CN109664018A - 一种双光路调试合束方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双光路调试合束方法及系统，解决现有激光合束方式无法实现两路光线精准合束的问题。该方法包括以下步骤：1)调节光路一；1.1)调节光路一光斑居中；1.2)粗调光路一水平度及垂直度；1.3)精调光路一水平度及垂直度；2)调节光路二；2.1)调节光路二光斑居中；2.2)粗调光路二水平度及垂直度；2.3)精调光路二水平度及垂直度；3)合束及检测；3.1)将光路一和光路二合束；3.2)合束检测。

Description

一种双光路调试合束方法及系统

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种双光路调试合束方法及系统。

背景技术

激光精细加工由于具有超精细、环保绿色、可实现柔性加工等优势，在国内外已经成为主流加工方式之一。而中国作为世界第一的制造业大国，目前处于制造产业结构优化升级的关键时期，激光加工技术取代传统制造加工方式成为发展的必然趋势。目前，激光精细加工、激光表面制造、激光打孔、激光切割等技术正以每年30％的增速占领市场，因此研究激光精细加工过程中的各项调试技术尤为必要。

激光光路调试精度代表激光加工精度，因此激光光路调试是装备调试的关键技术之一。双光路合束技术可以广泛应用于所有需要双光路加工的激光精细制造中，由于制造的材料、技术指标各有不同，该技术可保证一套装备可以同时满足不同制造材料、技术指标各异的加工。目前激光加工中，存在很多双光路设计，类似纳秒激光光路与飞秒激光光路合束、皮秒激光光路与飞秒激光光路合束等情况。其中，双光路合束的精度代表两个切换刀头位置的偏移，在需要切换两路光才能实现加工的状况下，刀头的切换精度直接影响激光构件的加工精度。

在激光设备需要双光路布局时，理论设计中两者可以精准合束，但是在实际光路调试过程中，光路各个组件均存在制造及装配误差，往往在保证了双光路的垂直水平度后，很难存在自由度去实现精准合束、指向方位的调整。此外，如若光路光程太长、光路中反射镜组的调节范围有限，两路光线无法实现精准合束、指向方位的调整。目前均是通过简单的反射镜、合束镜等进行合束，此种方法均受制于其调节范围，光程补偿能力极为有限，无法实现精准合束，只能应用于对双光路合束要求不高，允许两路光线存在一定偏移的情况下。

发明内容

本发明的目的是解决现有激光合束方式无法实现两路光线精准合束的问题，提供一种双光路调试合束方法及系统。

本发明的技术方案是：

一种双光路调试合束方法，包括以下步骤：

1)调节光路一；

1.1)调节光路一光斑居中，使光斑在光路中的任一光学元件表面均是从其中心入射及出射；

1.2)粗调光路一水平度及垂直度，调整光路中其中之几或全部元器件的三维空间姿态，实现对光路一的水平度、垂直度的调节；

1.3)精调光路一水平度及垂直度，采用高精度观察仪器观察，调整光路中其中之几或全部元器件的三维空间姿态，实现对光路一的水平度、垂直度的调节；

2)调节光路二；

2.1)调节光路二光斑居中，使光斑在光路中的任一光学元件表面均是从其中心入射及出射；

2.2)粗调光路二水平度及垂直度，调整光路中其中之几或全部元器件的三维空间姿态，实现对光路二的水平度、垂直度的调节；

2.3)精调光路二水平度及垂直度，采用高精度观察仪器观察，通过调整光路中其中之几或全部元器件的三维空间姿态，实现对光路二的水平度、垂直度的调节；

3)合束及检测；

3.1)将光路一和光路二合束；

3.2)合束检测；

采用高精度观察仪器检测是否合束，若没有实现合束，则通过调整双光楔姿态，进行光束一和光束二的合束。

进一步地，步骤1.1)中，具体通过色卡实现激光光斑的对中。

进一步地，步骤1.3)中的高精度观察仪器为CCD相机。

进一步地，步骤3.1)将光路一和光路二合束具体为通过切换反射镜的切入切出，实现光路一或光路二的工作。

进一步地，步骤3.2)中的高精度观察仪器为高成像质量CCD。

同时，本发明还提供一种双光路调试合束系统，包括设置在光路二上的反射镜二、依次设置在光路一上的扩束镜、反射镜一、双光楔以及设置在光路一和光路二合束点的可切换式反射镜、合束光路上的聚焦镜。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明方法首先对两路光束的光斑和指向进行精确调节，后通过调整双光楔姿态，双光楔为双光路的指向提供了更大的调整范围，从而进行光束一和光束二的精确合束，从而实现光束的精准合束。

