产生聚焦环形光的光学系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

现今，工业薄壁管零件的焊接通常借助机械臂和光学系统整形后的聚焦点光源实现，由于存在机械臂行程轨迹精度不高和点光源能量高斯分布等缺陷，此方式的焊接效果不佳且效率低下，因此提出采用新型反射式光学系统将激光直接整形成环形光束来解决上述问题。

本研究目的设计一种光学系统能产生聚焦环形光对工业薄壁管零件进行焊接，系统包括激光器、准直镜、锥透镜、聚焦镜和反射体；其中，激光器用于产生光源；准直镜用于将光源扩束为平行光束；锥透镜用于将平行光束折射为环形光束；聚焦镜用于将环形光束聚焦，形成聚焦光束，聚焦光束聚焦在焦平面上的形状为圆环形；反射体具有反射面，反射面用来改变聚焦光束的方向，使焦平面的位置发生改变；锥透镜、聚焦镜，至少有一个能够轴向移动。本发明的光路构思巧妙、设计简洁，最大限度地避免了折反射损失，进而降低了机体的温度，提高了光能的利用效率。本发明实现了聚焦圆环直径的可调，并实现了多角度焊接，大幅拓展了使用范围

反射式光学系统将会大大改善现如今工业薄壁管零件的焊接方式行程轨迹精度不高，点光源能量高斯分布等缺陷。

2. 研究内容和预期目标

具体研究内容如下：

（1）学习如何搭建反射式光学系统将激光整形成环形光束。

（2）结合具体的设计指标，建立合适坐标系，计算反射镜的各项参数，初步构建环形光学系统。

3. 研究的方法与步骤

（1）学习如何搭建反射式光学系统将激光整形成环形光束。

①复习回顾以往学习过的理论知识。

②查阅相关资料学习并了解如何搭建反射式光学系统将激光整形成环形光束。

4. 参考文献

[1] baohuachen, quanying wu, yunhai tang, junliu fan, xiaoyi chen and yi sun, design ofan optical system for generating annularfocused beams using a conical mirrorand a parabolic cylindrical mirror, optik, (2022)

[2] 朱枫, 刘润军, 徐海侠. 一种环形光激光焊接装置:, cn112643199a[p]. 2021.

[3] 邵华江, 李思佳. 一种基于微透镜组可调能量分布光学系统:, cn111736355a[p]. 2020.

5. 计划与进度安排

（1）第1周到第2周（2024年2月20日-3月3日）：

学生提交开题报告等材料（开题报告、外文翻译等），指导教师审核开题报告等材料。

（2）第3周到第14周（2024年3月6日-5月21日）：