一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)，包括第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡和非球面聚焦鏡，光束入射面至光束出射面之間依次設置第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡和非球面聚焦鏡，且第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡和非球面聚焦鏡中心軸同軸，在非球面聚焦鏡一側(cè)還設有可進行光軸方向微調(diào)的CCD，本發(fā)明結(jié)構設計新穎，能夠準靜態(tài)高精度定性檢測光束傳輸方向與同軸誤差，同時能夠高精度校正還原光束實際傳輸特性，更大限度降低各類鏡片裝配誤差所引起的光學特性變化，提高精細激光加工一致性與加工質(zhì)量。
【專利說明】
一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及光學檢測系統(tǒng)領域，具體為一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]工業(yè)激光加工行業(yè)包括激光切割、焊接、打孔、微加工、熔覆、淬火、表面處理等各方面，涵蓋了各類常用金屬或非金屬材料的激光加工，其中尤以激光切割、打孔、微加工等激光加工行業(yè)光束質(zhì)量要求更高。
[0003]現(xiàn)如今，主流的激光加工激光器有光纖耦合輸出激光器、C02激光器等，光纖耦合輸出激光器因為光纖柔韌性、高效率耦合性、較好光束質(zhì)量以及大功率激光器的出現(xiàn)，使得市場占有率日益突出，其二維精細激光加工光路往往由準直鏡組、聚焦鏡組、保護窗口等組成，三維精細加工光路則涵蓋了平面反鏡一類的光束偏轉(zhuǎn)鏡片;C02激光器雖然市場占有率漸弱于光纖耦合輸出激光器，但其獨特的波長特性使得自身穩(wěn)占一席之地，在激光加工工業(yè)中，通常需要導光臂等含有多個平面反射鏡的導光系統(tǒng)進行光束傳輸，才能輸入到激光加工光路系統(tǒng)對工件進行加工處理。
[0004]無論是光纖耦合輸出激光器外光路加工系統(tǒng)，還是C02激光器導光系統(tǒng)，甚至于其他方式的光路整形系統(tǒng)，對于激光精細加工而言，鏡片自身的光學性能優(yōu)化往往受限于鏡片裝配誤差影響，影響光束特性，最終影響到激光精細加工各向一致性。其中，尤以帶反射角度的平面反射鏡裝配角度誤差影響更為顯著。
[0005]鏡片裝配誤差，通常導致光束傳輸方向與同軸發(fā)生偏差，且從光路結(jié)構分析，均可以理解為影響準直或擴束后的光束傳輸方向與同軸性，如光纖耦合輸出激光器光源與準直鏡之間的同軸偏差、導光臂反射鏡角度偏差等。
[0006]鑒于以上分析及其他類似問題，需要具備一款高精度可用于光束同軸性、方向性誤差檢測的靜態(tài)檢測系統(tǒng)，目前市面上極少有這類同軸檢測產(chǎn)品，即便是國外導光臂檢測的相關儀器，也需要動態(tài)調(diào)試，十分費勁費力，且并不適用于裝配鏡片的固定關節(jié)調(diào)試。
[0007]本發(fā)明以能靜態(tài)或極小范圍準靜態(tài)調(diào)節(jié)為前提，以圓形平行或近平行入射光為基準，基于軸錐透鏡對光束方向與同軸高靈敏度特性，及誤差下的環(huán)形光束聚焦后焦點附近光斑變異特性，設計出一款適用于工業(yè)激光精密加工的光路同軸性與方向性誤差檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)光束同軸與方向的高精度校正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)，包括第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡和非球面聚焦鏡，光束入射面至光束出射面之間依次設置所述第一軸錐透鏡、所述第二軸錐透鏡和所述非球面聚焦鏡，且所述第一軸錐透鏡、所述第二軸錐透鏡和所述非球面聚焦鏡中心軸同軸，在所述非球面聚焦鏡一側(cè)還設有可進行光軸方向微調(diào)的CCD。
[0010]優(yōu)選的，所述第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡錐角相同。
[0011 ]優(yōu)選的，所述非球面聚焦鏡為消像差非球面鏡。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明結(jié)構設計新穎，能夠準靜態(tài)高精度定性檢測光束傳輸方向與同軸誤差，同時能夠高精度校正還原光束實際傳輸特性，更大限度降低各類鏡片裝配誤差所引起的光學特性變化，提高精細激光加工一致性與加工質(zhì)量。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的實施例一剖切面結(jié)構示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的實施例一剖切面結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0016]實施例一:
