[发明专利]一种激光摆轴光束指向误差自动校正方法

说明书

为了解决现有激光摆轴加工系统加工精度低且难以调整的问题，本发明提供了一种激光摆轴光束指向误差自动校正方法，通过该方法可大幅减小由于光束与激光摆轴存在夹角而导致焦点位置产生变化的问题，对于提升基于“硬光路”传输的激光摆轴加工系统的制造精度具有重要意义。该激光摆轴光束指向误差自动校正系统，包括激光器、第一反射镜、激光摆轴、标定板、反射单元、第二反射镜和同轴相机；本发明提供的激光摆轴光束指向误差自动校正方法能够对现有技术中存在的误差进行有效补偿并自动校正；同时，本发明提供的系统结构简单、成本低，可在现有结构的基础上直接进行改造升级。

技术领域

本发明属于激光精密制造领域，具体涉及一种激光摆轴光束指向误差自动校正方法。

背景技术

目前，在复杂曲面零件的激光加工中，采用激光摆轴形式的加工系统由于具有移动范围大、机动灵活、便于集成等特点，被广泛应用于复杂曲面零件的加工。

这类加工系统根据激光摆轴的激光束传输方式不同，大体可分为两类：

一、光纤传输方式

该类激光摆轴直接将激光光纤搭载于加工头上，在加工过程中光纤随着加工头一起摆动，从而实现零件的激光加工。此类加工头的光束通过光纤后可直接作用于零件，没有中间传动误差，加工精度容易保证。

如图1所示：激光摆轴可以在YZ平面内进行±90°摆动，工作转台可以在XY平面内进行360°范围的旋转，因此通过两个转台的插补联动可以实现复杂曲面零件表面的激光定位以及加工。

二、反射镜折转光路的传输方式。

由于激光光源性质的不同，部分激光器目前无法使用光纤进行光束的传输，如CO₂激光器、超快激光器等。对于这类激光器，只能通过外部光路系统将光束导入激光摆轴，并在系统内部设置反射镜等导光系统，从而实现加工过程中光束的摆动，此类光束传输形式由于受光束指向调节精度、加工头安装面平整度等因素影响，精度不易保证。

实际应用中，由于激光通过摆轴前端的反射镜导入加工系统中，光束的准直性以及摆轴加工头安装面等均会影响光束与摆轴之间的平行度，进而影响聚焦后光束的位置精度。如图2所示：当激光器出射光束与摆轴轴线间存在夹角时，经过摆轴聚焦后的光束与轴线间存在△r的偏距，该偏距会导致当摆轴作±90°旋转时，聚焦光束始终不在同一点，而是绕着摆轴轴线做圆周运动。

针对上述问题，目前所采用的调整方法为：调整摆轴上端反射镜，使进入摆轴的光束尽量与摆轴轴线重合或者平行，但是由于在实际加工系统中，摆轴轴线不可见且难以测量，因此光学装调人员若要实现该反射镜的精密调整非常困难；另一方面，由于摆轴安装端面也存在平面度、垂直度等几何误差，导致摆轴实际轴线并不严格垂直于XY平面，致使装调人员也无法完全依赖摆轴的机械端面作为参考实现光束的调整。

发明内容

为了解决现有激光摆轴加工系统加工精度低且难以调整的问题，本发明提供了一种激光摆轴光束指向误差自动校正方法，通过该方法可大幅减小由于光束与激光摆轴存在夹角而导致焦点位置产生变化的问题，对于提升基于“硬光路”传输的激光摆轴加工系统的制造精度具有重要意义。

本发明的具体技术解决方案如下：

该激光摆轴光束指向误差自动校正系统，包括激光器、第一反射镜、激光摆轴、标定板、反射单元、第二反射镜和同轴相机；激光器发出的激光经第一反射镜折射后穿过激光摆轴垂直入射至反射单元，经反射单元再次折射后进入第二反射镜，再经第二反射镜折射后垂直入射至标定板上并形成标记点；同轴相机设置于第二反射镜上方，用于记录标记点位置；激光经第二反射镜折射后的出射点不在激光摆轴相对于标定板投影的范围内。