CN104400222B - 一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法，包括：激光器发射的激光束通过反射镜，接着激光束通过角度偏转光楔组，激光束角度发生偏转后，射入位移旋转光楔组，然后激光束通过聚焦镜汇聚在光学传感器上以能生成图像信息，再将图像信息传送给图像分析器中；第三、第四光楔靠接在一起使二者沿光轴间距为零；通过绕中心线X旋转角度偏转光楔组，以纪录获取D值、X值和C值，它们的相位关系就是四光楔光束扫描装置的初始相位。该法利用光学成像装置，无需拆卸激光加工系统中的四光楔光束扫描装置，可以在线调整四光楔光束扫描装置的初始相位。
Description
技术领域
本发明属于光学工程领域，具体涉及一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法。
背景技术
光楔主要应用在光学系统中对光线偏转实现精确控制。在激光精细加工领域，光楔元件经常用于激光传输系统中光束的变向传播。四光楔光束扫描装置可以改变激光束的传播方向，通常用于激光微孔加工系统中改变光束聚焦后的圆环尺寸大小和光束射入工件角度，如图1所示。四光楔光束扫描装置包括2个光楔组，每个光楔组包括2个光楔元件，其中一个光楔角度较小(＜0.5°)的光楔组是角度偏转光楔组，用于改变旋转光束的传播方向来控制旋转光束的圆环尺寸大小；另一个光楔角度较大(＞2°)的光楔组是位移旋转光楔组，用于改变光束沿光轴方向间的距离来控制微孔加工的打孔锥度量。该装置能实现孔径＜100μm以下的倒锥孔加工，在汽车发动机燃油喷射系统、机械精细加工领域、航空发动机气膜孔加工领域有很广泛的应用前景。
在使用四光楔扫描装置进行激光加工时，需要对该装置中的四个光楔元件的初始相对位置进行调节，使得激光束可以垂直通过光楔扫描装置而不产生偏转，且激光束通过该装置和聚焦镜后形成的光斑尺寸最小。
现有光楔初始相位调整技术中，通常采用经纬仪等设备进行光楔初始相位调整，该法对于单一光楔组有一定的优势。在四光楔扫描装置已装配好的前提上，2个光楔组作为一个整体，采用经纬仪等设备进行初始相位调整，十分不便利；调整过程中需要将大光楔组整体拆卸下来，以避免大光楔组对小光楔组初始相位调整过程中的干扰因素，在拆卸再安装的过程中，其安装精度难以得到保证，且装配过程很繁杂。
现有技术方案采用经纬仪和平行光管对双光楔初始相位进行调整，其具体方案如下：①、先将经纬仪1’和平行光管2’调至同一水平上，将第一个需要调节的光楔3’放到经纬仪1’和平行光管2’中间，如图1，使得光楔3’和经纬仪1’及平行光管2’之间的光路垂直。②、将第一个需要调节的光楔4’放于光楔3’和平行光管2’中间，调整光楔4’，使得光楔4’和经纬仪1’和平行光管2’之间的光路垂直，如图2。③、调整光楔3’,4’成180°对称。④检测光楔3’、4’支架的平行度、垂直度。
该技术对于双光楔组的调节有一定的优势，但对于四光楔已装配好的光楔组之间的初始相位调整基本不能采用该方法来实现；由于光线通过2个光楔组之间，其传播方向有一定的偏转，采用该法进行调解时，需要对光楔组进行独立调节，这在实际已装配好的四光楔光束扫描装置中调整过程繁琐，调整精度不能保证，效率较低。
发明内容
本发明提供了一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法，其克服了背景技术中所存在的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：
一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法，包括：
步骤1，激光器(1)发射的激光束通过反射镜(2)，接着激光束通过角度偏转光楔组，激光束角度发生偏转后，射入位移旋转光楔组，然后激光束通过聚焦镜(7)汇聚在光学传感器(8)上以能生成图像信息，再将图像信息传送给图像分析器(9)中，利用图像分析器(9)对汇聚后的激光束尺寸进行测量分析；该角度偏转光楔组具有第一光楔(3)和第二光楔(4)，位移旋转光楔组具有第三光楔(5)和第四光楔(6)；
步骤2，位移旋转光楔组的第三光楔(5)和第四光楔(6)的斜面对齐靠接在一起使二者沿光轴间距为零；绕角度偏转光楔组的中心线X旋转角度偏转光楔组一周，并在图像分析器(9)上记录所画圆环的轨迹直径；