2.本发明提供的方法除了可以应用于合束，还可以扩展应用于对双光路间偏移量的精准控制，即根据使用要求，两路光需要某一定值的偏移量，可以通过双光楔来实现此偏移量的调整。

附图说明

图1为本发明双光楔分布示意图；

图2为本发明双光楔姿态示意图一；

图3为本发明双光楔姿态示意图二；

图4为本发明双光楔姿态示意图三；

图5为本发明双光楔姿态示意图四。

附图标记：1-反射镜一，2-反射镜二，3-扩束镜，4-双光楔，5-聚焦镜。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

本发明公开了一种光路合束方法，该方法用于双光路精准合束、光束方向调节等。

本发明提供的光路合束方法，包括以下步骤：

一、调节光路一；

1.1)调试光路一光斑居中，使光斑在光路中的任一光学元件表面均是从其中心入射及出射；

具体采用色卡调节，色卡的作用为让光斑可视，色卡中设有标定过的中心“十”字，将色卡装夹于光路中扩束镜3至聚焦镜5之间的任一位置，如若光斑在其十字中心则为居中，如若不在十字中心则需要调整，通过调节激光器出口处的反射镜的三维空间姿态，实现激光光斑的对中；

1.2)粗调光路一水平度及垂直度；

采用色卡通过调整光路中其中之几或全部的反射、透射等元器件三维空间姿态实现对光路一的水平度、垂直度的调试；

具体采用色卡调节，将色卡装夹于光路中扩束镜至聚焦镜之间的任一位置，并将色卡在扩束镜至聚焦镜中的每一位置切换并进行观察，如果色卡在不同位置观察时，光斑的位置在XY方向始终保持不变，则其水平垂直度不需要调整，如若在XY方向发生变化，则水平度垂直度需要通过光学元件的三维姿态调整需要调试；

1.3)精调光路一水平度及垂直度，并将其做为标准参考光；

采用高精度观察仪器(CCD相机等)观察，通过调整光路中其中之几或全部的反射、透射等元器件三维空间姿态实现对光路一的水平度、垂直度的调试；高精度观察仪器实现水平度、垂直度与采用色卡的基本原理及过程类似；

二、调节光路二；

2.1)调试光路二光斑居中，即使光斑在光路中的任一光学元件表面均是从其中心入射及出射；

具体采用色卡调节，通过调节激光器出口处的反射镜的三维空间姿态，实现激光光斑的对中；

2.2)粗调光路二水平度及垂直度，调整光路中其中之几或全部元器件的三维空间姿态，实现对光路二的水平度、垂直度的调节；

采用色卡通过调整光路中其中之几或全部的反射、透射等元器件三维空间姿态实现对光路二的水平度、垂直度的调试；

2.2)精调光路二水平度及垂直度；

采用高精度观察仪器(CCD相机等)观察，通过调整光路中其中之几或全部的反射、透射等元器件三维空间姿态实现对光路二的水平度、垂直度的调试；

三、将光路一和光路二合束；

3.1)将光路一和光路二合束；

通过反射镜一1、反射镜二2以及光路中的扩束镜3等光学元件进行光束合束；如图2所示，双光楔在此种情况下对光路的平行偏移不产生影响；

将光路一和光路二合束具体为通过一个切换反射镜，也就是说通过切换反射镜的切入切出，可实现光路一或光路二的工作；

3.2)合束检测：根据光路的理论设计，双光路应该是可以理论合束的，但是由于光学元件的装配及安装误差，在保证了双光路的垂直、水平度以后，很难有自由度再进行合束的调整。通过光路合束点位置放置的切换装置(在理论合束点方式可切换式反射镜)，进行光路一、光路二的切换，采用高精度观察仪器(CCD相机等)进行检测，如两束光已经完全合束，则保证双光楔的姿态为图2所示，不进行双光楔调整；如没有实现合束，则通过调整双光楔4姿态，实现合束，

