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光学元件

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双焦点ZnSe透镜准备在工业激光系统中发光

2021年1月13日 LBP光学

ULO光学和LBP Optics使用最先进的激光辅助金刚石加工系统,正在开发独特的镜片类别,以微调工业钢的激光切割工艺

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激光聚焦:EDGETECT2财团正在开发ZnSe透镜,该透镜将增强用于制造高附加值钢零件的工业激光系统的切割性能。 (礼貌:LBP光学)

创新的光学设计和高精度的零件制造是英国工业合作的核心,该合作旨在解决钢结构产品中边缘腐蚀的普遍问题,尤其是用于重型建筑设备(例如,挖掘机,垃圾箱,反铲装载机等。的 EDGETECT2 R&D consortium,由以下机构提供100万英镑的资金 创新英国英国创新机构,将根据先前的可行性研究结果,开发下一代光学组件,以“微调”大功率二氧化碳的材料加工能力。2 用于切割和制造高附加值钢零件的激光和光纤激光器。

尽管这是技术的最终目标,但使能材料科学对EDGETECT2项目团队提出了一些重大挑战。在锋利的钢边缘上使用油漆和其他防腐蚀涂料通常会导致保护膜在干燥和固化过程中被拉离-这种现象源于表面张力效应。反过来,这会导致不足的腐蚀防护和下层钢表面生锈,尤其是在所有建筑工地常见的恶劣条件下。

尽管这种效果是涂料行业中的一个众所周知的问题,但商业现实是大多数激光切割工艺都是为提高速度和产量而设计的,从而在加工钢板上产生了非常锋利的边缘。而且,不存在用于生产针对最终涂层优化的边缘几何形状的在线技术,而手动边缘修整过程对于生产环境而言通常过于昂贵且耗时。

从设计到制造

看来,这个难题的答案可能在于EDGETECT2的两个合作伙伴共同开发的新型双焦点硒化锌(ZnSe)镜片: LBP光学 及其母公司 ULO光学,是一家多元化的英国光学组件集团,专门从事红外激光光学器件,热成像光学器件和光束传输系统的设计和制造。希望是代表LBP Optics产品组合的新成员的ZnSe透镜最终将被整合到工业激光系统中,以产生一种切割过程,该切割过程会在成品钢板中产生倒圆的边缘,从而使涂料层更加美观。平整并在这些边缘保留增加的厚度。

LBP光学的金刚石车削顾问Graham Allberrey表示:“我们定期与处于各自行业技术最前沿的客户合作-从激光系统OEM到军事,国防和航空承包商。 “为支持EDGETECT2财团,我们正在利用最新的投资来购买最先进的激光辅助金刚石加工工具-英国仅有的两台此类机器之一-这样我们就可以延长晶体的工具寿命例如硒化锌和硫化锌,也可以切割原本无法加工的材料,例如熔融石英。”

EDGETECT2合作中的两家光学厂商共同合作,是建筑设备的全球制造商以及其他四个行业合作伙伴: 超声波清洗系统,专门从事喷漆前切割钢的制备; 威士伯粉体涂料,工业油漆和涂料制造商; 激光专长,一家英国激光切割和加工公司;和 TWI,是一家专注于工程,材料和连接技术的独立研究机构。

光学工程

到2022年4月为止的EDGETECT2工作计划已经进行了12个月,Allberrey和他在LBP Optics的团队刚刚交付了第一批双焦点ZnSe透镜原型。这些组件基于ULO Optics技术总监Nick Ellis构思的v1.0设计,并包括光学组件的中央部分,其形状与传统的球形透镜相同,可将激光束聚焦到切割焦点上。同时,镜片的外部径向区域结合了一个所谓的“轴锥”,即浅圆锥形表面,可形成低功率的环形光束图案,以软化切割钢的边缘。

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镜头的评估在R上进行&D CO2 激光专长的激光系统。 “这是镜头的首次通过设计,我们预计至少要再进行一到两次迭代,” Ellis说。镜头将改变聚焦激光束的形状,从而将一些能量从主切割区域转移出去。我们希望这种巧妙的光学处理能够软化相邻的材料并创建更圆润的边缘轮廓。”

同时,正在进行开发类似的双焦点透镜以集成到光纤激光切割系统中的工作-在这种情况下,将替换用于防止工件后向散射损坏激光器昂贵的光学子系统的光学窗口。此应用中选择的材料是熔融石英,这是另一种异常棘手的基材,需要LBP激光辅助金刚石加工工具的专业能力。 “我们认为对于这两个CO,光学物理学将几乎相同。2 和光纤激光器系统,因此,如果我们针对一种激光技术对这种双焦点镜头进行了优化,我们希望能够使其在另一种激光器上工作。” Ellis补充说。

尽管EDGETECT2非常专注于行业尖端,但Allberrey指出,ULO Optics和LBP Optics还为从事应用光学R的众多科学客户提供服务。&D在大学环境中。他总结说:“ EDGETECT2是一个很好的例子,说明我们从一个项目开始就与所有客户(包括工业界和学术界)紧密合作。” “我们可以以非常高的精度加工各种复杂形状,例如圆柱体,复曲面透镜和非球面透镜,这些透镜在先进的激光系统中被更频繁地使用。”

金刚石加工:核心能力

  • 经过多年的合作, LBP光学 购买了基于斯蒂夫尼奇的钻石加工专家 西蒙斯镜技术 (SMT),于2019年8月发布。
  • 收购SMT意味着,除了已建立的工业和科学反射镜系列之外,LBP Optics现在还能够生产出具有极高精度的更广泛的先进光学产品组合(包括圆柱,球面,椭圆体,环形,多边形,金字塔,非球面和红外圆顶)。
  • LBP光学斯蒂夫尼奇(LBP 光学Stevenage)工厂设有七个金刚石加工系统,包括两台完整的CNC机器,能够从多种基材中去除材料以形成自由形式的光学表面(即沿任何轴不对称)。
  • 生产能力还包括最先进的激光辅助金刚石加工单元,其中一氧化碳 2 激光束聚焦在金刚石工具尖端之外,以软化基底材料并使之更具“可塑性”(金刚石切割时剪切力较小,从而使光学材料中的次表面损伤最小化)。
  • 典型规格(取决于材料):表面粗糙度5 nm;表面精度,直径100毫米时在633 nm处为λ/ 4;圆度0.1微米;角度精度,2秒电弧

版权©IOP 出版 Ltd和个人贡献者的2021年