[发明专利]一种光束指向稳定性监测与反馈装置及方法

说明书

本发明公开一种光束指向稳定性监测与反馈装置，包括光源和检测校正器件，所述光源用于提供指示光和加工激光，所述检测校正器件用于检测校正指示光的光斑位置，所述光源和检测校正器件通过若干分光镜集成在激光加工光路中。本发明还公开一种方法，通过实时检测沿原光路器件返回的指示检测光的光斑，得到激光加工光束的实时光斑位置，并与标定的初始光斑位置进行比对，在实时光斑位置与初始光斑位置不符时，通过采集光斑位置的偏移量得到激光加工光束的偏移角度，振镜系统根据该偏移角度调整内部的反射镜角度以进行光路调整，从而实现激光加工光束的实时校正。

技术领域

本发明涉及光束指向稳定性监测与反馈控制技术领域，尤其涉及用以实现高精度振镜加工的激光设备振镜输出，特别是振镜输出激光返回光束指向位置稳定性监测并反馈控制调节的方法及装置，具体为一种光束指向稳定性监测与反馈装置及方法。

背景技术

激光加工已经广泛应用于现代制造中，特别是在精密加工、微加工领域，包括切割、标刻、喷印、钻孔、雕刻、扫描等。激光光束指向的不稳定性对加工精度影响很大，激光指向的稳定性决定了精细激光制造装备的加工精度，因此稳定激光光束的指向是各类激光高精细制造装备需解决的核心问题之一。

在采用激光对工件进行图形加工时，通常首先由激光器发射出激光束，然后由激光振镜对激光束进行高速扫描，使其作用于工件上，并最终完成相应图形加工。而随着激光振镜的长期使用，其精度会因环境温度、湿度、振动等外部因素以及本身温漂而发生变化。在使用振镜进行高精密激光加工的过程中，经常需要对振镜加工精度提出苛刻要求，解决该问题的主要方法是在样品加工前对振镜进行校正，即在加工开始之前采用定位标定板、光束质量分析仪等工具对振镜进行位置标定，标定完成后根据结果进行校正。同时，为了保证长期加工精度，需要对激光振镜进行不定期重新校正。目前对激光振镜进行校正时，需要系统停机后进行检查，随着加工时间的增长激光光束指向不稳定现象会再次出现，这些问题严重影响了激光加工的精度及样品加工效率。

公开号CN109483047A的中国专利公开了一种激光光束终端指向检测与校正方法及激光加工装置，根据光程共轭原理对激光光束终端指向的检测与校正装置的空间位置进行布局以及标定，使得其视野内的光斑位置偏移量与实际激光加工光斑位置的偏移量相等，通过检测装置的光斑位置表征激光加工表面的光斑偏移情况。但是该专利存在的缺陷是：(1) 将振镜系统抽离在激光光束终端指向检测与校正之外，从加工工件表面返回的光束直接经由分光镜、反射镜到达视觉系统进行检测，分光镜、反射镜的镜座偏差会导致返回光束的偏差，而这个偏差并不由振镜系统产生，导致加工过程中对振镜系统的实时校正出现误差，影响校正精度；(2)因为采用光程共轭原理，使得分光镜、反射镜、视觉系统、工作面这几者之间的位置受限，整体装置占用空间大，不利于系统集成；(3)指示光与工件面接触；(4)振镜出射光束经过分光镜分束后入射到加工面，分光镜的尺寸要根据实际加工幅面设计，如果幅面要求比较大，分光镜尺寸需要做的比较大，这样对镜片面型要求很高，并且安装起来比较困难。

激光振镜的长期加工使用，其加工精度会因环境温度、湿度、振动等外部因素以及本身温漂而发生变化，具体原因在于振镜出射光束的位置指向发生变化。为了克服激光加工系统中振镜系统指向偏移造成的定位偏差，以解决现有技术的缺陷，有必要设计一种可集成在激光加工设备中，对振镜加工的指向稳定性监测并反馈校正的方法及装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种光束指向稳定性监测与反馈装置及方法，解决激光加工系统中振镜系统指向偏移造成的定位偏差问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种光束指向稳定性监测与反馈装置，包括光源和检测校正器件，所述光源用于提供指示光和加工激光，所述检测校正器件用于检测校正指示光的光斑位置，所述光源和检测校正器件通过若干分光镜集成在激光加工光路中。

优选地，所述若干分光镜包括第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜。