[发明专利]一种激光加热悬浮小球的方法及能量分布计算方法

权利要求书

1.一种激光加热悬浮小球的能量分布计算方法，将悬浮小球置于正多面体的中心，多个激光源布置于正多面体的角点进行加热，将每束激光在小球表面的分布进行网格划分，即按等距分为多个圆环，每一圆环对应的弦心角90°/环数，然后根据激光束能量、激光束直径、小球直径、圆环的面积和吸收率可计算出任一圆环吸收的能量，进而可以算得小球表面的能量分布，其特征在于：对于每一束激光都有一个通过球心的圆面与其垂直，且激光能量在该圆面上是均匀分布的，其能量密度为：

其中I为单束激光的能量，R为激光束的半径；

将照射到球面上的激光进行切向和法向的分解，则法向能量密度：

n＝m sinθ

其中θ为激光束与球面接触点切线的夹角；

球面圆环对应的面积：

ds＝2πr²cosθdθ

其中r为小球的半径，

假设小球材料的吸收率为α，则每一微圆环表面吸收的能量为：

n×α×ds

这样对于弦心角从θ₁变化到θ₂的球面圆环来说，其面积为：

s＝2πr²(sinθ₂-sinθ₁)

其吸收的能量为：

将每一圆环上吸收的单束激光的能量在圆环面积上进行平均分配，为：

然后将球面上同一区域不同激光束在此的能量密度进行加和，即可得到所有激光束在此的总的能量密度分布。

2.根据权利要求1所述的能量分布计算方法，其特征在于：所述激光源的直径相同，且大于等于小球的直径。

3.根据权利要求2所述的能量分布计算方法，其特征在于：激光直径大于小球直径0.2mm。

4.一种激光加热悬浮小球的能量分布计算方法，将悬浮小球置于正多面体的中心，多个激光源布置于正多面体的角点进行加热，将每束激光在小球表面的分布进行网格划分，即按等距分为多个圆环，每一圆环对应的弦心角90°/环数，然后根据激光束能量、激光束直径、小球直径、圆环的面积和吸收率可计算出任一圆环吸收的能量，进而可以算得小球表面的能量分布，其特征在于：对于每一束激光都有一个通过球心的圆面与其垂直，且激光能量在该圆面上是均匀分布的，其能量密度为：

其中I为单束激光的能量，r为小球的半径，r+0.1为激光束的半径；

将照射到球面上的激光进行切向和法向的分解，则法向能量密度：

n＝m sinθ

其中θ为激光束与球面接触点切线的夹角；

球面圆环对应的面积：

ds＝2πr²cosθdθ

假设小球材料的吸收率为α，则每一微圆环表面吸收的能量为：

n×α×ds

这样对于弦心角从θ₁变化到θ₂的球面圆环来说，其面积为：

s＝2πr²(sinθ₂-sinθ₁)

其吸收的能量为：

将每一圆环上吸收的单束激光的能量在圆环面积上进行平均分配，为：

然后将球面上同一区域不同激光束在此的能量密度进行加和，即可得到所有激光束在此的总的能量密度分布。

5.根据权利要求4所述的能量分布计算方法，其特征在于：所述激光源的直径相同。

6.根据权利要求1或4所述的能量分布计算方法，其特征在于：所述圆环为10个。

7.根据权利要求1或4所述的能量分布计算方法，其特征在于：所述激光源的输出功率相同。

8.根据权利要求1或4所述的能量分布计算方法，其特征在于：所述的小球的形状为圆球形。

9.根据权利要求1或4所述的能量分布计算方法，其特征在于：所述的正多面体为正四面、正六面、正八面、正十二面或正二十面体。