CN113433706B - 激光整形光路的调试及检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光整形光路调试及检验方法，该方法使用通光直筒、光阑和感光件，利用当光阑的通光孔与入射激光光束同轴时，感光件测量显示的光斑为对称的同心衍射环，通过调节调整架使感光件上显示的光斑为对称的同心衍射环来实现对光束整形器光路部分的调试；使用入口分划板和出口分划板，当激光通过入口分划板和出口分划板后会在加工平台上投影下来两个图像，通过调节反射镜组件使加工平台上的两个图像完全重合来实现振镜光路部分的调试，最后通过感光件对激光整形光路的效果进行检验，从而实现激光整形光路的高精度调试和对调试后的激光整形光路进行有效地检验。

Description

激光整形光路的调试及检验方法

技术领域

本发明涉及激光应用技术领域，尤其涉及一种激光整形光路的调试及检验方法。

背景技术

一般情况下，激光器输出的光束为高斯光束，即光束横截面的振幅呈高斯型函数分布。近年来随着加工效果的要求越来越高，为防止被加工材料表面过度曝光或曝光不足，需要将能量分布不均匀的高斯光整形为能量分布均匀的平顶光。

在采用整形光路结构的激光加工设备中，光束的严格准直是实现激光高质量加工应用的必要前提之一。在实际生产过程中，统一且有效的调试可保证机器质量的一致性及重复性，具有切实的技术及经济价值。但是目前激光光路的调试并不能解决光路高精度调试的要求。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光整形光路的调试及检验方法，用于解决目前激光光路的调试不能解决光路高精度调试要求的问题。

根据本发明实施例，该激光整形光路的调试及检验方法，包括：

将调整架、反射镜组件和振镜沿光路方向依次安装；

将通光直筒安装在所述调整架上，所述通光直筒上设置有通光孔径小于激光光束直径的光阑，将感光件置于所述通光直筒出射光束的一端；

调节所述调整架的位置和角度，使所述激光光束穿过所述光阑并在所述感光件上呈现对称的同心衍射环；

取下所述通光直筒，将光束整形器安装在所述调整架上，移走所述感光件，使所述激光光束穿过所述光束整形器照射在所述反射镜组件上，并经所述反射镜组件反射后穿过所述振镜照射在加工平台上；

将第一分划板和第二分划板分别安装在所述振镜的入口和出口，使所述第一分划板和所述第二分划板在所述加工平台上分别投影出第一图像和第二图像；

调整所述反射镜组件的位置和方向，使所述第一图像和所述第二图像重合；

取下所述第一分划板和所述第二分划板，将场镜安装在所述振镜的出口上；

将感光件置于所述场镜的焦点处，检验所述激光整形光路的效果。

在所述激光整形光路的调试及检验方法的一些实施例中，所述调整架为四维调整架。

在所述激光整形光路的调试及检验方法的一些实施例中，调节所述调整架的位置和角度具体如下：

步骤一、调节所述四维调整架的方向旋钮，使呈现在所述感光件上的衍射环无遮挡；

步骤二、调节所述四维调整架的角度旋钮，使呈现在所述感光件上的衍射环无角度倾斜；

重复所述步骤一和所述步骤二，直至所述感光件上呈现出对称的同心衍射环。

在所述激光整形光路的调试及检验方法的一些实施例中，所述光阑包括第一光阑和第二光阑，且所述第一光阑和所述第二光阑间隔设置在所述通光直筒上。

在所述激光整形光路的调试及检验方法的一些实施例中，所述第一光阑的通光孔径为2mm，所述第二光阑为可调光阑，所述可调光阑的通光孔径调节范围为1-3mm。

在所述激光整形光路的调试及检验方法的一些实施例中，所述感光件为光斑分析仪。

在所述激光整形光路的调试及检验方法的一些实施例中，所述反射镜组件包括二维调节平台、设置在所述二维调节平台上的镜架和安装在所述镜架上的反射镜片。

在所述激光整形光路的调试及检验方法的一些实施例中，所述所述镜架上设置有用于调节所述反射镜片角度的角度调节旋钮，所述二维调节平台上设置有用于调节所述镜架位置的位置调节旋钮。

