CN105241641B - 一种光束指向性调试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光束指向性调试系统，包括基准平台、方管前置镜、被调透镜组、标准光标组、传导光纤、红光光源、光源控制盒；方管前置镜、被调透镜组、标准光标组沿光路依次设置在基准平台上；红光光源及光源控制盒构成可控光源并经由传导光纤传导至标准光标组的指示端面；传导光纤、红光光源、光源控制盒设置在基准平台上；方管前置镜的视准轴与标准光标组构建为一个基准轴，标准光标组的发光端面作为指示光标，指引被调透镜组来指示透镜出光指向调试。本发明的光束指向性调试系统利用方管前置镜视准轴及标准光标组建立起一个基准轴，借助标准光标组的发光端面作为指示光标，经被调透镜成像的位置来指示透镜出光指向，从而可以进行精确调试。

Description

一种光束指向性调试系统和方法

【技术领域】

本发明涉及光束调试技术领域，尤其涉及一种光束指向性精确调试系统和方法。

【背景技术】

在激光行业中，现行常用的对正透镜或正透镜组的出光指向性调试方法，普遍存在的问题及缺陷如下：

调试常见方法一般是利用氦氖激光光源给出一束细光束穿小孔光阑及目视观察判断出光对靶标的对中情况，从而大致调试透镜出光指向性。因此，调试精度一般都较低，一般都不能保证具体的精度控制范围。

采用此种方法的缺陷是：

1、调试精度低，过程控制随意性较大，基本上依赖于调试者的工作状态，调试质量波动较大；

2、不适于工件批量调试；

3、不便于设计配套的调试工装进行规范性生产；

4、不利于对整个激光器系统中的相关镜组在组装调试前或总装系统光路调试前，预先对各镜组的出光指向性进行基础性的、基本量的预调控制，以消除大部分的出光指向性偏差，而这对于提高激光器出光质量有较大影响。

【发明内容】

基于此，本发明的目的在于提供一种光束指向性调试系统和方法，能够精确确定出光指向性的调试。

为了实现本发明的目的，提供一种光束指向性调试系统，包括基准平台、方管前置镜、被调透镜组、标准光标组、传导光纤、红光光源、光源控制盒；所述方管前置镜、被调透镜组、标准光标组沿光路依次设置在所述基准平台上；所述红光光源光源及所述光源控制盒构成可控光源并经由传导光纤传导至所述标准光标组的指示端面；所述传导光纤、红光光源、光源控制盒设置在所述基准平台上；所述方管前置镜的视准轴与标准光标组构建为一个基准轴，所述标准光标组的发光端面作为指示光标，指引被调透镜组来指示透镜出光指向调试。

优选地，所述方管前置镜为长方形，所述方管前置镜的中心装有一望远镜系统，所述方管前置镜的视准轴与四个工作面平行，所述望远镜系统的分划板上刻有十字线，所述十字线的每一条线都分别与两个工作面垂直和平行。

优选地，所述方管前置镜的视准轴平行于任一工作面，所述方管前置镜的视准轴的中心高等于两平行工作面距离的1/2。

优选地，所述标准光标组的工作端面为直径Φ0.4mm的光纤端面，所述光纤端面垂直于光轴，光轴平行于标准光标组的安装座底面；所述标准光标组的中心高等于方管前置镜的视准轴中心高，所述光轴为所述准光标组的光轴。

优选地，所述被调透镜组的光轴位于所述方管前置镜的视准轴上，且距离方管前置镜1200-1500mm。

优选地，所述标准光标组的指示端面位于所述被调透镜组的焦面上。

本发明还提供一种光束指向性调试方法，基于光束指向性调试系统，所述调试系统包括基准平台、方管前置镜、被调透镜组、标准光标组、传导光纤、红光光源、光源控制盒；所述方管前置镜、被调透镜组、标准光标组沿光路依次设置在所述基准平台上；所述红光光源及所述光源控制盒构成可控光源并经由传导光纤传导至所述标准光标组的指示端面；所述传导光纤、红光光源、光源控制盒设置在所述基准平台上；其中，利用所述方管前置镜的视准轴与标准光标组构建一个基准轴，借助所述标准光标组的发光端面作为指示光标，所述指示光标指引被调透镜组来指示透镜出光指向，实现调试。

优选地，所述标准光标组的中心高等于方管前置镜的视准轴中心高；调整指示端面像与中心像面的位置完全重合，出光指向视为沿视准轴出光。

优选地，安放被调透镜组使被调透镜组的光轴位于所述方管前置镜的视准轴上，且距离方管前置镜1200-1500mm。

优选地，根据被调透镜组的焦距值，使标准光标组的指示端面位于被调透镜组的焦面上。

区别于现有技术，上述光束指向性调试系统利用方管前置镜视准轴及标准光标组建立起一个基准轴，借助标准光标组的发光端面作为指示光标，经被调透镜成像的位置来指示透镜出光指向，从而可以进行精确调试；可对出光指向性进行直接的、精确的调试，调试精度远远高于传统的用氦氖激光穿小孔光阑目视观察判断光靶对中心的方法；使调试过程规范化、调试工作效率高，能适应批量化生产；调试结果一致性好，便于进行正式装调前基础性的、基本量的预调控制。

【附图说明】

图1为本发明一个实施例中的调试布局示意图。

图2为本发明一个实施例中的光束指向性调试的结构正视图。

附图标记说明：

1、基准平台 2、方管前置镜

3、被调透镜组 4、标准光标组

5、传导光纤 6、红光光源

7、光源控制盒 8、透镜焦面

9、指示端面 10、视准轴

11、视准轴中心高 12、物镜

13、分划板 14、目镜

15、分划板十字刻线 16、中心像面

17、指示端面像 18、调试工装。

【具体实施方式】

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

一实施例中，本发明提供一种光束指向性调试系统，包括基准平台、方管前置镜、被调透镜组、标准光标组、传导光纤、红光光源、光源控制盒。

所述方管前置镜、被调透镜组、标准光标组设置在所述基准平台上，并沿光路依次布置。

所述红光光源及光源控制盒构成可控光源并经由传导光纤传导至所述标准光标组的指示端面；所述传导光纤、红光光源、光源控制盒设置在所述基准平台上。

所述方管前置镜的视准轴与标准光标组构建为一个基准轴，所述标准光标组的发光端面作为指示光标，指引被调透镜组来指示透镜出光指向调试。

在一优选实施例中，所述方管前置镜为规整的长方形，所述方管前置镜的中心装有一望远镜系统，方管前置镜的视准轴与四个工作面严格平行，所述望远镜系统的分划板上刻有十字线，所述十字线的每一条线都分别与两个工作面垂直和平行。

进一步地，所述方管前置镜在基准平台上翻转任一工作面都能对某一无限远目标保持严格瞄准；所述方管前置镜的视准轴严格平行于任一工作面，所述方管前置镜的视准轴的中心高等于两平行工作面距离的1/2。

在一优选实施例中，所述标准光标组的工作端面为直径Φ0.4mm的光纤端面，所述光纤端面垂直于光轴，光轴平行于标准光标组的安装座底面；所述标准光标组的中心高等于方管前置镜的视准轴中心高，所述光轴为所述准光标组的光轴。

所述被调透镜组的光轴位于所述方管前置镜的视准轴上，且距离方管前置镜1200-1500mm。

优选地，所述标准光标组的指示端面位于所述被调透镜组的焦面上。

一实施例中，本发明提供一种光束指向性调试方法，基于光束指向性调试系统，其中，利用所述方管前置镜的视准轴与标准光标组构建一个基准轴，借助所述标准光标组的发光端面作为指示光标，指引被调透镜组来指示透镜出光指向，实现调试。

在一优选实施例中，所述标准光标组的中心高等于方管前置镜的视准轴中心高；调整指示端面像与中心像面的位置完全重合，出光指向视为沿视准轴出光。

安放被调透镜组使被调透镜组的光轴位于所述方管前置镜的视准轴上，且距离方管前置镜1200-1500mm。

优选地，根据被调透镜组的焦距值，使标准光标组的指示端面位于被调透镜组的焦面上。

上述光束指向性调试系统利用方管前置镜视准轴及标准光标组建立起一个基准轴，借助标准光标组的发光端面作为指示光标，经被调透镜成像的位置来指示透镜出光指向，从而可以进行精确调试；可对出光指向性进行直接的、精确的调试，调试精度远远高于传统的用氦氖激光穿小孔光阑目视观察判断光靶对中心的方法；使调试过程规范化、调试工作效率高，能适应批量化生产；调试结果一致性好，便于进行正式装调前基础性的、基本量的预调控制。

在另一优选实施例中，提供一种光束指向性调试系统及方法。

请一并参阅图1和图2所示。包括：该调试系统包括基准平台1、方管前置镜2、被调透镜组(工件)3、标准光标组4、传导光纤5、红光光源6、光源控制盒7。

所述方管前置镜2、被调透镜组3、标准光标组4设置在所述基准平台1上，并沿光路依次布置。其中：

该基准平台1为一个平面度为双零级的高精度花岗岩平台，用于为调试系统建立一个理想的基准平面。

该方管前置镜2，壳体为一规整的长方形，壳体的中心装有一望远镜系统，方管前置镜2的视准轴与四个工作面严格平行，其分划板13上刻有十字刻线15，十字刻线15的每一条线都分别与两个工作面严格垂直和平行；进一步地，方管前置镜2在基准平台1上翻转任一工作面都能对某一无限远目标保持严格瞄准；方管前置镜2的视准轴严格平行于任一工作面，其中心高严格等于两平行工作面距离的1/2。

该标准光标组4为一个自制标准具，其工作端面为直径Φ0.4mm的光纤端面，端面垂直于光轴，光轴平行于安装座底面，标准光标组4的中心高严格等于方管前置镜2的视准轴中心高。标准光标组4用于提供一个标准的发光指示面(作为物面)。

基于此，该调试方法为利用所述方管前置镜2的视准轴与标准光标组4构建一个基准轴，借助所述标准光标组4的发光端面作为指示光标(物面)，指示光标指引被调透镜组3来指示透镜出光指向，实现调试。

其中，标准光标组4的指示端面中心高严格等于视准轴中心高。

可优选地，调整指示端面像与中心像面的位置完全重合(即“θ水平＝0，θ垂直＝0”)，出光指向视为沿视准轴出光，达到最佳出光指向。

可优选地，该调试系统还进一步包括调试工装18，其中，调试工装18用于平稳地夹持被调透镜组(工件)3；并使被调透镜组(工件)3靠紧镜座安装靠面。

调试工装18还需使被调透镜组3的光轴在水平面内作微小量左右扭摆(即可调试“θ水平”)；使被调透镜组3的光轴在垂直面内作微小量俯仰摆动(即可调试“θ垂直”)；使被调透镜组3在水平面内作横向少量移动(±2mm即可)；使被调透镜组3在垂直面内作竖向少量移动(±2mm即可)。

基于此，调试工装18的镜片夹头设计必须满足五维自由度；且有足够的空间，方便对被调透镜组3进行点胶及用紫外灯进行光照固化。

进一步地，调试工装18能沿方管前置镜2的视准轴10对指示端面9通过被调透镜组3及物镜12透光成像在分划板13上，方便进行调试观察；调试工装18设有对被调透镜组3的镜座定位、固定功能，且便于高重复性替换，以方便批量调试。上述关于调试工装18的要求基础上，对于本领域内的技术人员而言，能够实现其具体构造。

可优选地，该调试系统被布局为：

(1)建立基准：如图1所示，在基准平台1上，以方管前置镜2的视准轴10为基准，使被调透镜组(工件)3、标准光标组4与视准轴10共轴。

(2)被调透镜组(工件)3的安放与夹持：工件3与调试工装18的安放相互对应；首先安放好工件3，再安放调试工装18。具体地，工件3安放时应使其光轴基本位于视准轴10上，与方管前置镜2的距离为1200--1500mm。

(3)标准光标组4的安放：根据工件3的焦距值，使标准光标组4上的指示端面9位于工件3的焦面上。前后微量移动标准光标组4，当在方管前置镜2的分划板13上看到指示端面9通过工件3、物镜12成的清晰像面时(此时不必调试17对中心)，此时指示端面9处于工件3的焦面上。

(4)对系统布局进行固定：是一个逐渐趋近的过程，实际调试中需要反复调试，直至完成。调试好后可用502胶对标准光标组4、方管前置镜2进行定位固定在基准平台1上；对工件3用定位靠块进行定位(并点胶固定)，以便在批量调试中可反复更换工件3。