步骤3，每次改变第一光楔(3)第一预定角度，接着绕中心线X旋转角度偏转光楔组一周，每改变一次第一预定角度，记录图像分析器(9)上的轨迹直径；找到最小圆轨迹，并纪录此对应第一光楔(3)所处角度D值；
步骤4，旋转第二光楔(4)180°，使第一光楔(3)和第二光楔(4)处于背靠背状态，将角度偏转光楔组和位移旋转光楔组固定在一起，绕中心线X同步旋转一周，记录图像分析器(9)上的轨迹直径；每次改变位移旋转光楔组第二预定角度，再次绕中心线X同步旋转角度偏转光楔组和位移旋转光楔组一周，记录图像分析器(9)上的轨迹直径；找到最小圆轨迹，纪录此对应的D值，第二光楔(4)所处角度X值，位移旋转光楔组所处角度C值；
步骤5，旋转第一光楔(3)180°，以D值每次增加第三预定角度,X值相应减少第四预定角度的变量微调D值和X值，同步旋转角度偏转光楔组和位移旋转光楔组一周，记录图像分析器(9)上的轨迹直径,找出最大圆轨迹，将第一光楔(3)旋转180°，纪录此时D值、X值和C值，它们的相位关系就是四光楔光束扫描装置的初始相位。
一实施例之中：所述的激光器(1)发射的激光束水平通过45°反射镜(2)。
一实施例之中：所述的光学传感器(8)的图像信息通过USB数据线传送给图像分析器(9)。
一实施例之中：所述的第一预定角度为10°。
一实施例之中：所述的第二预定角度为20°。
一实施例之中：所述的第三预定角度为0.5°，第四预定角度为0.5°。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本发明提供了一种在线调整四光楔光束扫描装置初始相位的方法，它为激光加工系统中四光楔光束扫描系统的调整提供了一种便捷的在线调整四光楔光束扫描系统初始相位的方法；该法利用光学成像装置，无需拆卸激光加工系统中的四光楔光束扫描装置，可以在线调整四光楔光束扫描装置的初始相位。对比现有技术中的光楔相位调整方法，它无需拆卸四光楔扫描装置及里面的光楔组件，即可实现调整四光楔初始相位，调整方法便捷，精度较高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了现有技术方案采用经纬仪和平行光管对双光楔初始相位进行调整示意图之一。
图2绘示了现有技术方案采用经纬仪和平行光管对双光楔初始相位进行调整示意图之二。
图3绘示了一实施例之中四光楔光束扫描装置初始相位调整装置的示意图。
图4绘示了一实施例之中步骤3的角度偏转光楔组的相位关系示意图。
图5绘示了一实施例之中第一光楔和第二光楔处于背靠背状态示意图。
图6绘示了一实施例之四光楔的的相位关系示意图，此时第二光楔所处角度X值，位移旋转光楔组所处角度C值。
具体实施方式
请查阅图3，一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法，包括：
步骤1，激光器1发射的激光束通过反射镜2，接着激光束通过角度偏转光楔组，激光束角度发生偏转后，射入位移旋转光楔组，然后激光束通过聚焦镜7汇聚在光学传感器8上以能生成图像信息，再将图像信息传送给图像分析器9中，利用图像分析器9对汇聚后的激光束尺寸进行测量分析，此时测量参数包括有激光束在光学传感器8上的圆环轨迹直径；所述的角度偏转光楔组包括第一光楔3和第二光楔4，它们结构相同且截面都为直角三角形；所述的位移旋转光楔组包括第三光楔5和第四光楔6，它们结构相同且截面都为直角三角形；所述的第一光楔3和第三光楔5相似且第一光楔3小于第三光楔5；
步骤2，位移旋转光楔组的第三光楔5和第四光楔6的斜面对齐靠接在一起使二者沿光轴间距为零，保证光束通过位移旋转光楔组不发生横向偏移；此时，第一光楔3和第二光楔4相对中心线X中心对称布置；绕角度偏转光楔组的中心线X旋转角度偏转光楔组一周，并在图像分析器9上记录所画圆环的轨迹直径；此时中心线X是指第一光楔3和第二光楔4矩形间隔的对角中心；
步骤3，每次改变第一光楔3第一预定角度，接着绕中心线X旋转角度偏转光楔组一周，每改变一次第一预定角度，记录图像分析器9上的轨迹直径；找到最小圆轨迹，并纪录此对应第一光楔3所处角度D值,这时角度偏转光楔组的相位关系为图4所示。