在所述激光整形光路的调试及检验方法的一些实施例中，所述第一分划板和所述第二分划板均为十字分划板。

在所述激光整形光路的调试及检验方法的一些实施例中，将感光件置于所述场镜的焦点处，检验所述激光整形光路的效果具体如下：

将感光件置于所述加工平台上；

控制所述加工平台使其带动所述感光件运动至所述场镜的焦点处，观察所述感光件上是否呈现能量分布均匀的圆形光斑。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

依据以上实施例中的激光整形光路的调试及检验方法，该方法使用通光直筒、光阑和感光件，利用当光阑的通光孔与入射激光光束同轴时，感光件测量显示的光斑为对称的同心衍射环，当光阑的通光孔与入射激光光束不同轴时，感光件测量显示的光斑为非对称的同心衍射环，通过调节调整架使感光件上显示的光斑为对称的同心衍射环来实现对光束整形器光路部分的调试；使用入口分划板和出口分划板，当激光通过入口分划板和出口分划板后会在加工平台上投影下来两个图像，通过调节反射镜组件使加工平台上的两个图像完全重合来实现振镜光路部分的调试，最后通过感光件对激光整形光路的效果进行检验，从而实现激光整形光路的高精度调试和对调试后的激光整形光路进行有效地检验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1是高斯光束的横截面及其能量分布；

图2是平顶光束的横截面及其能量分布；

图3是本发明一实施例示出的激光整形光路调试装置调试光束整形器光路部分的示意图；

图4是本发明一实施例示出的激光整形光路调试装置的感光件显示的对称同心衍射环示意图；

图5是本发明一实施例示出的激光整形光路调试装置的感光件显示的非对称同心衍射环示意图；

图6是本发明一实施例示出的激光整形光路调试装置调试振镜光路部分的示意图；

图7是本发明一实施例示出的激光整形光路调试完成后的检验示意图。

主要元件符号说明：

100-调整架；

200-通光直筒；

300-光阑；310-第一光阑；320-第二光阑；

400-感光件；

500-反射镜组件；510-二维调节平台；511-X向调节旋钮；512-Y向调节旋钮；520-镜架；521-角度调节旋钮；530-反射镜片；

600-振镜；

700-入口分划板；

800-出口分划板；

900-光束整形器；

1000-加工平台；

2000-场镜。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例提供了一种激光整形光路的调试及检验方法，用于对激光整形光路进行调试和对调试后的激光整形光路进行检验。

如图3和图6所示，该激光整形光路的调试及检验方法具体包括以下步骤：

将调整架100、反射镜组件500和振镜600沿光路方向依次安装；

将通光直筒200安装在调整架100上，通光直筒200上设置有通光孔径小于激光光束直径的光阑300，将感光件400置于通光直筒200出射光束的一端；

调节调整架100的位置和角度，使激光光束穿过光阑300并在感光件400上呈现对称的同心衍射环；

取下通光直筒200，将光束整形器900安装在调整架100上，移走感光件400，使激光光束穿过光束整形器900照射在反射镜组件500上，并经反射镜组件500反射后穿过振镜600照射在加工平台1000上；

将第一分划板和第二分划板分别安装在振镜600的入口和出口，使第一分划板和第二分划板在加工平台1000上分别投影出第一图像和第二图像；

调整反射镜组件500的位置和方向，使第一图像和第二图像重合；

取下第一分划板和第二分划板，将场镜2000安装在振镜600的出口上；

将感光件400置于场镜2000的焦点处，检验激光整形光路的效果。

需要说明的是，由于激光光束的高度单色性及相干性，激光光束受到遮挡后产生强烈的衍射效应。利用基模高斯光束的轴对称性及通光孔结构，激光束受到遮挡后，在有限远处产生强烈的菲涅尔衍射，衍射条纹为明暗相间的同心圆。在通光孔后用感光件400即可观察到光束衍射图。其中，当通光孔与激光光束同轴时，感光件400测量显示的光斑为对称的同心衍射环，该对称包括光斑形状对称，而且能量分布对称，中心能量最大，如图5所示。当光路在没有经过精确调试的情况下，会存在方向偏移或角度倾斜的情况，此时通光孔与激光光束不同轴，感光件400上显示的衍射环是不均匀、不对称的非同心衍射环，如图4所示。