[0017]請參閱圖1，本實施例提供一種技術方案:一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)，包括第一軸錐透鏡1、第二軸錐透鏡2和非球面聚焦鏡3，非球面聚焦鏡3為消像差非球面鏡，非球面聚焦鏡3可更換為消像差鏡組，不論是球面鏡組與非球面鏡組，均屬于本發(fā)明范疇;第一軸錐透鏡1、第二軸錐透鏡2錐角相同，光束入射面至光束出射面之間依次設置所述第一軸錐透鏡1、所述第二軸錐透鏡2和所述非球面聚焦鏡3，采用雙軸錐透鏡目的是將實心平行或近平行的圓形光束整形為對應的空心光束，且所述第一軸錐透鏡1、所述第二軸錐透鏡2和所述非球面聚焦鏡3中心軸同軸，在所述非球面聚焦鏡3—側(cè)還設有可進行光軸方向微調(diào)的CCD4。
[0018]本實施例中，入射光束采用圓形平行或近平行光束，能夠獲得更好的效果，當圓形平行或近平行光束入射到第一軸錐透鏡I后，經(jīng)過匯聚交叉發(fā)散形成發(fā)散空心光束，再經(jīng)由第二軸錐透鏡2準直為空心平行或近平行光束，空心光束受非球面聚焦鏡3聚焦，當入射光束傳輸方向與檢測系統(tǒng)光軸有極小角度偏差時，CCD 4在焦點附近可檢測空心環(huán)形光斑發(fā)生畸變，通過調(diào)整光束方向以還原聚焦焦點附近變形光斑恢復圓環(huán)形，微移CCD 4檢測聚焦焦段光斑不再畸變，即表明方向校正到位；當入射光束軸向與檢測系統(tǒng)光軸有極小的軸向偏差時，CCD 4可檢測焦點附近環(huán)形光斑能量發(fā)生偏移，通過調(diào)整光束軸向，聚焦光束焦點附近CCD 4檢測校正時，CCD 4應能夠在系統(tǒng)光軸方向微調(diào)，以達到更高的校準精度，在CCD4中檢測環(huán)形光斑能量分布基本軸對稱，即表明同軸校正到位；當兩種偏差均存在時，需一一進行校正。
[0019]實施例二:
[0020]請參閱圖2，本實施例提供一種技術方案:一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)，包括第一軸錐透鏡1、第二軸錐透鏡2和非球面聚焦鏡3，第一軸錐透鏡1、第二軸錐透鏡2錐角相同，光束入射面至光束出射面之間依次設置所述第一軸錐透鏡1、所述第二軸錐透鏡2和所述非球面聚焦鏡3，采用雙軸錐透鏡目的是將實心平行或近平行的圓形光束整形為對應的空心光束，且所述第一軸錐透鏡1、所述第二軸錐透鏡2和所述非球面聚焦鏡3中心軸同軸，在所述非球面聚焦鏡3—側(cè)還設有可進行光軸方向微調(diào)的CCD4。
[0021]本實施例中，還包括半透半反鏡5，所述半透半反鏡5設置在第二軸錐透鏡2和非球面聚焦鏡3之間，且所述半透半反鏡5傾斜設置，與水平面的夾角為30°-45°;還包括大面積(XD6，所述大面積(XD6設置在半透半反鏡5上端，且所述大面積CCD6與第一軸錐透鏡1、第二軸錐透鏡2、非球面聚焦鏡3中心軸垂直。
[0022]本實施例中，入射光束采用圓形平行或近平行光束，當圓形平行或近平行光束經(jīng)過第一軸錐透鏡1、第二軸錐透鏡2整形為相應環(huán)形空心光束，環(huán)形空心光束經(jīng)過半透半反鏡5，一部分反射可用于大面積CXD 6檢測，另一部分光束折射透過半透半反鏡5經(jīng)非球面聚焦鏡3聚焦到CCD 4，當入射光出現(xiàn)偏差時，若入射光相對于檢測系統(tǒng)光軸同時存在方向性偏差與同軸性偏差，則大面積CCD 6處可以檢測出環(huán)形光束發(fā)生能量偏移，意味著入射光束相對于檢測系統(tǒng)光軸存在同軸性偏差，通過調(diào)整入射光束同軸性，校正大面積CCD 6中的環(huán)形光束能量偏移后，以獲得軸對稱環(huán)形光束，通過CCD 4可以單獨校正光束方向性偏差。
[0023]在所有實施例中，非球面聚焦鏡可更換為消像差鏡組，不論是球面鏡組與非球面鏡組，均屬于本發(fā)明設計范疇。光路需采用圓形平行或近平行光入射，才能獲得更好的效果。額外引入濾光片、成像鏡頭等，并不改變光路設計原理的，均屬于本發(fā)明范疇。
[0024]本發(fā)明結(jié)構設計新穎，能夠準靜態(tài)高精度定性檢測光束傳輸方向與同軸誤差，同時能夠高精度校正還原光束實際傳輸特性，更大限度降低各類鏡片裝配誤差所引起的光學特性變化，提高精細激光加工一致性與加工質(zhì)量;另外根據(jù)入射光束功率，額外引入濾光片等，并不改變光路設計原理的，均屬于本發(fā)明范疇。
[0025]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。
【主權項】
1.一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)，其特征在于:包括第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡和非球面聚焦鏡，光束入射面至光束出射面之間依次設置所述第一軸錐透鏡、所述第二軸錐透鏡和所述非球面聚焦鏡，且所述第一軸錐透鏡、所述第二軸錐透鏡和所述非球面聚焦鏡中心軸同軸，在所述非球面聚焦鏡一側(cè)還設有可進行光軸方向微調(diào)的CCD。2.根據(jù)權利要求1所述的一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡錐角相同。3.根據(jù)權利要求1所述的一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態(tài)系統(tǒng)，其特征在于:所述非球面聚焦鏡為消像差非球面鏡。
【文檔編號】G01B11/26GK105910555SQ201610475542
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】邵華江, 李思佳, 李思泉
【申請人】上海嘉強自動化技術有限公司