步骤4，旋转第二光楔4角度180°，使第一光楔3和第二光楔4处于背靠背状态，如图5所示,将角度偏转光楔组和位移旋转光楔组固定在一起，绕中心线X同步旋转一周，记录图像分析器9上的轨迹直径；每次改变位移旋转光楔组第二预定角度，再次绕中心线X同步旋转角度偏转光楔组和位移旋转光楔组一周，记录图像分析器9上的轨迹直径；找到最小圆轨迹，纪录此对应的D值，第二光楔4所处角度X值，位移旋转光楔组所处角度C值,此时它们相位关系如图6所示。
步骤5，旋转第一光楔3角度180°，以D值每次增加0.5°,X值相应减少0.5°的变量微调D值和X值，同步旋转角度偏转光楔组和位移旋转光楔组一周，记录图像分析器9上的轨迹直径,找出最大圆轨迹，将第一光楔3旋转180°，纪录此时D值、X值和C值，它们的相位关系就是四光楔光束扫描装置的初始相位。
一实施例之中：所述的激光器1发射的激光束水平通过45°反射镜2。
一实施例之中：所述的光学传感器8的图像信息通过USB数据线传送给图像分析器9。
一实施例之中：所述的第一预定角度为10°。
一实施例之中：所述的第二预定角度为20°。
一实施例之中，通过电机带动所要转动的光楔转动。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (6)
1.一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法，其特征在于：包括：
步骤1，激光器(1)发射的激光束通过反射镜(2)，接着激光束通过角度偏转光楔组，激光束角度发生偏转后，射入位移旋转光楔组，然后激光束通过聚焦镜(7)汇聚在光学传感器(8)上以能生成图像信息，再将图像信息传送给图像分析器(9)中，利用图像分析器(9)对汇聚后的激光束尺寸进行测量分析；该角度偏转光楔组具有第一光楔(3)和第二光楔(4)，位移旋转光楔组具有第三光楔(5)和第四光楔(6)；
步骤2，位移旋转光楔组的第三光楔(5)和第四光楔(6)的斜面对齐靠接在一起使二者沿光轴间距为零；绕角度偏转光楔组的中心线(X)旋转角度偏转光楔组一周，并在图像分析器(9)上记录所画圆环的轨迹直径；
步骤3，每次改变第一光楔(3)第一预定角度，接着绕中心线(X)旋转角度偏转光楔组一周，每改变一次第一预定角度，记录图像分析器(9)上的轨迹直径；找到最小圆轨迹，并纪录此对应第一光楔(3)所处角度D值；
步骤4，旋转第二光楔(4)180°，使第一光楔(3)和第二光楔(4)处于背靠背状态，将角度偏转光楔组和位移旋转光楔组固定在一起，绕中心线(X)同步旋转一周，记录图像分析器(9)上的轨迹直径；每次改变位移旋转光楔组第二预定角度，再次绕中心线(X)同步旋转角度偏转光楔组和位移旋转光楔组一周，记录图像分析器(9)上的轨迹直径；找到最小圆轨迹，纪录此对应的D值，第二光楔(4)所处角度X值，位移旋转光楔组所处角度C值；
步骤5，旋转第一光楔(3)180°，以D值每次增加第三预定角度,X值相应减少第四预定角度的变量微调D值和X值，同步旋转角度偏转光楔组和位移旋转光楔组一周，记录图像分析器(9)上的轨迹直径,找出最大圆轨迹，将第一光楔(3)旋转180°，纪录此时D值、X值和C值，它们的相位关系就是四光楔光束扫描装置的初始相位。
2.根据权利要求1所述的一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法，其特征在于：所述的激光器(1)发射的激光束水平通过45°反射镜(2)。
3.根据权利要求1所述的一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法，其特征在于：所述的光学传感器(8)的图像信息通过USB数据线传送给图像分析器(9)。
4.根据权利要求1所述的一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法，其特征在于：所述的第一预定角度为10°。
5.根据权利要求1所述的一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法，其特征在于：所述的第二预定角度为20°。
6.根据权利要求1所述的一种四光楔光束扫描装置的初始相位调整方法，其特征在于：所述的第三预定角度为0.5°，第四预定角度为0.5°。
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