可以理解，整个激光整形光路分为光束整形器光路和振镜光路，由激光器(图中未示出)经调整架100至反射镜组件500之间的光路为光束整形器光路，由反射镜组件500经振镜600至加工平台1000之间的光路为振镜光路。

在本发明实施例中，该激光整形光路的调试及检验方法先对光束整形器光路进行准直，使用通光直筒200、光阑300和感光件400，利用当光阑300的通光孔与入射激光光束同轴时，感光件400测量显示的光斑为对称的同心衍射环，当光阑300的通光孔与入射激光光束不同轴时，感光件400测量显示的光斑为非对称的同心衍射环，通过调节调整架100使感光件400上显示的光斑为对称的同心衍射环来实现对光束整形器光路的准直；

再对振镜光路进行准直，使用入口分划板700和出口分划板800，当激光通过入口分划板700和出口分划板800后会在加工平台1000上投影下来两个图像，通过调节反射镜组件500使加工平台1000上的两个图像完全重合来实现振镜光路部分的调试；

最后通过感光件400对激光整形光路的效果进行检验，从而实现激光整形光路的高精度调试和对调试后的激光整形光路进行有效地检验。该方法可用于产线批量调试，操作方便可靠，一致性及可重复性均可保障。

在一种实施例中，如图7所示，将感光件400置于场镜2000的焦点处，检验激光整形光路的效果具体如下：

将感光件400置于加工平台1000上；

控制加工平台1000使其带动感光件400运动至场镜2000的焦点处，观察感光件400上是否呈现能量分布均匀的圆形光斑。具体来说，使加工平台1000带动感光件400做靠近和远离场镜2000的运动，当感光件400移动到场镜2000的焦点位置附近时，观察感光件400上的光斑能量分布情况，并以20微米为间距缓慢移动。当光路中装有光束整形器900且光路调试精度足够高的情况下，感光件400上便能轻易的观察到很好的平顶光效果，如图2所示。

在一种实施例中，如图3、图6-7所示，调整架100为四维调整架。

为便于理解，在整形光路中建立X-Y-Z空间坐标系，四维调整架提供X/Y、Z向平移以及俯仰回转，通过旋钮进行平移和俯仰调节。

具体调节时，先调节调整架100的方向旋钮，使感光件400上显示的同心衍射环无遮挡，再调节调整架100的角度旋钮，使感光件400上显示的衍射环无角度倾斜，如此反复，直至感光件400上显示的衍射环完全均匀对称。

当然，调整还可以使用一个二维调节架和两个一维调节平台组合而成，在此不做限定。

在一种具体的实施例中，如图3所示，光阑300包括第一光阑310和第二光阑320，且第一光阑310和第二光阑320间隔设置在通光直筒200上。

需要说明的是，第一光阑310和第二光阑320的配合是为了调试光路的准直性，使光路准直无倾斜。第一光阑310和第二光阑320分别位于通光直筒200的光线入射端和光线出射端，第一光阑310的主要作用是判断调整架100的方向是否调节到位，第二光阑320的主要作用是配合第一光阑310判断调整架100的角度是否调节到位。

进一步地，第一光阑310的通光孔径为2mm，第二光阑320为可调光阑，可调光阑的通光孔径调节范围为1-3mm。

由于激光光束在通过比自身直径小的孔径时，会发生衍射效应，并且通光孔径越小，衍射效应越明显。因此在调试装置调试光束整形器光路的过程中，可先选择通光孔径尺寸较大的第二光阑320进行粗调，然后逐步采用通光孔径尺寸较小的第二光阑320进行精调，进一步提高调节光束整形器光路的精度。

