CN113210853B - 一种光路校正系统及其校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光路校正系统及其校正方法，所述光路校正系统包括固体激光器、扩束镜、聚焦镜、CCD相机、视觉单元以及沿着激光传输方向依次设置的校正单元、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、第四反射单元和振镜；所述扩束镜设置于固体激光器的激光发射端，所述聚焦镜设置于振镜的激光输出端；所述视觉单元分别与CCD相机以及校正单元连接，所述CCD相机用于获取聚焦镜输出的十字标识，所述视觉单元用于计算十字标识的偏移量以及调整量，所述校正单元用于在X方向和Y方向上调整光束的位置；本发明公开的光路校正系统，校正单元可根据视觉单元提供的调整量在X方向上和Y方向上对光束位置进行调整，实现固定激光器的外光路的自动校正。

Description

一种光路校正系统及其校正方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及一种光路校正系统及其校正方法。

背景技术

现有的五轴激光加工机床，其光路传输部分一般通过光纤传输实现，但由于材料技术的限制，若采用光纤传输皮秒脉宽的激光束，由于皮秒脉宽的峰值功率太高，光纤传输的内芯材料会由于过热而损坏，即现有的光纤传输的内芯材料无法传输皮秒脉宽的激光束。

目前已有的激光器厂商的解决方案是用光纤传输纳秒脉宽的激光，然后再通过一个模块把激光的脉宽压缩为皮秒脉宽后再输出，但是现有的固体激光器在工作过程中，机械轴会根据工作需要移动，且激光器的激光束在使用一段时间后也会产生微小的偏移，即使用一段时间后，固定激光器的外光路与原外光路之间存在偏差，影响固体激光器的工作效果，因此，有必要在使用一段时间后，对固体激光器的外光路进行校正。

可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种光路校正系统，校正单元可根据视觉单元提供的调整量在X方向上和Y方向上对光束位置进行调整，实现固定激光器的外光路的自动校正。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种光路校正系统，包括固体激光器和扩束镜，所述扩束镜设置于固体激光器的激光发射端，所述光路校正系统还包括聚焦镜、CCD相机、视觉单元以及沿着激光传输方向依次设置的校正单元、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、第四反射单元和振镜，所述聚焦镜设置于振镜的激光输出端；所述视觉单元分别与所述CCD相机以及所述校正单元连接，所述CCD相机用于获取聚焦镜输出的十字标识，所述视觉单元用于计算十字标识的偏移量以及校正单元的调整量，所述校正单元用于在X方向和Y方向上调整光束的位置。

所述的光路校正系统中，所述校正单元包括第一校正部、第二校正部和控制装置，所述第一校正部用于在X方向上调整光束的位置，所述第二校正部用于在Y方向上调整光束的位置，所述第一校正部和第二校正部分别与控制装置电性连接。

所述的光路校正系统中，所述第一校正部包括第一电机以及与所述第一电机传动连接的第一反射镜，所述第二校正部包括第二电机以及与所述第二电机传动连接的第二反射镜，所述第一电机和第二电机分别与所述控制装置电性连接。

所述的光路校正系统中，所述第一反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第三反射镜和第一激光中心确认部。

所述的光路校正系统中，所述第二反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第二激光中心确认部和第四反射镜。

所述的光路校正系统中，所述第三反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第五反射镜和第三激光中心确认部。

所述的光路校正系统中，所述第四反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第六反射镜和第四激光中心确认部。

本发明还相应地提供了一种光路校正方法，所述光路校正方法用于实现如上任一所述的光路校正系统的光路校正，所述光路校正方法包括步骤：

CCD相机抓取聚焦镜所输出的十字标识并反馈至视觉单元；

视觉单元比较所抓取的十字标识以及位于CCD相机中心位的十字刻度线；

视觉单元计算十字标识与十字刻度线之间的偏移量，并根据偏移量计算调整量；

视觉单元将调整量输出至校正单元；

校正单元根据调整量在X方向和Y方向上对光束位置进行调整。

所述的光路校正方法中，所述十字标识的坐标为（X0，Y0），所述十字刻度线的坐标为（0，0），所述偏移量包括X方向上的偏移量和Y方向上的偏移量，所述X方向上的偏移量为X1=X0-0=X0，所述Y方向上的偏移量Y1=Y0-0=Y0；

所述调整量包括X方向上的调整量和Y方向上的调整量，所述X方向上的调整量为X2=K*X1，所述Y方向上的调整量为Y2=K*Y1；

，其中，e²为常数，M²为固体激光器的光束质量因子，L为校正单元与第一反射单元之间的飞行光程长度。

所述的光路校正方法中，所述校正单元包括用于在X方向上对光束位置进行调整的第一校正部以及用于在Y方向上对光束位置进行调整的第二校正部，所述校正单元根据调整量在X方向和Y方向上对光束位置进行调整，具体包括步骤：

第一校正部根据X2对光束位置进行调整，第二校正部根据Y2对光束位置进行调整。

有益效果：

本发明提供了一种光路校正系统，CCD相机获取聚焦镜输出的十字标识，视觉单元比较十字标识以及CCD相机中心位的十字刻度线，视觉单元计算十字标识与十字刻度线之间的偏移量， 并根据偏移量得出校正单元的调整量，校正单元根据调整量在X方向和Y方向上对光束位置进行调整，实现固定激光器的外光路的自动校正，避免固定激光器的外光路随着时间迁移而与原外光路之间存在偏差，提高固体激光器的使用效果。

附图说明

图1为本发明提供的光路校正系统的结构示意图；

图2为本发明提供的第一校正部和第二校正部的结构示意图；

图3为本发明提供的光路校正方法的逻辑流程图。

主要元件符号说明：11-固体激光器、12-扩束镜、2-CCD相机、3-视觉单元、4-校正单元、411-第一电机、412-第一反射镜、421-第二电机、422-第二反射镜、51-第三反射镜、52-第一激光中心确认部、61-第二激光中心确认部、62-第四反射镜、71-第五反射镜、72-第三激光中心确认部、81-第六反射镜、82-第四激光中心确认部、91-振镜、92-聚焦镜。

具体实施方式

本发明提供了一种光路校正系统及其校正方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“安装”、“连接”等应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图2，本发明提供了一种光路校正系统，包括固体激光器11和扩束镜12，所述扩束镜12设置于固体激光器11的激光发射端，所述光路校正系统还包括聚焦镜92、CCD相机2、视觉单元3以及沿着激光传输方向依次设置的校正单元4、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、第四反射单元和振镜91，所述聚焦镜92设置于振镜91的激光输出端；所述视觉单元3分别与所述CCD相机2以及所述校正单元4连接，所述CCD相机2用于获取聚焦镜92输出的十字标识，所述视觉单元3用于计算十字标识的偏移量以及校正单元4的调整量，所述校正单元4用于在X方向和Y方向上调整光束的位置。

本申请公开的光路校正系统，包括CCD相机2、视觉单元3和校正单元4，CCD相机2获取聚焦镜输出的十字标识，视觉单元3比较十字标识以及CCD相机2中心位的十字刻度线，视觉单元3计算十字标识与十字刻度线之间的偏移量， 并根据偏移量得出校正单元4的调整量，校正单元4根据调整量在X方向和Y方向上对光束位置进行调整，实现固定激光器的外光路的自动校正，避免固定激光器的外光路随着时间迁移而与原外光路之间存在偏差，提高固体激光器11的使用效果。

在一个实施例中，所述十字标识是指在聚焦镜92所输出的光束的中心点位置作一个十字，所述十字刻度线是指在CCD相机2的中心位作一个十字，所述视觉单元3可获取十字标识的坐标以及十字刻度线的坐标，并根据十字标识的坐标以及十字刻度线的坐标计算偏移量。

进一步地，请参阅图1和图2，所述校正单元4包括第一校正部、第二校正部和控制装置，所述第一校正部用于在X方向上调整光束的位置，所述第二校正部用于在Y方向上调整光束的位置，所述第一校正部和第二校正部分别与控制装置电性连接。

进一步地，请参阅图1和图2，所述第一校正部包括第一电机411以及与所述第一电机411传动连接的第一反射镜412，所述第二校正部包括第二电机421以及与所述第二电机421传动连接的第二反射镜422，所述第一电机411和第二电机421分别与所述控制装置电性连接；所述第一电机411可带动所述第一反射镜412旋转，所述第二电机421带动所述第二反射镜422旋转，所述控制装置用于控制调整第一电机411和第二电机421的工作状态，所述控制装置还用于监测第一反射镜412和第二反射镜422的旋转角度；在一个实施例中，所述第一电机411与第二电机421垂直。

进一步地，请参阅图1，所述第一反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第三反射镜51和第一激光中心确认部52；在一个实施例中，所述第一激光中心确认部52包括两块1/4玻片，所述第一反射镜412将以竖直方向输入的激光光束调整为水平方向再输出。

进一步地，请参阅图1，所述第二反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第二激光中心确认部61和第四反射镜62；在一个实施例中，所述第二激光中心确认部61包括一块1/4玻片，所述第二反射镜422将以水平方向输入的激光光束调整为竖直方向再输出。

进一步地，请参阅图1，所述第三反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第五反射镜71和第三激光中心确认部72；在一个实施例中，所述第三激光中心确认部72包括一块1/4玻片，所述第五反射镜71不改变激光的输出方向。

进一步地，请参阅图1，所述第四反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第六反射镜81和第四激光中心确认部82；在一个实施例中，所述第四激光中心确认部82包括一块1/4玻片，所述第六反射镜81将以竖直方向输入的激光光束调整为水平方向再输出。

请参阅图3，本发明还相应地提供了一种光路校正方法，所述光路校正方法用于实现如上任一所述的光路校正系统的光路校正，所述光路校正方法包括步骤：

S100、CCD相机抓取聚焦镜所输出的十字标识并反馈至视觉单元。

S200、视觉单元比较所抓取的十字标识以及位于CCD相机中心位的十字刻度线；具体的，视觉单元获取十字标识的坐标以及CCD相机中心位的坐标，并获取两个坐标之间的X方向偏移量和Y方向偏移量。

S300、视觉单元计算十字标识与十字刻度线之间的偏移量，并根据偏移量计算调整量；调整量包括X方向调整量和Y方向调整量。

S400、视觉单元将调整量输出至校正单元；

S500、校正单元根据调整量在X方向和Y方向上对光束位置进行调整。

进一步地，所述十字标识的坐标为（X0，Y0），所述十字刻度线的坐标为（0，0），所述偏移量包括X方向上的偏移量和Y方向上的偏移量，X方向上的偏移量为X1=X0-0=X0，Y方向上的偏移量Y1=Y0-0=Y0；

所述调整量包括X方向上的调整量和Y方向上的调整量，X方向上的调整量为X2=K*X1，Y方向上的调整量为Y2=K*Y1；

系数

，系数K与光路校正系统有关，其中，e²为常数，M²为固体激光器的光束质量因子，L为校正单元与第一反射单元之间的飞行光程长度，具体的，L为第二反射镜与第三反射镜之间的飞行光程长度。

进一步地，所述校正单元包括用于在X方向上对光束位置进行调整的第一校正部以及用于在Y方向上对光束位置进行调整的第二校正部，所述校正单元根据调整量在X方向和Y方向上对光束位置进行调整，具体包括步骤：

第一校正部根据X2对光束位置进行调整，第二校正部根据Y2对光束位置进行调整；具体的，第一校正部的第一电机根据X方向上的调整量X2旋转第一反射镜，第二校正部的第二电锯根据Y方向上的调整量Y2旋转第二反射镜，使固体激光器的外光路与原外光路一致，实现固体激光器外光路的自动校正。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光路校正方法，其特征在于，用于实现光路校正系统的光路校正，所述光路校正系统包括固体激光器和扩束镜，所述扩束镜设置于固体激光器的激光发射端，还包括聚焦镜、CCD相机、视觉单元以及沿着激光传输方向依次设置的校正单元、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、第四反射单元和振镜，所述聚焦镜设置于振镜的激光输出端；所述视觉单元分别与所述CCD相机以及所述校正单元连接，所述CCD相机用于获取聚焦镜输出的十字标识，所述视觉单元用于计算十字标识的偏移量以及校正单元的调整量，所述校正单元用于在X方向和Y方向上调整光束的位置；

所述光路校正方法包括步骤：

CCD相机抓取聚焦镜所输出的十字标识并反馈至视觉单元；

视觉单元比较所抓取的十字标识以及位于CCD相机中心位的十字刻度线；

视觉单元计算十字标识与十字刻度线之间的偏移量，并根据偏移量计算调整量；

视觉单元将调整量输出至校正单元；

校正单元根据调整量在X方向和Y方向上对光束位置进行调整；

所述十字标识的坐标为（X0，Y0），所述十字刻度线的坐标为（0，0），所述偏移量包括X方向上的偏移量和Y方向上的偏移量，所述X方向上的偏移量为X1=X0-0=X0，所述Y方向上的偏移量Y1=Y0-0=Y0；

所述调整量包括X方向上的调整量和Y方向上的调整量，所述X方向上的调整量为X2=K*X1，所述Y方向上的调整量为Y2=K*Y1；

，其中，e²为常数，M²为固体激光器的光束质量因子，L为校正单元与第一反射单元之间的飞行光程长度。

2.根据权利要求1所述的光路校正方法，其特征在于，所述校正单元包括第一校正部、第二校正部和控制装置，所述第一校正部用于在X方向上调整光束的位置，所述第二校正部用于在Y方向上调整光束的位置，所述第一校正部和第二校正部分别与控制装置电性连接。

3.根据权利要求2所述的光路校正方法，其特征在于，所述第一校正部包括第一电机以及与所述第一电机传动连接的第一反射镜，所述第二校正部包括第二电机以及与所述第二电机传动连接的第二反射镜，所述第一电机和第二电机分别与所述控制装置电性连接。

4.根据权利要求1所述的光路校正方法，其特征在于，所述第一反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第三反射镜和第一激光中心确认部。

5.根据权利要求1所述的光路校正方法，其特征在于，所述第二反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第二激光中心确认部和第四反射镜。

6.根据权利要求1所述的光路校正方法，其特征在于，所述第三反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第五反射镜和第三激光中心确认部。

7.根据权利要求1所述的光路校正方法，其特征在于，所述第四反射单元包括沿着激光传输方向依次设置的第六反射镜和第四激光中心确认部。

8.根据权利要求1所述的光路校正方法，其特征在于，所述校正单元包括用于在X方向上对光束位置进行调整的第一校正部以及用于在Y方向上对光束位置进行调整的第二校正部，所述校正单元根据调整量在X方向和Y方向上对光束位置进行调整，具体包括步骤：

第一校正部根据X2对光束位置进行调整，第二校正部根据Y2对光束位置进行调整。

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