CN109332879B - 基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统和方法 - Google Patents

基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于激光加工制造领域，提供了一种基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统和方法。该系统包括：加工激光模块、校正激光模块、合束镜、分光棱镜、测量光模块、参考光模块、分析处理模块。本发明提供的振镜校正加工系统是基于迈克尔逊干涉光路系统改进设计的振镜加工光路系统，通过获取工作面反射的测量光与参考光干涉信号，然后通过分析处理模块生成误差补偿文件对振镜进行校正。这种方法不仅能够提高定位精度的校正精度，还可以简化操作流程。

Description

基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统和方法
技术领域
本发明涉及激光加工制造领域，提供了一种基于迈克尔逊干涉在线智能振镜定位精度校正的激光加工系统。
背景技术
在激光加工制造中，通常采用振镜控制光路激光来加工各种复杂的图形和零件；由于光路系统中振镜在初始安装时存在畸变现象、系统安装误差，振镜在使用一定时间后由于电机丢步等原因会产生误差，从而导致加工过程中振镜在扫描区域内的定位偏差大，精度降低。此时要对振镜进行误差补偿以减小这种偏差，提高定位精度。
目前定位精度的校正采用方法有两种，其一是在校正板上打矩阵标靶后，再结合辅助测量设备(如二次元等)进行测量，获取偏差值后生成振镜补偿文件进行校正；其二是采用CCD图像采集装置对振镜校正板上的矩阵标靶进行图像采集，并通过图像处理模块对采集的矩阵标靶进行图像采集处理后输出振镜补偿文件对振镜进行校正。第一种方法由人工计算出理论与实际的偏差，再通过补偿计算软件生成校正文件，这样不但费时，还需要专门的测量人员仪器购买昂贵的辅助测量设备，且校正系统复杂，不能随时对振镜进行校正；第二种方法需要对矩阵标靶的点进行刻线等，操作流程不便捷，且精度与点的数量相关。
因此，本发明基于迈克尔逊干涉原理对激光加工光路系统改进设计，实现在线定位精度校准。能够提高振镜定位精度校正的精度，且改进后的校正流程更便捷。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统，在激光加工光路系统中加入校正光路，从而实现振镜扫描区域的定位精度的校正。该装置中加工激光模块，包括不同类型的激光器和与之相适应的扩束镜；校正激光模块，包含校正所用的激光光源、与之相适应的扩束镜和起偏器；校正激光模块中起偏器用于将校正激光光束变成线偏振光；合束镜用于将所述加工激光模块中激光器发射的激光光束与校正激光光束合并成同同轴光束进行传输；分光棱镜用于将校正激光束分成等振幅正交的两束偏振光，透射/反射光设置为参考光，反射/透射光设置为测量光；测量光模块由聚焦镜、振镜、偏振控制器、移相器、反射镜组成；所述聚焦镜和振镜主要用于加工激光光束的聚焦和偏转，同时也用于反射和聚焦从测量反射镜反射回来的测量光束；移相器主要用于改变测量光束的位相，从而使参考光和测量光满足干涉条件；参考光模块由偏振控制器、反射镜组成；所述测量光模块和参考光模块中的偏振控制器用于改变激光光束的偏振态，使得反射到分光棱镜的两光束正交；分析处理模块用于处理参考光和测量光，并分析两束光发生干涉后产生的条纹。
优选地，所述加工激光模块包含激光器和扩束镜，其中，激光器可以选择连续激光器或脉冲激光器，如CO2激光器、光纤激光器、紫外激光器等。
具体地，所述校正激光模块包含校正所用的激光光源、扩束镜和起偏器，用于调整激光光束的偏振，所述合束镜采用激光光束对晶体的反射和/或透射把不同波段的激光光束合并。所述分光棱镜用于将校正激光束分成等振幅的两束光，透射光设置为参考光，反射光设置为测量光。
本发明的目的在于将迈克尔逊干涉集成到激光加工光路系统中，用于校正振镜定位精度。该系统能够提高校正精度、优化操作流程。
附图说明
图1为基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统模块结构图；
图2为基于迈克尔逊干涉在线定位精度校正激光加工光路系统原理图；
图3为本发明实施例的分析处理模块工作流程；
图4为本发明的基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正方工作流程。
具体实施方式
该方法主要运用在在线激光加工制造设备中光路系统定位精度校正，采用激光测量的原理校正振镜的定位精度，对定位坐标的测量和校正更精确，校正过程更便捷。
如图所示，为本发明实施例的一种在线智能定位精度校正激光加工光路系统，详述如下。
在本发明实施例中，加工激光模块1包含激光器1-1和扩束镜1-2，所述激光器1-1工作模式可以选择连续激光器，也可以选择脉冲激光器。激光器的波段也可以根据实际需要进行更换。所述加工激光发射单元还包括一个扩束镜1-2，用于将所述加工激光光束变成平行光束。
在本发明实施例中，校正激光模块2中激光器2-1输出激光光源通过扩束镜2-2后变成平行光，通过偏振片2-3后变为45°线偏振光。
在本发明实施例中，合束镜3用于将所述加工激光器1-1发射的激光光束与校正激光光束合并成同同轴光束进行传输；分光棱镜4将校正激光光束II根据偏振方向不同分为光强一致的两束光，即两路正交的p光和s光，分别射向参考镜5-2(参考光模块5中)和测量镜6-5(测量光模块6中)，其中45°线偏振光中竖直的s光分量被反射作为参考光III，而水平的p光分量透射，作为测量光IV。
在本发明实施例中，参考光III(s光)入射到参考光模块中的偏振控制器5-1后，变成右旋圆偏振光，此时，右旋偏振光入射到参考镜5-2，被反射后变为左旋圆偏振光，左旋圆偏振光再次通过偏振控制器5-1后变成水平p光。这时的参考光偏振方向已经旋转90°，由原先的竖直s光变成了水平p光，由于再通过分光棱镜4时不会被反射而是完全被分光棱镜4完全反射送入四通道探测部分。
在本发明实施例中，测量光IV(p光)经过类似的传播过程，依次通过偏振控制器6-2、测量镜6-5，再次通过偏振控制器6-2，也会由水平p光变成左旋偏振光、右旋偏振光、竖直s光，测量光再次经过分光棱镜4时将被透射送入四通道探测部分中。
在本发明实施例中，加工光I和测量光IV需要通过聚焦镜6-3和扫描振镜6-4，聚焦镜6-3可以对光束IV进行聚焦，改善测量镜6-5反射的测量光振幅。
在本发明实施例中，移相器6-1用于改变光束III的相位，使其满足两束光发生干涉的条件。
在本发明实施例中，所述测量镜6-5放置在工作面8上。
在本发明实施例中，处理分析模块7中包含光电探测器、信号放大、整形滤波、数模转换、CPU处理器，如图3所示，通过对应分析探测的光电信号，从而获得定位点的坐标信息，生成振镜校正补偿文件。其中，信号放大处理功能在光电探测器输出信号较大时可不需要。