在一些实施例中，如图3和图6-7所示，感光件400为光斑分析仪。

当然，感光件400也可为感光纸、倍频片等其它器件，在此不做限定。

在一些实施例中，如图3和图6所示，入口分划板700和出口分划板800均优选为为十字分划板。

在一种实施例中，如图3和图6所示，反射镜组件500包括二维调节平台510、设置在二维调节平台510上的镜架520和安装在镜架520上的反射镜片530。

为了在振镜光路调试中方便调节反射镜片530的位置和角度，镜架520上设置有用于调节反射镜片530角度的角度调节旋钮521，二维调节平台510上设置有用于调节镜架520位置的位置调节旋钮，位置调节旋钮包括X向调节旋钮511和Y向调节旋钮512。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.激光整形光路的调试及检验方法，其特征在于，包括：

将调整架、反射镜组件和振镜沿光路方向依次安装；

将通光直筒安装在所述调整架上，所述通光直筒上设置有通光孔径小于激光光束直径的光阑，将感光件置于所述通光直筒出射光束的一端；

调节所述调整架的位置和角度，使所述激光光束穿过所述光阑并在所述感光件上呈现对称的同心衍射环；

取下所述通光直筒，将光束整形器安装在所述调整架上，移走所述感光件，使所述激光光束穿过所述光束整形器照射在所述反射镜组件上，并经所述反射镜组件反射后穿过所述振镜照射在加工平台上；

将第一分划板和第二分划板分别安装在所述振镜的入口和出口，使所述第一分划板和所述第二分划板在所述加工平台上分别投影出第一图像和第二图像；

调整所述反射镜组件的位置和方向，使所述第一图像和所述第二图像重合；

取下所述第一分划板和所述第二分划板，将场镜安装在所述振镜的出口上；

将感光件置于所述场镜的焦点处，检验所述激光整形光路的效果。

2.根据权利要求1所述的激光整形光路的调试及检验方法，其特征在于，所述调整架为四维调整架。

3.根据权利要求2所述的激光整形光路的调试及检验方法，其特征在于，调节所述调整架的位置和角度具体如下：

步骤一、调节所述四维调整架的方向旋钮，使呈现在所述感光件上的衍射环无遮挡；

步骤二、调节所述四维调整架的角度旋钮，使呈现在所述感光件上的衍射环无角度倾斜；

重复所述步骤一和所述步骤二，直至所述感光件上呈现出对称的同心衍射环。

4.根据权利要求1所述的激光整形光路的调试及检验方法，其特征在于，所述光阑包括第一光阑和第二光阑，且所述第一光阑和所述第二光阑间隔设置在所述通光直筒上。

5.根据权利要求4所述的激光整形光路的调试及检验方法，其特征在于，所述第一光阑的通光孔径为2mm，所述第二光阑为可调光阑，所述可调光阑的通光孔径调节范围为1-3mm。

6.根据权利要求1所述的激光整形光路的调试及检验方法，其特征在于，所述感光件为光斑分析仪。

7.根据权利要求1所述的激光整形光路的调试及检验方法，其特征在于，所述反射镜组件包括二维调节平台、设置在所述二维调节平台上的镜架和安装在所述镜架上的反射镜片。

8.根据权利要求7所述的激光整形光路的调试及检验方法，其特征在于，所述镜架上设置有用于调节所述反射镜片角度的角度调节旋钮，所述二维调节平台上设置有用于调节所述镜架位置的位置调节旋钮。

9.根据权利要求1所述的激光整形光路的调试及检验方法，其特征在于，所述第一分划板和所述第二分划板均为十字分划板。

10.根据权利要求1所述的激光整形光路的调试及检验方法，其特征在于，将感光件置于所述场镜的焦点处，检验所述激光整形光路的效果具体如下：

将感光件置于所述加工平台上；

控制所述加工平台使其带动所述感光件运动至所述场镜的焦点处，观察所述感光件上是否呈现能量分布均匀的圆形光斑。

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