[发明专利]一种长焦深激光切割头的装调方法

说明书

本发明提供了一种长焦深激光切割头的装调方法，采用可调焦的自准直仪观测激光切割头中各镜片的球心像和表面像与自准直仪的参考目标像之间的位置差异，判断和调节各镜片，以使激光切割头中各镜片的光轴重合；同时使用自准直仪和成像相机进行双向观测分别获取异形光学元件的反射像和透射像，以此使异形光学元件的光轴与各镜片的光轴重合；另外各镜片安装前保证激光切割头的机械轴与水平面垂直，并实现激光切割头的机械轴与镜片的光轴重合。本发明专利提供的装调方法克服了异形光学元件装调精度低的问题，各镜片的装调精度高，从而提高了激光加工系统的切割精度；同时简化了激光切割头在激光加工系统中装调步骤。

技术领域

本发明涉及光学装配领域，尤其涉及一种长焦深激光切割头的装调方法。

背景技术

目前，长焦深激光切割头常采用异形光学元件如锥形透镜或衍射光学元件，利用这类异形光学元件产生贝塞尔光束来实现长焦深的目的。当前激光切割头中光学元器件的安装直接通过机械件的加工精度来保证，存在两方面的问题：一是需要严格把控机械件的加工精度，势必增加了机械件的制造成本和制造难度；二是直接安装产生的装配累积误差降低激光切割头的加工精度；而采用常规的光学装调方法，如表面反射法或中心偏测量法，其中表面反射法是利用激光照射到各镜片表面上产生的多个反射点，通过调节各镜片实现多反射点重合，虽然装调简单，但难以保证异形光学元件的光轴与其他光学件的光轴重合，中心偏测量法是将打表工具、旋转台和监测图像系统相结合完成镜片对心的目的，虽然精度高，但装调复杂费时，合适球面和非球面透镜的装配，无法满足异形光学元件的装配要求，同时激光切割头的机械外框(即激光切割头机械框)的设计上比较复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述技术缺陷，提供一种长焦深激光切割头的装调方法，解决现有装配精度低和无法精密地装配异形光学元件的问题。

本发明主要针对产生贝塞尔光束实现长焦深的激光切割头；因此该激光切割头中使用了锥形透镜或衍射光学元件等旋转对称的异形光学元件获取贝塞尔光束，其异形光学元件由异形面和平面组成，其中异形面朝向出射光方向，平面朝向入射光方向；在激光切割头中，第一片透镜为异形光学元件，且其平面朝激光切割头的外面，便于将贝塞尔光束在整个激光切割头光路中传递。

为解决该技术问题，本发明提供一种长焦深激光切割头的装调方法，其装调步骤如下：①调整校准装置：搭建校准测试台，并使自准直仪与水平面垂直；②调整激光切割头机械框：将激光切割头固定在调节架上，并在激光切割头的基准面上放置带“十字丝”的反射镜，通过观测自准直仪经由反射镜后在计算机上产生的反射像位置，来四维调整激光切割头，使“十字丝”反射像与自准直仪的参考目标像重合；③调节激光切割头中靠近其焦平面的镜片：去掉反射镜，将镜片安装到激光切割头的机械外框内，计算机上观测该镜片的球心像和表面像，松紧激光切割头机械框的侧向螺钉，使该镜片的球心像和表面像与参考目标像重合；④安装和调节其他镜片：从下到上安装调节镜片，调节方式同③步骤；⑤安装异形光学元件：第二相机与自准直仪正对放置后，将异形光学元件放置到激光切割头的机械外框内，观测异形光学元件的表面反射像和透射像，调节侧向螺钉使反射像与参考目标像重合，透射像的光斑能量均匀和对称分布。

一种长焦深激光切割头的装调方法，该方法中的长焦深激光切割头使用了旋转对称的异形光学元件获取贝塞尔光束，所述异形光学元件由异形面和平面组成，其中异形面朝向出射光方向，平面朝向入射光方向；在激光切割头中，第一片透镜为异形光学元件，且其平面朝激光切割头的外面；

该装调方法步骤如下：

步骤1：调整校准装置：搭建校准测试台，并使自准直仪与水平面垂直；

步骤2：调整激光切割头机械框：将激光切割头机械框固定在调节架上，并在激光切割头机械框的基准面上放置带“十字丝”的反射镜，通过观测自准直仪经由反射镜后在计算机上产生的反射像位置，来四维调整激光切割头机械框，使“十字丝”反射像与自准直仪的参考目标像重合，此时，激光切割头机械框的机械轴与自准直仪的光轴重合；