CN105910555A - 一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统，包括第一轴锥透镜、第二轴锥透镜和非球面聚焦镜，光束入射面至光束出射面之间依次设置第一轴锥透镜、第二轴锥透镜和非球面聚焦镜，且第一轴锥透镜、第二轴锥透镜和非球面聚焦镜中心轴同轴，在非球面聚焦镜一侧还设有可进行光轴方向微调的CCD，本发明结构设计新颖，能够准静态高精度定性检测光束传输方向与同轴误差，同时能够高精度校正还原光束实际传输特性，更大限度降低各类镜片装配误差所引起的光学特性变化，提高精细激光加工一致性与加工质量。

Description

一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统

技术领域

本发明涉及光学检测系统领域，具体为一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统。

背景技术

工业激光加工行业包括激光切割、焊接、打孔、微加工、熔覆、淬火、表面处理等各方面，涵盖了各类常用金属或非金属材料的激光加工，其中尤以激光切割、打孔、微加工等激光加工行业光束质量要求更高。

现如今，主流的激光加工激光器有光纤耦合输出激光器、CO2激光器等，光纤耦合输出激光器因为光纤柔韧性、高效率耦合性、较好光束质量以及大功率激光器的出现，使得市场占有率日益突出，其二维精细激光加工光路往往由准直镜组、聚焦镜组、保护窗口等组成，三维精细加工光路则涵盖了平面反镜一类的光束偏转镜片；CO2激光器虽然市场占有率渐弱于光纤耦合输出激光器，但其独特的波长特性使得自身稳占一席之地，在激光加工工业中，通常需要导光臂等含有多个平面反射镜的导光系统进行光束传输，才能输入到激光加工光路系统对工件进行加工处理。

无论是光纤耦合输出激光器外光路加工系统，还是CO2激光器导光系统，甚至于其他方式的光路整形系统，对于激光精细加工而言，镜片自身的光学性能优化往往受限于镜片装配误差影响，影响光束特性，最终影响到激光精细加工各向一致性。其中，尤以带反射角度的平面反射镜装配角度误差影响更为显著。

镜片装配误差，通常导致光束传输方向与同轴发生偏差，且从光路结构分析，均可以理解为影响准直或扩束后的光束传输方向与同轴性，如光纤耦合输出激光器光源与准直镜之间的同轴偏差、导光臂反射镜角度偏差等。

鉴于以上分析及其他类似问题，需要具备一款高精度可用于光束同轴性、方向性误差检测的静态检测系统，目前市面上极少有这类同轴检测产品，即便是国外导光臂检测的相关仪器，也需要动态调试，十分费劲费力，且并不适用于装配镜片的固定关节调试。

本发明以能静态或极小范围准静态调节为前提，以圆形平行或近平行入射光为基准，基于轴锥透镜对光束方向与同轴高灵敏度特性，及误差下的环形光束聚焦后焦点附近光斑变异特性，设计出一款适用于工业激光精密加工的光路同轴性与方向性误差检测系统，能够实现光束同轴与方向的高精度校正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统,包括第一轴锥透镜、第二轴锥透镜和非球面聚焦镜，光束入射面至光束出射面之间依次设置所述第一轴锥透镜、所述第二轴锥透镜和所述非球面聚焦镜，且所述第一轴锥透镜、所述第二轴锥透镜和所述非球面聚焦镜中心轴同轴，在所述非球面聚焦镜一侧还设有可进行光轴方向微调的CCD。

优选的，所述第一轴锥透镜、第二轴锥透镜锥角相同。

优选的，所述非球面聚焦镜为消像差非球面镜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设计新颖，能够准静态高精度定性检测光束传输方向与同轴误差，同时能够高精度校正还原光束实际传输特性，更大限度降低各类镜片装配误差所引起的光学特性变化，提高精细激光加工一致性与加工质量。

附图说明

图1为本发明的实施例一剖切面结构示意图；

图2为本发明的实施例一剖切面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1，本实施例提供一种技术方案：一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统,包括第一轴锥透镜1、第二轴锥透镜2和非球面聚焦镜3，非球面聚焦镜3为消像差非球面镜，非球面聚焦镜3可更换为消像差镜组，不论是球面镜组与非球面镜组，均属于本发明范畴；第一轴锥透镜1、第二轴锥透镜2锥角相同，光束入射面至光束出射面之间依次设置所述第一轴锥透镜1、所述第二轴锥透镜2和所述非球面聚焦镜3，采用双轴锥透镜目的是将实心平行或近平行的圆形光束整形为对应的空心光束，且所述第一轴锥透镜1、所述第二轴锥透镜2和所述非球面聚焦镜3中心轴同轴，在所述非球面聚焦镜3一侧还设有可进行光轴方向微调的CCD4。

