式3方法三、将一个聚焦透镜(9)和一个凸柱面镜(5)的组合一依次放置在激光束(1)对金属零件表面(2)的入射路径上，或将一个聚焦透镜(9)、一个凸柱面镜(5)和一个凹柱面镜(8)的组合二依次放置在激光束(1)对金属零件表面(2)的入射路径上，组合一和组合二的的中心线与激光束(1)的中心线重合，入射激光束(1)通过组合一聚焦在金属零件表面(2)上，入射激光束(1)通过组合二构成的压束镜效果所形成的平行光束聚焦在金属零件表面(2)上，凸柱面镜(5)和凹柱面镜(8)的焦距f1、f2均为400～2000mm，聚焦透镜(9)的焦距为500～1000mm，凸柱面镜(5)的中心点距离金属零件表面(2)的距离D3满足以下公式：D3＝f1cosθ  公式4凸柱面镜(5)和凹柱面镜(8)的中心点之间的距离D4满足以下公式：D4＝f1‑f2  公式5f2/f1＝cosθ  公式6通过调节聚焦透镜(9)和凸柱面镜(5)之间的距离，将激光倾斜入射光斑(7)的直径缩小至1～3mm以实现小光斑功率密度补偿。