[发明专利]一种激光光束终端指向检测与校正方法及激光加工装置

说明书

本发明涉及一种激光光束终端指向检测与校正方法及激光加工装置，用以解决激光加工过程中，由于激光装备的长时间工作，激光器出射光束指向偏移、振镜温漂及时漂等原因造成激光光束在加工终端产生指向偏移从而影响被加工图形位置精度的问题。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，从而可以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；可广泛应用于我国航空航天、汽车、3C、光电子、模具等领域的激光精细表面制造、制孔、精细切割方面。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种激光光束终端指向检测与校正方法及激光加工装置。

背景技术

激光加工是一种新兴的特种加工方式，并成为取代传统制造方式的必然选择。利用激光光束与物质相互作用的特性，对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等。传统的激光加工装置主要包括用于产生激光光束的激光光源及用于将激光光束引导至待加工工件上的振镜系统，振镜系统包括控制系统及两组快速反射镜。加工过程中，激光光束指向的不稳定，会造成激光加工的位置精度降低，目前，由于现有国内装备均是属于一些打标、切割等技术含量较低的激光加工装备，因此激光指向的精度要求并不高，但是，如果将激光加工应用在高精细加工制造中，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。

引起激光光束指向不稳定的主要原因包括激光光束抖动及振镜系统长时间工作后的温漂及时漂。目前，对于少数高精度的激光加工装备，解决该问题的主要方法是从激光光束前端进行离线测量，即在加工开始之前采用光束质量分析仪等工具进行离线测量，测量完成后根据结果进行校正，但随着加工时间的增长，在加工过程中，激光光束指向不稳定现象会再次出现，离线测量无法在线校正加工过程中出现的激光光束指向不稳定现象。且从激光前端完成校正后，无法保证在加工过程中外部环境及后续的光学器件对激光光束的影响。

发明内容

为了解决离线前端测量无法在线监测反馈校正以及无法保证在加工过程中外部环境及后续的光学器件对激光光束的影响的问题，本发明提出一种激光光束终端指向检测与校正方法及激光加工装置。

本发明的技术解决方案是提供一种激光光束终端指向检测与校正方法，包括以下步骤：

步骤一：分光；

采用分光元件，将从振镜系统出射的激光光束分为激光加工光束及激光检测光束；

步骤二：采集激光检测光束并标定获得目标光斑；

2.1、引入视觉系统，用于采集激光检测光束，根据光程共轭原理确定分光元件、视觉系统的位置；

2.2、在光束指向稳定时，视觉系统采集激光检测光束，获得目标光斑位置；

步骤三：采集实时光斑；

视觉系统在线采集加工过程中的激光检测光束，获取实时光斑的位置；

步骤四：获取激光加工光束的偏移量；

对比实时光斑的位置与步骤三获取的目标光斑位置；若实时光斑与目标光斑的位置不符，则通过图像处理算法解算实时光斑与目标光斑的位置偏差，获得激光加工光束的偏移量；若实时光斑与目标光斑的位置无偏差，则继续进行加工；

步骤五：反馈控制；

视觉系统将步骤四获得的偏移量反馈至振镜系统，振镜系统根据接收的偏移量调节内部反射镜对光路进行调整，实现激光光束指向校正。

进一步地，还包括步骤六：对矫正后的激光光束进行识别校验，视觉系统采集校正后加工过程中的激光检测光束，获得校正后的光斑位置，重复步骤四与步骤五。