Claims (5)

1.一种基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统，其特征在于，包括：
加工激光模块，包括不同类型的激光器和与之相适应的扩束镜；
校正激光模块，包含校正所用的激光光源、与之相适应的扩束镜和起偏器；校正激光模块中起偏器用于将校正激光光束变成线偏振光；
合束镜用于将所述加工激光模块中激光器发射的激光光束与校正激光光束合并成同轴光束进行传输；
分光棱镜用于将校正激光束分成等振幅正交的两束偏振光，透射/反射光设置为参考光，反射/透射光设置为测量光；
测量光模块由聚焦镜、振镜、偏振控制器、移相器、反射镜组成；所述聚焦镜和振镜主要用于加工激光光束的聚焦和偏转，同时也用于反射和聚焦从测量反射镜反射回来的测量光束；移相器主要用于改变测量光束的位相，从而使参考光和测量光满足干涉条件；
参考光模块由偏振控制器、反射镜组成；所述测量光模块和参考光模块中的偏振控制器用于改变激光光束的偏振态，使得反射到分光棱镜的两光束正交；
分析处理模块用于处理参考光和测量光，并分析两束光发生干涉后产生的条纹。
2.如权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统，其特征在于，所述激光器采用连续激光器或脉冲激光器。
3.如权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统，其特征在于，所述激光器的波段也可以根据实际需要进行更换。
4.如权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统，其特征在于，所述分析处理模块中包含光电探测器、放大整形、滤波、数模转换和CPU处理器，通过对应分析光电探测器的光电信号，从而获得定位点的坐标信息，生成振镜校正补偿文件。
5.如权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉在线振镜定位精度校正加工系统的校正方法，其特征在于，包括下述步骤：
加工过程主要为加工激光模块发出激光后经过聚焦镜和振镜完成，在需要校正定位精度时，关闭加工激光模块，打开校正激光模块；
校正激光光源输出光变成线偏振光后，在分光棱镜出分成等振幅正交的两束光；
扫描振镜控制测量光束在反射镜上进行点定位；
反射测量光通过聚焦镜、偏振控制器、移相器返回到分光棱镜并与参考光干涉；
调节移相器使得光电探测器接收干涉信号，通过分析处理模块对两光束的干涉条纹进行探测、分析，从而获取该点的位置信息；
通过CPU处理器对比位置信息的理论值和实际测量值，计算误差后形成补偿校正文件，并反馈给扫描振镜；
用新校正文件控制振镜进行工作区域内主要点进行测试，判断定位精度是否满足要求；
若能满足要求，则结束校正；若不能满足要求，则重复以上步骤，直至满足要求，从而实现在线定位精度校正。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109967910A (zh) * 2019-03-19 2019-07-05 上海航天精密机械研究所 焊接熔深在线检测装置及方法
CN111055030A (zh) * 2019-12-20 2020-04-24 武汉华工激光工程有限责任公司 一种光束指向稳定性监测与反馈装置及方法
CN112556820A (zh) * 2020-11-10 2021-03-26 华电电力科学研究院有限公司 一种风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的检测方法
CN112828454B (zh) * 2020-12-31 2023-04-14 苏州菲镭泰克激光技术有限公司 二维振镜在线平面精度补偿系统及其补偿方法
CN113210853B (zh) * 2021-04-13 2023-02-28 广东原点智能技术有限公司 一种光路校正系统及其校正方法
CN113310672B (zh) * 2021-07-30 2021-10-12 武汉华工激光工程有限责任公司 一种振镜重复定位精度检测装置和方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011078089A1 (de) * 2011-06-27 2012-12-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Anordnung zur Abstandsmessung bei einer Laserbearbeitungsanlage
CN103008878B (zh) * 2012-12-13 2015-06-17 苏州天弘激光股份有限公司 振镜加工的四坐标系校正方法
EP3257615A1 (en) * 2016-06-15 2017-12-20 Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA Quality control of laser welding process
CN106166643B (zh) * 2016-06-21 2017-08-25 宁波大学 一种提高飞秒激光加工精度的方法
CN107121092A (zh) * 2017-05-24 2017-09-01 西安交通大学 一种激光干涉检测轴承滚珠面型误差的系统及方法

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