本实施例中，入射光束采用圆形平行或近平行光束，能够获得更好的效果，当圆形平行或近平行光束入射到第一轴锥透镜1后，经过汇聚交叉发散形成发散空心光束，再经由第二轴锥透镜2准直为空心平行或近平行光束，空心光束受非球面聚焦镜3聚焦，当入射光束传输方向与检测系统光轴有极小角度偏差时，CCD 4在焦点附近可检测空心环形光斑发生畸变，通过调整光束方向以还原聚焦焦点附近变形光斑恢复圆环形，微移CCD 4检测聚焦焦段光斑不再畸变，即表明方向校正到位；当入射光束轴向与检测系统光轴有极小的轴向偏差时，CCD 4可检测焦点附近环形光斑能量发生偏移，通过调整光束轴向，聚焦光束焦点附近CCD 4检测校正时，CCD 4应能够在系统光轴方向微调，以达到更高的校准精度，在CCD 4中检测环形光斑能量分布基本轴对称，即表明同轴校正到位；当两种偏差均存在时，需一一进行校正。

实施例二：

请参阅图2，本实施例提供一种技术方案：一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统,包括第一轴锥透镜1、第二轴锥透镜2和非球面聚焦镜3，第一轴锥透镜1、第二轴锥透镜2锥角相同，光束入射面至光束出射面之间依次设置所述第一轴锥透镜1、所述第二轴锥透镜2和所述非球面聚焦镜3，采用双轴锥透镜目的是将实心平行或近平行的圆形光束整形为对应的空心光束，且所述第一轴锥透镜1、所述第二轴锥透镜2和所述非球面聚焦镜3中心轴同轴，在所述非球面聚焦镜3一侧还设有可进行光轴方向微调的CCD4。

本实施例中，还包括半透半反镜5，所述半透半反镜5设置在第二轴锥透镜2和非球面聚焦镜3之间，且所述半透半反镜5倾斜设置，与水平面的夹角为30°-45°；还包括大面积CCD6，所述大面积CCD6设置在半透半反镜5上端，且所述大面积CCD6与第一轴锥透镜1、第二轴锥透镜2、非球面聚焦镜3中心轴垂直。

本实施例中，入射光束采用圆形平行或近平行光束，当圆形平行或近平行光束经过第一轴锥透镜1、第二轴锥透镜2整形为相应环形空心光束，环形空心光束经过半透半反镜5，一部分反射可用于大面积CCD 6检测，另一部分光束折射透过半透半反镜5经非球面聚焦镜3聚焦到CCD 4，当入射光出现偏差时，若入射光相对于检测系统光轴同时存在方向性偏差与同轴性偏差，则大面积CCD 6处可以检测出环形光束发生能量偏移，意味着入射光束相对于检测系统光轴存在同轴性偏差，通过调整入射光束同轴性，校正大面积CCD 6中的环形光束能量偏移后，以获得轴对称环形光束，通过CCD 4可以单独校正光束方向性偏差。

在所有实施例中，非球面聚焦镜可更换为消像差镜组，不论是球面镜组与非球面镜组，均属于本发明设计范畴。光路需采用圆形平行或近平行光入射，才能获得更好的效果。额外引入滤光片、成像镜头等，并不改变光路设计原理的，均属于本发明范畴。

本发明结构设计新颖，能够准静态高精度定性检测光束传输方向与同轴误差，同时能够高精度校正还原光束实际传输特性，更大限度降低各类镜片装配误差所引起的光学特性变化，提高精细激光加工一致性与加工质量；另外根据入射光束功率，额外引入滤光片等，并不改变光路设计原理的，均属于本发明范畴。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统,其特征在于：包括第一轴锥透镜、第二轴锥透镜和非球面聚焦镜，光束入射面至光束出射面之间依次设置所述第一轴锥透镜、所述第二轴锥透镜和所述非球面聚焦镜，且所述第一轴锥透镜、所述第二轴锥透镜和所述非球面聚焦镜中心轴同轴，在所述非球面聚焦镜一侧还设有可进行光轴方向微调的CCD。

2.根据权利要求1所述的一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统，其特征在于：所述第一轴锥透镜、第二轴锥透镜锥角相同。

3.根据权利要求1所述的一种检测校正光束方向同轴性高精度准静态系统，其特征在于：所述非球面聚焦镜为消像差非球面镜。