同时，本发明还提供一种双光路调试合束系统，包括设置在光路二上的反射镜二2、依次设置在光路一上的扩束镜3、反射镜一1、双光楔4以及设置在光路一和光路二合束点的可切换式反射镜、合束光路上的聚焦镜5。

双光楔提前放置在光路一与光路二中，具体光楔姿态是如图1所示，双光楔通过机械支撑件进行支撑，且机械支撑中具备调节空间三维调节功能，通过调节机械支撑件，实现双光楔的姿态调整，双光楔布局于光路一、光路二理论合束点之前，可根据实际加工设置的参考光路进行选择布局，例如选择光路一为标准参考加工光路，则将该双光楔布局于光路二，如选择光路二为标准参考加工光路，则将该双光楔布局于光路一。

根据几何光学传播理论，光楔姿态如图2所示，则光束不发生轴向偏移，当双光楔朝不同方向旋转一定角度，则光束发生不同方向的偏移，当光楔在一定角度范围内倾斜，就可以实现0-h这一范围内的连续偏移量的补偿。此外，如光路需实现定值H的倾斜，为了简化光机结构件的调整机构，可以使得光楔姿态如5所示。

精准合束是指两个光斑重合，但是如若不需要重合，假设需要两个光斑方位有一定的距离，通过该双光楔也可以实现；如图2所示，光束并不发生任何偏转，如图3、图4所示，当光楔在一定角度范围内倾斜，就可以实现0-h这一范围内的连续偏移量的补偿。此外，如光路需实现定值H的倾斜，为了简化光机结构件的调整机构，设置光楔如图5所示。

Claims (6)

1.一种双光路调试合束方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)调节光路一；

1.1)调节光路一光斑居中，使光斑在光路中的任一光学元件表面均是从其中心入射及出射；

1.2)粗调光路一水平度及垂直度，调整光路中其中之几或全部元器件的三维空间姿态，实现对光路一的水平度、垂直度的调节；

1.3)精调光路一水平度及垂直度，采用高精度观察仪器观察，调整光路中其中之几或全部元器件的三维空间姿态，实现对光路一的水平度、垂直度的调节；

2)调节光路二；

2.1)调节光路二光斑居中，使光斑在光路中的任一光学元件表面均是从其中心入射及出射；

2.2)粗调光路二水平度及垂直度，调整光路中其中之几或全部元器件的三维空间姿态，实现对光路二的水平度、垂直度的调节；

2.3)精调光路二水平度及垂直度，采用高精度观察仪器观察，通过调整光路中其中之几或全部元器件的三维空间姿态，实现对光路二的水平度、垂直度的调节；

3)合束及检测；

3.1)将光路一和光路二合束；

3.2)合束检测；

采用高精度观察仪器检测是否合束，若没有实现合束，则通过调整双光楔姿态，进行光束一和光束二的合束。

2.根据权利要求1所述的双光路调试合束方法，其特征在于：步骤1.1)中，具体通过色卡实现激光光斑的对中。

3.根据权利要求2所述的双光路调试合束方法，其特征在于：步骤1.3)中的高精度观察仪器为CCD相机。

4.根据权利要求1或2或3所述的双光路调试合束方法，其特征在于：步骤3.1)将光路一和光路二合束具体为通过切换反射镜的切入切出，实现光路一或光路二的工作。

5.根据权利要求4所述的双光路调试合束方法，其特征在于：步骤3.2)中的高精度观察仪器为高成像质量CCD。

6.一种双光路调试合束系统，其特征在于：包括设置在光路二上的反射镜二、依次设置在光路一上的扩束镜、反射镜一、双光楔以及设置在光路一和光路二合束点的可切换式反射镜、合束光路上的聚焦镜。