一种激光光束空间精确定位方法

摘要

本发明涉及一种激光光束空间精确定位方法，其特征在于，至少一束激光入射至第一反射镜，所述第一反射镜将激光光束反射至第二反射镜，所述第二反射镜将反射过来的激光光束反射，使得第二反射镜反射过来的激光光束穿过对应地工装组中的工装孔，实现激光光束精确定位；其中，激光光束数与工装组数相等，所述工装组包括第一工装和第二工装，所述第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条直线上，该直线与所述第一工装的孔底面垂直。

权利要求

1.一种激光光束空间精确定位方法，其特征在于，至少一束激光通过透镜，调整透镜的位置使光束会聚到第一工装孔中，并且从第二工装孔中透射出来，通过一个会聚工装组中的第一工装孔和第二工装孔来实现激光光束精确定位；其中，所述会聚工装组包括第一工装和第二工装，所述第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条直线上，该直线与所述第一工装的孔底面垂直，透镜的聚焦点为第一工装孔中心与第二工装孔中心距离的中点。

2.根据权利要求1所述的激光光束空间精确定位方法，其特征在于，所述第一工装的孔径和第二工装的孔径大小相等。

3.根据权利要求1所述的激光光束空间精确定位方法，其特征在于，所述第一工装的壁厚和第二工装的壁厚大小相等。

说明书

一种激光光束空间精确定位方法

技术领域

[0001] 本发明涉及激光光束的空间形态调整领域，特别涉及一种激光光束空间精确定位方法。

背景技术

[0002] 对要求定位精度100微米级甚至数十微米级别的长光程复杂光学系统的调试，通常采取提高加工精度和较高的形位公差要求，保障光束通过的位置准确性，更高的要求一般在反射或者折射光路中增加若干个维度可微调的机构，通过调整这些机构实现光束位置确定，这种方法属于开环调整法。该方法的缺点是从毫米级别的位置调整需要反复调整来实现位置精度，这样工作效率低，对调试人员的经验要求较高，对于要批量生产的复杂光学系统是不适应的。传统的光束精确调整方法存在的问题急需得到解决。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于，为解决上述问题，本发明提出一种激光光束空间精确定位方法来提高定位的精度

[0004] 为实现上述发明目的，本发明提出一种激光光束空间精确定位方法，其特征在于，至少一束激光入射至第一反射镜，所述第一反射镜将激光光束反射至第二反射镜，所述第二反射镜将反射过来的激光光束反射，使得第二反射镜反射过来的激光光束穿过对应地工装组中的工装孔，实现激光光束精确定位；其中，激光光束数与工装组数相等，所述工装组包括第一工装和第二工装，所述第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条直线上，该直线与第一工装的孔底面垂直。

[0005] 优选地，所述第一工装的孔径和第二工装的孔径大小相等。所述第一工装的壁厚和第二工装的壁厚大小相等。

[0006] 为实现上述发明目的，本发明还提出一种激光光束空间精确定位方法，其特征在于，至少一束激光通过透镜，调整透镜的位置使透射过来的光束会聚后，会聚光束先后通过一个会聚工装组中的第一工装孔和第二工装孔来实现激光光束精确定位；其中，所述会聚工装组包括第一工装和第二工装，所述第一工装的孔中心与第二工装的孔中心在一条直线上，该直线与第一工装的孔底面垂直，透镜的聚焦点为第一工装孔中心与第二工装孔中心距离的中点。

[0007] 优选地，所述第一工装的孔径和第二工装的孔径大小相等。所述第一工装的壁厚和第二工装的壁厚大小相等。

[0008] 本发明具备如下几个优点：

[0009] (1)本发明是对于激光空间位置的定位，通过采用上述调试工装或组合进行调整，在配合功率计以及控制定位孔精度的情况下可以使两束平行激光的平行度达到0.05mm以内。单束激光的位置定位可以达到0.05mm。可以推广应用于一般光路的平行光束定位调整。如，通常的点光源发出的锥形光束经过准直系统后，形成平行光束，这种平行光束具有激光束相近的直线特征。在需要对这种平行光光路方向或者位置精确定位的系统中，本发明所述的工装在比例、尺寸相应放大或缩小后，能够用于辅助调试。

[0010] (2)本发明的技术方案可以对所激发物质信号整体强度的重复调整影响。通过该种方式进行调整可以使得对于每次调整被激发物质产生信号的整体强度达到相同的状态，整体强度波动范围在5％以内。

[0011] (3)这种调试方法调试速度要更快，对经验依赖性大大降低，对机构的尺寸精度、形位公差要求等机械加工要求也可降低，因而也可降低加工成本、提高成品率，适合批量生产复杂光学系统的应用场合。当然，在同样设计可微调机构、保证较高的加工精度的条件下，本专利的应用将使得长光程复杂光学系统的调试更为方便、快捷、提高效率。

附图说明

[0012] 图1为本发明的一种激光光束空间精确定位方法之单束激光光束空间精确定位方法基本原理图；

[0013] 图2为本发明的一种激光光束空间精确定位方法之多束激光光束空间精确定位方法基本原理图；

[0014] 图3为本发明的一种激光光束空间精确定位方法之会聚激光光束空间精确定位方法基本原理图。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。

[0016] 如图1所示，图1为本发明的一种激光光束空间精确定位方法之单束激光光束空间精确定位方法基本原理图。激光束1在空间中通过反射镜2和反射镜3旋转和俯仰调节使光线1通过工装4的孔和工装5的孔，根据两点确定一条直线，可以对单束激光进行定位。

