CN109877446B - 一种激光光束的指向精度检测调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光光束的指向精度检测调节方法，解决现有激光加工设备中激光光束与光学元器件轴线及相对位置难以调节的问题。该方法包括以下步骤：步骤一、搭建调试装置；步骤二、获得反射镜调整角度；步骤三、调整反射镜；步骤四、重复步骤二)至步骤三)，直至搭载板在不同位置时，激光焦点在激光探测器上的坐标差值符合要求；步骤五、固定反射镜。同时，本发明还提供一种激光光束的指向精度检测调节装置，包括机械接口板、搭载板、直线导轨和激光探测器；机械接口板与搭载板平行设置在机床加工平面的上方，直线导轨的一端与机床加工平面连接，另一端机械接口板垂直连接；激光探测器设置在搭载板上。

Description

一种激光光束的指向精度检测调节方法

技术领域

本发明涉及激光精度检测领域，具体涉及一种激光光束的指向精度检测调节方法。

背景技术

在激光加工过程中，激光器发出高功率密度的激光束，把能量传递到待加工区域，实现材料的去除和零件的加工。由于激光加工技术具有无接触应力、加工精度高、易于实现、自动化控制高等优点，在薄壁件、具有精细微结构零件的加工方面的应用越来越广泛，逐渐替代原有机械加工技术成为一种重要的精细微结构加工技术。激光加工设备中，激光光束的指向精度决定最终激光焦点的位置精度，从而直接影响待加工零件的加工精度。

目前激光光束指向精度的调试主要依赖高精度的光束质量分析仪，通过机床轴运动带动光束质量分析仪运动，从而得到激光束指向与机床轴运动方向的夹角。然而对于某些无可运动单元的机床结构，激光光束指向需与机械安装面调节至垂直或某种几何关系，通过机床轴运动的方法实现激光束指向调整的方法则不适用。

调节激光束指向与机械安装面垂直的传统方法中，通过固定桶形件等机械件中心与理想激光位置重合，调节十字测试纸中心与桶形件中心一致，观测激光光斑中心在不同高度处与十字测试纸中心的偏差，通过判断十字测试纸在不同高度时激光光斑的位置，以此调节激光束指向。然而激光光斑边沿不整齐，且该方法通过肉眼观测激光光斑位置，光斑位置调节精度在毫米级别，激光束指向调节精度不高，已不能满足高精度加工平台的需求。

发明内容

本发明公开了一种激光光束的指向精度检测调节方法，用以解决现有激光加工设备中激光光束与光学元器件轴线及相对位置难以调节的问题。

本发明的技术方案是：

一种激光光束的指向精度检测调节方法，包括以下步骤：

步骤一、搭建调试装置；

所述调试装置包括机械接口板、搭载板、直线导轨和激光探测器；所述机械接口板与搭载板平行设置在机床加工平面的上方，所述直线导轨的一端与机床加工平面垂直连接，所述直线导轨的另一端穿过搭载板与机械接口板垂直连接，所述直线导轨上设置有锁紧环，实现搭载板的定位；

所述机械接口板上设置有激光孔，所述激光探测器设置在搭载板上，反射镜反射的激光束通过激光孔被激光探测器接收到；

步骤二、获得反射镜调整角度；

将搭载板移动至位置一处，获得激光焦点在激光探测器的坐标值一，将搭载板移动至位置二处，获得激光焦点在激光探测器上形成坐标值二；

测量搭载板在两个位置时，激光焦点在激光探测器上的坐标差值，并获取激光探测器位置一至位置二的移动距离，通过圆心距和移动距离，计算激光束指向与直线导轨方向的夹角θ；

步骤三、调整反射镜；

根据步骤二获得的角度，调整反射镜的角度；

步骤四、重复步骤二)至步骤三)，不断调节可调反射镜的角度，直至搭载板在不同位置时，激光焦点在激光探测器上的坐标差值符合要求；

步骤五、固定反射镜。

进一步地，步骤五中，固定反射镜具体为利用螺纹紧固胶固定反射镜的调整螺钉。

进一步地，所述激光探测器为激光光束质量分析仪

同时，本发明还提供一种激光光束的指向精度检测调节装置，包括机械接口板、搭载板、直线导轨和激光探测器；所述机械接口板与搭载板平行设置在机床加工平面的上方，所述直线导轨的一端与机床加工平面垂直连接，所述直线导轨的另一端穿过搭载板与机械接口板垂直连接，所述直线导轨上设置有锁紧环，实现搭载板的定位；

所述机械接口板上设置有激光孔，所述激光探测器设置在搭载板上，反射镜反射的激光束通过激光孔被激光探测器接收到。

进一步地，所述直线导轨为三组，且沿搭载板的中心周向均布。

进一步地，所述激光探测器为激光光束质量分析仪。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明方法通过激光光束质量分析仪等激光探测器显示激光光斑的位置，其与连接在机械结构基准面上的直线导轨相连，通过直线导轨运动在激光探测器上显示激光光斑位置，从而得到激光光束的指向与光斑位置。由于直线导轨和直线轴承易于获取，且可保证很高的运动直线度，从而可确保激光光束指向高精度的调节。

