[发明专利]同轴随形聚焦系统

说明书

本发明公开了一种可以始终确保最佳聚焦状态、无需前期建模、闭环跟踪控制、响应速度快的同轴随形聚焦系统，包括扩束装置、分束器、聚束装置、光电探测器、伺服机构以及闭环控制电路。且聚束装置与扩束装置同轴设置。伺服机构带动扩束装置、分束器、光电探测器沿扩束装置和聚束装置的轴线方向往复运动进行聚焦状态误差值补偿。本发明提供的同轴随形聚焦系统，通过同轴设置的扩束装置和聚束装置汇聚光线于工件表面，工件表面产生反向传输的散射光，散射光经过聚束装置汇聚，并被分束器反射于光电探测器上。闭环控制电路根据光电探测器接收到的光强确定工件表面的汇聚光束的聚焦状态，并驱动伺服机构往复运动来补偿聚焦状态误差值，直到误差值为零。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种同轴随形聚焦系统。

背景技术

随着激光技术的空前发展，激光已广泛应用于加工领域，例如激光切割、焊接、打标、清洗等。在实际应用中，通常使用聚焦系统对激光束进行聚焦以提高单位面积上的光强，从而更有效的对工件进行加工。

但是，聚焦焦点与被加工工件表面的相对位置直接影响着最终的加工效果，因此，通常需要工件表面尽量平整才适合激光加工。

往往多数工件表面是无法确保绝对平整的，因此，本领域技术人员针对这一问题采取了多种解决方案：

一、固定聚焦系统与被加工工件表面的相对位置。此种方案中要求被加工工件具有尽量凭证的表面以保证聚焦焦点始终保持与工件的相对位置关系。激光打标就是应用这种方案。

二、通过测量聚焦系统与被加工工件的相对距离并通过计算补偿量来控制聚焦焦点从而使聚焦焦点与被加工工件保持准确的相对位置。此种方案也是需要被加工工件表面尽量平整，但优于第一种方案。激光切割就是应用了这种方案。

三、通过增加变焦系统，主动控制聚焦焦点的位置。此种方案可以应对更复杂的被加工工件面型，但是需要前期对面型进行建模工作。三维打标应用此种方案。

综上所述，方案一和方案二要求被加工工件表面面型平整，仅适用于特定加工场景，对于复杂面型的工件就无能为力。方案三虽然适用范围广，但是需要前期建模工作，且加工过程处于一种开环控制状态，对聚焦状态无反馈过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以始终确保最佳聚焦状态、无需前期建模、闭环跟踪控制、响应速度快的同轴随形聚焦系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的同轴随形聚焦系统，其特征在于，包括：

扩束装置，平行入射光束由所述扩束装置的入光端进入所述扩束装置，并产生发散光束；

分束器，所述分束器置于所述扩束装置的出光端，所述发散光束穿过所述分束器；

聚束装置，所述聚束装置置于所述分束器的出光端，且所述聚束装置与所述扩束装置同轴设置，所述发散光束由所述聚束装置的入光端进入所述聚束装置，并产生汇聚光束，所述汇聚光束的焦点处于工件表面前后，被所述汇聚光束照亮的所述工件表面产生反向传输的散射光，所述光电探测器接收被所述分束器反射的所述散射光；

伺服机构，所述扩束装置、所述分束器和所述光电探测器固定于所述伺服机构上，且所述伺服机构受控于所述闭环控制电路；

闭环控制电路，所述光电探测器接收到的所述散射光的光强信号送至所述闭环控制电路，所述闭环控制电路根据所述光强信号解算出聚焦状态误差值，并驱动所述伺服机构补偿聚焦状态误差值。

所述伺服机构带动所述扩束装置、分束器、光电探测器沿所述扩束装置和聚束装置的轴线方向往复运动。