CN102253466A - 一种激光光束聚焦定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光光束聚焦定位方法，首先，至少一束激光入射至第一反射镜，第一反射镜将激光光束反射至第二反射镜，第二反射镜将反射过来的激光光束反射，使得第二反射镜反射过来的激光光束穿过对应地工装组中的工装孔，然后，将前面使用的工装组撤换下来，安装一个会聚工装组，在第二反射镜与会聚工装组之间设置透镜；其中，会聚工装组包括第一工装和第二工装，第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条直线上，该直线与第一工装的孔底面垂直，透镜的聚焦点为第一工装孔中心与第二工装孔中心距离的中点；至少一束激光通过透镜，调整透镜的位置使透射过来的光束会聚后，会聚光束先后通过会第一工装孔和第二工装孔来实现激光光束聚焦精确定位。

Description

一种激光光束聚焦定位方法

技术领域

本发明涉及激光光束的空间形态调整领域，特别涉及一种激光光束聚焦定位方法。

背景技术

对于激光光斑检测成像系统，对光束聚焦定位的方法，目前解决的办法是考虑接收传感器能够容忍的光斑弥散程度，计算出光学系统会聚的焦点的景深，以此作为光学系统清晰度和机械设计的尺寸链控制要求。通常成像系统的聚焦定位是通过细螺纹的调焦环，带着聚焦光学系统朝向传感器端移动，直到所成像清晰度或弥散度能被接受为止。但是对于用会聚激光束作为激发光源的应用情形，通常情况是设计了足够的入射能量的冗余量，对聚焦点准确定位控制并没有很高要求。但是对于有些系统，例如耦合系统，要将激光光束会聚焦点耦合到50um直径以内的另一个光学系统的入瞳位置中，就必须有聚焦定位工装辅助，并且会聚光学系统应当安装在具有二维调节能力的安装座上进行。目前，这方面的技术方案和专利未有专门报道。

发明内容

本发明的目的在于，为解决上述问题，本发明提出一种激光光束聚焦定位方法，来弥补聚焦定位的空白，并提高聚焦定位的精度。

为实现上述发明目的，本发明提出一种激光光束聚焦定位方法，其特征在于，该方法具体步骤包括：

步骤1)：至少一束激光入射至第一反射镜，所述第一反射镜将激光光束反射至第二反射镜，所述第二反射镜将反射过来的激光光束反射，使得第二反射镜反射过来的激光光束穿过对应地工装组中的工装孔，实现激光光束第一次定位；其中，激光光束数与工装组数相等，所述工装组包括第一工装和第二工装，所述第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条竖直线上；

步骤2)：在所述步骤1)第一次定位结束后，将所述步骤1)使用的工装组撤换下来，安装一个会聚工装组，在第二反射镜与会聚工装组之间设置透镜；其中，所述会聚工装组包括第一工装和第二工装，所述第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条直线上，该直线与所述第一工装的孔底面垂直，透镜的聚焦点为第一工装孔中心与第二工装孔中心距离的中点；

步骤3)：至少一束激光通过所述步骤2)安装的透镜，调整透镜的位置使透射过来的光束会聚后，会聚光束先后通过所述步骤2)安装的会聚工装组中的第一工装孔和第二工装孔来实现激光光束聚焦精确定位。

所述步骤1)的工装组中的第一工装孔径和第二工装孔径大小相等。

所述步骤1)的工装组中的第一工装的壁厚和第二工装的壁厚大小相等。

所述步骤2)安装的会聚工装组中的第一工装孔径和第二工装孔径大小相等。

所述步骤2)安装的会聚工装组中的第一工装的壁厚和第二工装的壁厚大小相等。

本发明的优点在于，本发明采用带孔的精密加工的机械机构，作为光束聚焦定位的基准，通过光学系统安装的二维调节能力的安装座的微调实现准确的定位。这种方法保证了调试的各个步骤可以脱离对行业经验的依赖，使得光学系统调试的各个步骤程序化，因而提高了光学系统调试的效率和可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种激光光束聚焦定位方法流程图；

图2为平行光束激光定位调整实例图；

图3为基于图2的会聚光束聚焦定位调整实例图；

图4为会聚光束定位原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的方法进行进一步详细的说明。

本发明提出一种激光光束聚焦定位方法，如图1所示，图1为本发明的一种激光光束聚焦定位方法流程图。该方法具体步骤包括：

步骤1)：至少一束激光入射至第一反射镜，所述第一反射镜将激光光束反射至第二反射镜，所述第二反射镜将反射过来的激光光束反射，使得第二反射镜反射过来的激光光束穿过对应地工装组中的工装孔，根据平行原理实现激光光束第一次定位；其中，激光光束数与工装组数相等，所述工装组包括第一工装和第二工装，所述第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条竖直线上；

步骤2)：在所述步骤1)第一次定位结束后，将所述步骤1)使用的工装组撤换下来，安装一个会聚工装组，在第二反射镜与会聚工装组之间设置透镜；其中，所述会聚工装组包括第一工装和第二工装，所述第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条直线上，该直线与所述第一工装的孔底面垂直，透镜的聚焦点为第一工装孔中心与第二工装孔中心距离的中点；