[0017] 如图2所示，图2为本发明的一种激光光束空间精确定位方法之多束激光光束空间精确定位方法基本原理图。以两束平行激光为例，首先将激光束6在空间中通过反射镜7和反射镜8旋转和俯仰调节使光线6通过工装9的孔和工装10的孔，其次将激光束11在空间中通过反射镜12和反射镜13旋转和俯仰调节使光线11通过工装14的孔和工装15的孔，保证工装9和工装10的两个孔连线与工装14和工装15的两个孔连线保持平行，就可以对两束激光的平行进行定位，同理，两束异面激光束与多束激光束也可以用这种方法进行定位。

[0018] 如图3所示，图3为本发明的一种激光光束空间精确定位方法之会聚激光光束空间精确定位方法基本原理图。激光束16通过透镜17后，通过调整透镜17的前后左右，使光束会聚到工装18的孔中，并且从工装19的孔中透射出来，通过工装18和工装19可以对会聚光束进行定位，同理两束平行或者异面的激光束与多束激光束也可以用这种方法进行定位。

[0019] (1)激光光束的定位精度主要包含两个方面：

[0020] ①单束激光和平行激光束定位精度

[0021] 如图1所示，图1为本发明的一种激光光束空间精确定位方法之单束激光光束空间精确定位方法基本原理图。光束1通过工装4和工装5的小孔，假设光束1的光束直径为a，工装4的小孔孔径为b，工装5的小孔孔径为c，工装4壁厚为d，工装5壁厚为e，两孔之间的距离为f，那么我们可以得出最大的倾斜角为：

[0022]

[0023] 如果b＞c，那么与中心线的平行度为：(b-a)/2。

[0024] 一般情况下，工装4和工装5小孔的孔径是一样的，工装4和工装5的壁厚也是一样的，那么在这种情况下，调整完成后的光束与中心线的平行度为：(b-a)/2。

[0025] 如图2所示，图2为本发明的一种激光光束空间精确定位方法之多束激光光束空间精确定位方法基本原理图。激光束6在空间中通过工装9的孔和工装10的孔，假设光束6的光束直径为a1，工装9的小孔孔径为b1，工装10的小孔孔径为c1，工装9壁厚为d1，工装10壁厚为e1，两孔之间的距离为f1；激光束11在空间中通过工装14的孔和工装15的孔，光束11的光束直径为a2，工装14的小孔孔径为b2，工装15的小孔孔径为c2，工装14壁厚为d2，工装15壁厚为e2，两孔之间的距离为f2。如果b1＞c1且b2＞c2，那么两条直线的平行度为：(b1+b2-a1-a2)/2。同理可以计算出两条异面激光束相对的定位精度以及多条激光束相对的定位精度。

[0026] 在一般情况下，工装9和工装10以及工装14和工装15的小孔的孔径是一样的，工装9和工装10以及工装14和工装15的壁厚也是一样的，工装9和工装10的距离与工装14和工装15的距离是相等的，激光束6和激光11的光束直径也是一样的，那么在这种情况下，调整完成后的两条直线的平行度为：b1-a1或者b2-a2。

[0027] ②会聚光束定位精度

[0028] 如图3所示，图3为本发明的一种激光光束空间精确定位方法之会聚激光光束空间精确定位方法基本原理图。激光束16通过透镜17后，通过调整透镜17的前后左右，使光束会聚到工装18的孔中，并且从工装19的孔中透射出来，通过工装18和工装19可以对会聚光束进行定位，假定光束16的光束直径为a3，工装18小孔直径为b3，工装19的小孔孔径为c3，工装18壁厚为d3，工装19壁厚为e3，透镜的焦距为f3，两孔之间的垂直距离为g3，会聚点到工装18的距离为h3，该激光束在垂直方向上的误差与会聚透镜的焦距有关而不本讨论之内，因此将不考虑垂直方向上的误差，只考虑水平方向的误差，经过工装18和19之后实际聚焦光束与理想聚焦光束的最大偏转角(角度误差)小于(c3/g3)/2。

[0029] 在一般情况下，工装18和工装19的小孔的孔径是相等的，工装18和工装19的壁厚也是一样的，那么在这种情况下，调整完成后的实际聚焦光束与理想聚焦光束的最大偏转角(角度误差)小于(c3/g3)/2。

[0030] (2)工装加工精度实现

[0031] 按照两光束平行都要达到0.05mm的要求，工装上任意两个定位孔的位置中心精度要求达到0.02mm。对于高碳钢、锡青铜等金属材料上达到这个精度的加工方法，可以采用通常的三轴数控加工中心比较容易实现。

[0032] (3)工装材料要求

[0033] 在光路调试中，工装是经常拆卸和安装的部件，因此要求较大的强度、较好的耐磨性能以及良好的机械加工性能。本专利认为硬度较高的合金铝、高碳钢、锡青铜等材料可以满足上述要求。

[0034] (4)工装孔的大小及孔壁的厚度选择

[0035] 单个光束的定位精度，由实际光束直径、工装孔的大小与确定光束的两个孔之间的相对距离三个因素决定。在实际光束直径和工装孔的大小两个因素上，经验表明工装孔要小于实际光束直径大小，一般前者的直径与后者的直径比在0.5～0.75为宜。检验光束是否居中穿过光孔的方法，主要采用目测调试、激光功率计测量确认的方法，由于激光光束能量密度分布具有高斯特征，即在能量从中心向周围按照高斯特征迅速衰减、且呈圆对称分布的特征。

[0036] (5)加工后的检测方法

[0037] 本发明所提的工装，可以用千分表进行常规检测。主要检验工装零件上加工特征的平行度和垂直度。

[0038] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。