优化线状点阵光束设计提升激光表面硬化效率

本文主要探讨了线状点阵分布整形光束在激光表面硬化加工中的应用潜力，旨在提升加工效率。激光表面硬化是通过激光能量集中作用于工件表面，使其瞬间熔化或凝固，从而改变材料的物理性能，如硬度、耐磨性等。传统的加工方式通常采用单点高斯分布光束，但这种光束可能造成局部热量过于集中，导致加工效率低下和热影响区过大。为此，研究者提出了采用线状点阵分布光束替代，这种新型光束分布可以更均匀地分散能量，从而实现更有效的表面处理。 文章的核心内容是基于Dammann光栅的设计方法，这是一种均匀采样技术，能够将激光光束转换为所需形状，如线状点阵。作者比较了三种不同的评价函数参数修订方案，每种修订都对应着不同的光束输出特性。其中一种修订方法优化了输出的均匀性，使得各点能量分布更加平滑，有利于减小热影响区域，提高表面硬化的一致性和质量。另外两种修订方法虽然得到较低的零级输出（即中心强度），但这可能有助于减少中心区域过热问题，从而在某些特定的应用场景下具有优势。 研究者还设计并制作了一种非均匀线状多点阵分布整形光束，这种光束的设计考虑到了实际加工需求的多样性，其非均匀性可能是为了适应不同材料的吸收特性或加工深度需求。通过实验验证，这种光束在实际表面硬化过程中表现出与设计预期相符的效果，达到了改善加工效率和表面质量的目标。 关键词“光栅”、“线状点阵”、“激光光束整形”以及“Dammann光栅”表明了本文的主要研究工具和技术手段，而“空间光强分布”则强调了光束设计的关键在于控制其在空间上的能量分布。“激光表面硬化”则直接指出了应用领域和目的。 这篇文章深入研究了线状点阵分布光束的设计及其在激光表面硬化过程中的优势，展示了如何通过优化光束整形来提高加工效率和表面处理质量，对于激光加工技术的发展具有重要意义。