步骤3)：至少一束激光通过所述步骤2)安装的透镜，调整透镜的位置使透射过来的光束会聚后，会聚光束先后通过所述步骤2)安装的会聚工装组中的第一工装孔和第二工装孔来实现激光光束聚焦精确定位。

如图2所示，图2为平行光束激光定位调整实例图。如图3所示，图3为基于图2的会聚光束聚焦定位调整实例图。包括以下组成部分：激光光束20，经过偏振分光片21，经由反射镜22、反射镜23、反射镜25改变光路方向，经过焦距和相对口径相同的会聚透镜26、会聚透镜28，进入被激发系统。

在上述系统中，首先用工装24对两束激光进行平行定位的调整，根据多束激光空间位置定位的调整方法，分别调整反射镜22和反射镜25可以使得光束通过工装24的上下两组小孔，从而达到了使两束激光平行的目的。然后将工装24撤换下，安装工装27，并将透镜26和透镜28分别安装，根据会聚光束定位调整方法，调整透镜26和透镜28的方向，可以使得光束通过工装27的上下一组小孔，从而达到了使两束激光聚焦在同一处的目的。其中，会聚光束定位原理图如图4所示。激光束16通过透镜17后，通过调整透镜17的前后左右，使光束会聚到工装18的孔中，并且从工装19的孔中透射出来，通过工装18和工装19可以对会聚光束进行定位。

要控制会聚透镜会聚的激光束的形态，主要是控制会聚点入射位置和光束与光轴的夹角。设会聚透镜27和会聚透镜26的焦距为50mm，工装组中包括两个工装。工装的小孔直径均为0.5mm，两个工装之间相距40mm。一般的加工中心对孔的中心位置加工误差、两孔的直径误差以及两孔之间的长度的加工误差，都容易控制在0.02mm～0.05mm以内，即会聚点入射位置的控制精度。对于这套工装，对透镜聚焦位置的控制精度的角度误差：角度误差＜0.5Xarctg(0.5/40)＝0.358度。一般而言，通过这套工装能够满足较高的使用场合要求。要进一步减小这个角度误差，需要增加两孔之间的距离，或者减小两个孔的直径。

按照两光束平行都要达到0.05mm的要求，工装上任意两个定位孔的位置中心精度要求达到0.02mm。对于高碳钢、锡青铜等金属材料上达到这个精度的加工方法，可以采用通常的三轴数控加工中心比较容易实现。

在光路调试中，工装是经常拆卸和安装的部件，因此要求较大的强度、较好的耐磨性能以及良好的机械加工性能。本专利认为硬度较高的合金铝、高碳钢、锡青铜等材料可以满足上述要求。

单个光束的定位精度，由实际光束直径、工装孔的大小与确定光束的两个孔之间的相对距离三个因素决定。在实际光束直径和工装孔的大小两个因素上，经验表明工装孔要小于实际光束直径大小，一般前者的直径与后者的直径比在0.5～0.75为宜。检验光束是否居中穿过光孔的方法，主要采用目测调试、激光功率计测量确认的方法，由于激光光束能量密度分布具有高斯特征，即在能量从中心向周围按照高斯特征迅速衰减、且呈圆对称分布的特征。

本发明所提的工装，可以用千分表进行常规检测。主要检验工装零件上加工特征的平行度和垂直度。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种激光光束聚焦定位方法，其特征在于，该方法具体步骤包括：

步骤1)：至少一束激光入射至第一反射镜，所述第一反射镜将激光光束反射至第二反射镜，所述第二反射镜将反射过来的激光光束反射，使得第二反射镜反射过来的激光光束穿过对应地工装组中的工装孔，实现激光光束第一次定位；其中，激光光束数与工装组数相等，所述工装组包括第一工装和第二工装，所述第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条直线上，该直线与所述第一工装的孔底面垂直；

步骤2)：在所述步骤1)第一次定位结束后，将所述步骤1)使用的工装组撤换下来，安装一个会聚工装组，在第二反射镜与会聚工装组之间设置透镜；其中，所述会聚工装组包括第一工装和第二工装，所述第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条直线上，该直线与所述第一工装的孔底面垂直，透镜的聚焦点为第一工装孔中心与第二工装孔中心距离的中点；

步骤3)：至少一束激光通过所述步骤2)安装的透镜，调整透镜的位置使透射过来的光束会聚后，会聚光束先后通过所述步骤2)安装的会聚工装组中的第一工装孔和第二工装孔来实现激光光束聚焦精确定位。

2.根据权利要求1所述的激光光束聚焦定位方法，其特征在于，所述步骤1)的工装组中的第一工装孔径和第二工装孔径大小相等。

3.根据权利要求1所述的激光光束聚焦定位方法，其特征在于，所述步骤1)的工装组中的第一工装的壁厚和第二工装的壁厚大小相等。

4.根据权利要求1所述的激光光束聚焦定位方法，其特征在于，所述步骤2)安装的会聚工装组中的第一工装孔径和第二工装孔径大小相等。

5.根据权利要求1所述的激光光束聚焦定位方法，其特征在于，所述步骤2)安装的会聚工装组中的第一工装的壁厚和第二工装的壁厚大小相等。

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