(5)调试观察：打开光源控制盒7的开关，使红光光源6(功率在mW级)发光并照明传导光纤5的一端，红光经过传导光纤5的传导，在标准光标组4上的指示端面9产生一直径Φ0.4mm的红光发光面。此时，通过被调透镜组(工件)3、方管前置镜2的物镜12成像于分划板13上，即指示端面像17，通过目镜14即可观察到指示端面像17。

指示端面像17为指示端面9被被调透镜组3和物镜12在分划板13上所成的像；中心像面16是一个虚拟的理想的成像位置，在分划板13的十字线中心上；当被调透镜组3没有任何误差时，指示端面9将被指示端面3和物镜12成像在分划板十字线的中心处，即中心像面16的位置。

进一步地，对影响调试结果的因子分解，可知影响出光指向性的因素共有：透镜组中心高的影响；出光指向在水平面内的扭摆角的影响；出光指向在垂直面内的俯仰角的影响。

透镜中心高影响：加工及装配较易于保证被调透镜组(工件)3的机械中心高偏差≤0.3mm，一般可将被调透镜组(工件)3放置于距离方管前置镜2为1200-1500mm的位置上，此时由机械中心高偏差引起的光轴偏离角度，经计算约为(40-60)〞(≈0.3rmad)。此微小量在实际应用中对出光指向性的影响可忽略不计。即对中心高没有必要进行精密调试，中心高的精密调试是一个不易实现的需要复杂结构的环节，由机械设计及加工工艺保证即可，因此对本发明而言可有效保证精度。

出光指向在水平面内的扭摆角影响：如图2中所示，此角度对应于图中的“θ水平”。对“θ水平”的调试分为两个阶段：1)进行精密调试。2)在正式的装调中在激光器安装基面上适当松开安装螺钉用敲击法使镜座在基面上微量扭摆即可校正，且对调试结果不难进行检测。故在本发明实施的调试中对出光指向在水平面内的扭摆角不作严格的要求。

出光指向在垂直面内的俯仰角影响：出光指向性偏差主要表现在垂直平面内的俯仰角上(即“θ垂直”)，且在正式安装中在激光器的安装基面上一般没有好的办法进行单独的精确的调试，故需要精密调试。

基于此，本发明实施例该调试方法还进一步包括精密调试：

(1)水平角调整：用于将被调透镜组(工件)3相对于镜座的安装靠面靠紧装正即可。

首先，将镜座按对中要求且靠面垂直于视准轴安放好并固定(可点胶502固定在基准平台1上)；然后用装调工装18将透镜夹持住，调试工装18使透镜靠紧镜座安装靠面，并在水平面内微调“θ水平”，当“θ水平”被调整到零时即可，实操中接近零即可。至此，只要达到目视观测下透镜对镜座的安装靠面调正即可，对最终的出光指向性影响不大，可在正式装调中二次进行校正。

(2)俯仰角调整：通过调试工装18使被调透镜组(工件)3在垂直平面内进行俯仰角微量摆动，使“θ垂直”接近于0，调试需反复进行，尽可能使θ垂直＝0，即使得指示端面像17的中心处于分划板13的十字刻线15的水平刻线上。此时，被调透镜组(工件)3的出光指向性被调试到所要求的指向。

进一步地，对出光指向性调试精度分析：

可在分划板13上进行观察,当调试达到严格使“θ垂直＝0”时，即使得指示端面像17的中心严格位于分划板十字刻线15的水平刻线上，可近似地认为出光指向性偏差为零。

实际调试中，在精细调试下可使θ垂直＝1/4光斑直径甚至更小，其对应的出光指向偏差量是很微小的。故本发明实施例的方案可对出光指向性进行精确调试。

优选地，本实施例中，还包括点胶固定：待调试到位后，用冷光胶对透镜边缘的固定位置进行点胶，并用紫外灯进行光照固化。固化过程中亦可在目镜14中观察θ垂直有无微量变化，并总结对应规律。

点胶固定过程也可以分步渐进，以便用装调工装18及时进行校正。到此对透镜出光指向性的精确调试完成。

在一些优选方案中，还进一步包括：

被调透镜组(工件)3的安装底座，在调试前对安装底面进行精密研磨，其平面度要求达到可和双零级花岗岩基准平台1严密贴合共面。

调试方法可以对被调透镜的出光指向性在垂直平面内对俯仰角进行精密调试到接近于中心零位，还需使标准光标组4、被调透镜组(工件)3与方管前置镜2的视准轴10在水平面内左右基本对称。为实现这一目的，需在基准平台1上画一条中心定位线进行安放方管前置镜2、被调透镜组(工件)3、标准光标组4，并测量它们的左右对称性，具体地，可借助相关零件底座上的对中刻线。此时，达不到严格对称对调试结果的影响可以忽略不计。

