一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統的製作方法
2023-05-18 08:28:26
一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統，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還設有可進行光軸方向微調的CCD，本實用新型結構設計新穎，能夠準靜態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，提高精細雷射加工一致性與加工質量。
【專利說明】
一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及光學檢測系統領域，具體為一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統。
【背景技術】
[0002]工業雷射加工行業包括雷射切割、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雷射加工，其中尤以雷射切割、打孔、微加工等雷射加工行業光束質量要求更高。
[0003]現如今，主流的雷射加工雷射器有光纖耦合輸出雷射器、C02雷射器等，光纖耦合輸出雷射器因為光纖柔韌性、高效率耦合性、較好光束質量以及大功率雷射器的出現，使得市場佔有率日益突出，其二維精細雷射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鏡片;C02雷射器雖然市場佔有率漸弱於光纖耦合輸出雷射器，但其獨特的波長特性使得自身穩佔一席之地，在雷射加工工業中，通常需要導光臂等含有多個平面反射鏡的導光系統進行光束傳輸，才能輸入到雷射加工光路系統對工件進行加工處理。
[0004]無論是光纖耦合輸出雷射器外光路加工系統，還是C02雷射器導光系統，甚至於其他方式的光路整形系統，對於雷射精細加工而言，鏡片自身的光學性能優化往往受限於鏡片裝配誤差影響，影響光束特性，最終影響到雷射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生偏差，且從光路結構分析，均可以理解為影響準直或擴束後的光束傳輸方向與同軸性，如光纖耦合輸出雷射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。鑑於以上分析及其他類似問題，需要具備一款高精度可用於光束同軸性、方向性誤差檢測的靜態檢測系統，目前市面上極少有這類同軸檢測產品，即便是國外導光臂檢測的相關儀器，也需要動態調試，十分費勁費力，且並不適用於裝配鏡片的固定關節調試。
[0006]本實用新型以能靜態或極小範圍準靜態調節為前提，以圓形平行或近平行入射光為基準，基於軸錐透鏡對光束方向與同軸高靈敏度特性，及誤差下的環形光束聚焦後焦點附近光斑變異特性，設計出一款適用於工業雷射精密加工的光路同軸性與方向性誤差檢測系統，能夠實現光束同軸與方向的高精度校正。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的目的在於提供一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0008]為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統，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還設有可進行光軸方向微調的CCD。
[0009]優選的，所述第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡錐角相同。
[0010]優選的，所述非球面聚焦鏡為消像差非球面鏡。
[0011]優選的，還包括半透半反鏡，所述半透半反鏡設置在第二軸錐透鏡和非球面聚焦鏡之間，且所述半透半反鏡傾斜設置，與水平面的夾角為30° -45°。
[0012]優選的，還包括大面積CCD，所述大面積CXD設置在半透半反鏡上端，且所述大面積C⑶與第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡、非球面聚焦鏡中心軸垂直。
[0013]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型結構設計新穎，能夠準靜態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，提高精細雷射加工一致性與加工質量。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的實施例一剖切面結構示意圖；
[0015]圖2為本實用新型的實施例一剖切面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型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實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0017]實施例一:
[0018]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系統，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，均屬於本實用新型範疇;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，採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—側還設有可進行光軸方向微調的(XD4。
[0019]本實施例中，入射光束採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後，經過匯聚交叉發散形成發散空心光束，再經由第二軸錐透鏡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光軸有極小角度偏差時，CCD 4在焦點附近可檢測空心環形光斑發生畸變，通過調整光束方向以還原聚焦焦點附近變形光斑恢復圓環形，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光軸有極小的軸向偏差時，CCD 4可檢測焦點附近環形光斑能量發生偏移，通過調整光束軸向，聚焦光束焦點附近CCD 4檢測校正時，CCD 4應能夠在系統光軸方向微調，以達到更高的校準精度，在CCD4中檢測環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，需以大面積CCD 6輔助檢測與校正，達到極高精度檢測，屬於準靜態檢測系統。
[0020]實施例二:
[0021]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系統，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，採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—側還設有可進行光軸方向微調的CCD4。
[0022]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。
[0023]本實施例中，入射光束採用圓形平行或近平行光束，當圓形平行或近平行光束經過第一軸錐透鏡1、第二軸錐透鏡2整形為相應環形空心光束，環形空心光束經過半透半反鏡5，一部分反射可用於大面積CXD 6檢測，另一部分光束折射透過半透半反鏡5經非球面聚焦鏡3聚焦到CCD 4，當入射光出現偏差時，若入射光相對於檢測系統光軸同時存在方向性偏差與同軸性偏差，則大面積CCD 6處可以檢測出環形光束髮生能量偏移，意味著入射光束相對於檢測系統光軸存在同軸性偏差，通過調整入射光束同軸性，校正大面積CCD 6中的環形光束能量偏移後，以獲得軸對稱環形光束，通過CCD 4可以單獨校正光束方向性偏差。
[0024]本實用新型結構設計新穎，能夠準靜態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，提高精細雷射加工一致性與加工質量;另外根據入射光束功率，額外引入濾光片等，並不改變光路設計原理的，均屬於本實用新型範疇。
[0025]儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型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，本實用新型的範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系統，其特徵在於: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還設有可進行光軸方向微調的CCD。2.根據權利要求1所述的一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統，其特徵在於:所述第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡錐角相同。3.根據權利要求1所述的一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統，其特徵在於:所述非球面聚焦鏡為消像差非球面鏡。4.根據權利要求1所述的一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統，其特徵在於:還包括半透半反鏡，所述半透半反鏡設置在第二軸錐透鏡和非球面聚焦鏡之間，且所述半透半反鏡傾斜設置，與水平面的夾角為30°-45°。5.根據權利要求1或4所述的一種檢測校正光束方向同軸性高精度準靜態系統，其特徵在於:還包括大面積CCD，所述大面積CCD設置在半透半反鏡上端，且所述大面積CCD與第一軸錐透鏡、第二軸錐透鏡、非球面聚焦鏡中心軸垂直。
【文檔編號】G01B11/26GK205718879SQ201620644289
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月27日
【發明人】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