2.本发明装置及调节方法操作性强，可适用于激光光束与光学元器件之间相对位置及角度的调节。

3.对于无可运动单元机械结构激光束指向的调节，本发明方法通过光束质量分析仪结合高精度运动导轨，可实现激光束指向的高精度检测，激光光斑的位置调节精度可达微米级。

附图说明

图1为本发明光学系统光路示意图。

附图标记：1-激光束，2-反射镜，3-机械接口板，4-直线导轨，5-激光探测器，6-搭载板，7-锁紧环，8-直线轴承。

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：

本发明通过高精度机械接口连接直线导轨、直线轴承与机械接口板，以此保证直线导轨与机械接口板的垂直度，在激光探测器上显示激光的相对位置，通过移动搭载板，在探测器上显示激光的轨迹，以此得到激光光束指向与直线导轨运动方向的夹角；通过调整上方的可调反射镜，直到搭载板在不同位置时在探测器上显示的位置偏差符合要求，以此保证探测器运动方向与机械接口板之间的垂直性。

本发明通过调整反射镜的角度，不断调节激光束的指向，使得形成斑点的位置偏差越来越小，直到位置偏差达到允许值的要求，则激光束指向调节完毕。

一种激光光束的指向精度检测调节方法，包括以下步骤：

步骤一、搭建调试系统；

如图1所示，调试装置包括机械接口板、搭载板、直线导轨和激光探测器；机械接口板与搭载板平行设置在机床加工平面的上方，直线导轨的一端与机床加工平面垂直连接，直线导轨的另一端穿过搭载板与机械接口板垂直连接；机械接口板上设置有激光孔，激光探测器设置在搭载板上，反射镜反射的激光束通过激光孔被激光探测器接收到，直线导轨上设置有锁紧环，实现搭载板的定位；高精度直线导轨、直线轴承、激光光束探测器搭载板与连接板等组成激光光束指向检测结构；直线轴承沿直线导轨的运动方向与机械接口板成垂直关系；

步骤二、获得反射镜调整角度；

将搭载板移动至位置一处，获得激光焦点在激光探测器的坐标值一，将搭载板移动至位置二处，获得激光焦点在激光探测器上形成坐标值二；

测量搭载板在两个位置时，激光焦点在激光探测器上的坐标差值，并获取激光探测器位置一至位置二的移动距离，通过圆心距和移动距离，计算激光束指向与直线导轨方向的夹角θ；

步骤三、调整反射镜；

根据步骤二)获得的夹角，调节反射镜的调整螺钉，从而调整反射镜的角度；

步骤四、重复步骤二)至步骤三)，不断调节可调反射镜的角度，通过机械接口板上端的可调反射镜调整激光光束指向，调节光束指向使两个斑点的位置逐渐靠近，直至搭载板在不同位置时，激光焦点在激光探测器上的坐标差值符合要求；

步骤五、固定激光反射镜。

同时，本发明还提供一种激光光束的指向精度检测调节装置，包括机械接口板3、搭载板6、直线导轨4和激光探测器5；机械接口板3与搭载板6平行设置在机床加工平面的上方，直线导轨4的一端与机床加工平面垂直连接，直线导轨4的另一端穿过搭载板6与机械接口板3垂直连接，直线导轨4上设置有锁紧环7，实现搭载板6的定位；机械接口板3上设置有激光孔，激光探测器5设置在搭载板6上，反射镜2反射的激光束1通过激光孔被激光探测器5接收到。

本发明方法的具体实施过程包括以下步骤：

1.固定直线导轨于机械接口板，通过高精度安装孔，严格保证直线导轨与机械接口板垂直；

2.搭载板通过直线轴承与直线导轨相连，搭载板可沿直线导轨上下运动；

3.激光光束质量分析仪固定于搭载板，其随着搭载板的上下移动而上下移动；

4.搭载板移动到特定位置后，锁紧锁紧环与直线导轨，实现搭载板的定位；

5.移动搭载板0.5m，其从位置一移动至位置二；光束质量分析仪显示激光光斑的位置变化距离为△d，则激光束1指向与直线导轨的轴线方向夹角为θ≈tan^-1(△d/500mm)；

根据搭载板上下移动过程中激光在光束质量分析仪上的轨迹，调节可调反射镜，直至搭载板在上下运动过程中，激光在光束质量分析仪上的轨迹变化距离符合要求。

Claims (3)

1.一种激光光束的指向精度检测调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、搭建调试装置；

所述调试装置包括机械接口板、搭载板、直线导轨和激光探测器；所述机械接口板与搭载板平行设置在机床加工平面的上方，所述直线导轨的一端与机床加工平面垂直连接，所述直线导轨的另一端穿过搭载板与机械接口板垂直连接，所述直线导轨上设置有锁紧环，实现搭载板的定位；

所述机械接口板上设置有激光孔，所述激光探测器设置在搭载板上，反射镜反射的激光束通过激光孔被激光探测器接收到；

步骤二、获得反射镜调整角度；

将搭载板移动至位置一处，获得激光焦点在激光探测器的坐标值一，将搭载板移动至位置二处，获得激光焦点在激光探测器上形成坐标值二；

测量搭载板在两个位置时，激光焦点在激光探测器上的坐标差值，并获取激光探测器位置一至位置二的移动距离，通过圆心距和移动距离，计算激光束指向与直线导轨方向的夹角θ；

步骤三、调整反射镜；

根据步骤二获得的角度，调整反射镜的角度；

步骤四、重复步骤二)至步骤三)，不断调节可调反射镜的角度，直至搭载板在不同位置时，激光焦点在激光探测器上的坐标差值符合要求；

步骤五、固定反射镜。

2.根据权利要求1所述的激光光束的指向精度检测调节方法，其特征在于：步骤五中，固定反射镜具体为利用螺纹紧固胶固定反射镜的调整螺钉。

3.根据权利要求1所述的激光光束的指向精度检测调节方法，其特征在于：所述激光探测器为激光光束质量分析仪。

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