基于此，本发明实施例的调试系统，利用方管前置镜视准轴及标准光标组(其指示端面中心高严格等于视准轴中心高)建立起一个基准轴，借助标准光标组的发光端面作为指示光标(物面)经被调透镜成像的位置来指示透镜出光指向，从而可以进行精确调试的方法。

可对出光指向性进行直接的、精确的调试。调试精度远远高于传统的用氦氖激光穿小孔光阑目视观察判断光靶对中心的方法。

进一步地，可借助于调试工装，使调试稳定可靠，调试结果可通过一些对应的精密数据(在分划板上判断指示端面像的中心偏移量)来反应，极大地消除了传统方法的粗略估读的影响因素。

可使调试过程规范化、调试工作效率高，能适应批量化生产。

调试结果一致性好，便于进行正式装调前基础性的、基本量的预调控制。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上上述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光束指向性调试系统，其特征在于，包括基准平台、方管前置镜、被调透镜组、标准光标组、传导光纤、红光光源、光源控制盒；

所述方管前置镜、被调透镜组、标准光标组沿光路依次设置在所述基准平台上；

所述红光光源及所述光源控制盒构成可控光源并经由传导光纤传导至所述标准光标组的指示端面；所述传导光纤、红光光源、光源控制盒设置在所述基准平台上；

所述方管前置镜的视准轴与标准光标组构建为一个基准轴，所述标准光标组的发光端面作为指示光标，指引被调透镜组来指示透镜出光指向调试。

2.根据权利要求1上述的光束指向性调试系统，其特征在于，所述方管前置镜为长方形，所述方管前置镜的中心装有一望远镜系统，所述方管前置镜的视准轴与四个工作面平行，所述望远镜系统的分划板上刻有十字线，所述十字线的每一条线都分别与两个工作面垂直和平行。

3.根据权利要求2上述的光束指向性调试系统，其特征在于，所述方管前置镜的视准轴平行于任一工作面，所述方管前置镜的视准轴的中心高等于两平行工作面距离的1/2。

4.根据权利要求1上述的光束指向性调试系统，其特征在于，所述标准光标组的工作端面为直径Φ0.4mm的光纤端面，所述光纤端面垂直于光轴，光轴平行于标准光标组的安装座底面；所述标准光标组的中心高等于方管前置镜的视准轴中心高；所述光轴为所述标准光标组的光轴。

5.根据权利要求1上述的光束指向性调试系统，其特征在于，所述被调透镜组的光轴位于所述方管前置镜的视准轴上，且距离方管前置镜1200-1500mm。

6.根据权利要求1上述的光束指向性调试系统，其特征在于，所述标准光标组的指示端面位于所述被调透镜组的焦面上。

7.一种光束指向性调试方法，其特征在于，基于光束指向性调试系统，所述调试系统包括基准平台、方管前置镜、被调透镜组、标准光标组、传导光纤、红光光源、光源控制盒；

所述方管前置镜、被调透镜组、标准光标组沿光路依次设置在所述基准平台上；

所述红光光源及所述光源控制盒构成可控光源并经由传导光纤传导至所述标准光标组的指示端面；所述传导光纤、红光光源、光源控制盒设置在所述基准平台上；

其中，利用所述方管前置镜的视准轴与标准光标组构建一个基准轴，借助所述标准光标组的发光端面作为指示光标，所述指示光标指引被调透镜组来指示透镜出光指向，实现调试。

8.根据权利要求7上述的光束指向性调试方法，其特征在于，所述标准光标组的中心高等于方管前置镜的视准轴中心高；调整指示端面像与中心像面的位置完全重合，出光指向视为沿视准轴出光。

9.根据权利要求7上述的光束指向性调试方法，其特征在于，安放被调透镜组使被调透镜组的光轴位于所述方管前置镜的视准轴上，且距离方管前置镜1200-1500mm。

10.根据权利要求7上述的光束指向性调试方法，其特征在于，根据被调透镜组的焦距值，使标准光标组的指示端面位于被调透镜组的焦面上。