使用图案化反射镜的激光束定位方法技术

激光束对准系统，包括：至少一个反射镜，具有配置为接收和反射激光束的表面图案；至少一个检测器，配置为检测来自反射镜的激光束的偏转部分；以及至少一个控制器，配置为与至少一个反射镜和至少一个检测器通信，并基于激光束的偏转部分来控制反射镜的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用图案化反射镜的激光束定位方法
技术介绍
激光技术广泛用于各种应用。其用于日常生活产品(诸如从硬盘读取信息的DVD播放器)、读取条形码、用于外科手术中，以及还用于产品的制造和维护，诸如进行切割、标记或钻孔(比如光刻)。在光刻和计算机辅助制造系统领域中，定位平台有时用于干涉定位。例如，第4，060，315号美国专利示出使用差动螺旋致动器和挠性连接器进行精密激光反射镜的安装。然而，该系统需要对反射镜进行人工对准。
技术实现思路
根据第一方面，提供了激光束对准系统，包括：至少一个反射镜，具有配置为接收并反射激光束的表面图案；至少一个检测器，配置为检测来自反射镜的激光束的偏转部分；至少一个控制器，配置为与至少一个反射镜和至少一个检测器通信，并且基于激光束的偏转部分来控制反射镜的位置。有利地，本专利技术以准确且安全的方式提供了在一个或多个反射镜上反射或照射的激光束的精确对准。这尤其有利于诸如移动或机器人的应用，并且这些应用需要动态对准以补偿机械偏转、振动、冲击载荷或可能导致静态对准系统变得未对准的其它力。本专利技术可应用于大型机器人激光涂层去除(ICR)系统，诸如本文和通过引用并入本文的美国申请nos.中描述的，其中，机器人在其移动时将经历结构变形，并且由于机器人结构携带用于激光束传送的反射镜，因此在机器人移动时需要重新对准反射镜。在整个申请中，“反射的”将用于表示相对于与反射镜平面垂直的平面、以一定角度照射反射镜表面并反射形成相同角度的光束。“偏转的”将用于表示以一个角度照射反射镜表面并由于反射镜表面上的表面图案被反射而形成不同角度的光束。根据实施方式，至少一个反射镜包括表面图案，以及至少一个检测器配置为基于表面图案来检测激光束的偏转部分。将表面图案设计成使得其最小化朝向检测器偏转的光量并最大化光束质心测量的准确度。根据该系统的实施方式，表面图案是由反射镜表面上的多个凹痕形成的图案。凹痕可以是例如铣入反射镜表面的特征，其有助于将极少量的激光能量朝向检测器偏转。根据实施方式，表面图案是圆形或X形图案。然而，这仅仅是示例，并且本领域技术人员将理解，图案的具体形状可以有很大变化，并且其它合适的表面图案也是可能的。根据实施方式，表面图案使得在激光束内有足够数量的凹痕。者允许通过能够执行三角测量而实现更准确的定位。根据实施方式，使用对称图案。这允许使用更简单的算法进行准确定位。根据实施方式，激光束是高功率激光束，例如高功率红外激光束或CO2激光束。这对于例如大型结构或交通工具(诸如航空器)中需要大量定向能量的应用(诸如涂层去除)是有利的，并且高功率激光可用于通过表面上的扫描激光运动来烧蚀有机涂层。根据实施方式，激光束是低功率激光束，例如红光激光束。这对于需要较少量的定向功率的应用是有利的。对于在大型结构或交通工具(诸如航空器)中的涂层去除的应用，作为用于系统中的对准反射镜的附加步骤(例如在接合高功率激光之前)也是有利的。根据实施方式，至少一个检测器包括摄像机，摄像机用于捕获激光束的偏转部分，以及用于基于激光束的偏转部分来检测激光束在反射镜表面上的位置。检测器可以是任何类型的合适的光检测器。如果检测器是摄像机，则摄像机可接收或捕获激光束的偏转部分，并且基于所捕获的图像其可允许检测激光束在反射镜表面上的位置。根据实施方式，摄像机可以是红外摄像机和/或可见光波长摄像机。红外摄像机可用于检测高功率激光束的偏转部分，以及可见波长摄像机可用于检测低功率激光束的偏转部分。根据实施方式，至少一个检测器包括第一检测器和第二检测器，第一检测器配置为检测来自反射镜的第一激光束的偏转部分，以及第二检测器配置为在低功率激光束的位置已被控制之后检测高功率激光束的偏转部分。该系统可包括两个检测器：第一检测器，最初用于检测从至少一个反射镜偏转的低功率激光束的光，以执行激光束的初始对准；以及第二检测器，在激光束初始已对准并已接通高功率激光束之后使用。第二检测器(或简称为检测器，或至少一个检测器)用于检测来自至少一个反射镜的高功率激光束的偏转部分。根据实施方式，至少一个反射镜包括以级联配置放置的多个反射镜，并且至少一个检测器包括多个检测器，其中，至少一个检测器对应于每个反射镜。该系统还可包括一个反射镜，该反射镜接收直接来自激光束源的光并将其反射到激光束的最终目的地，诸如终端工具；或者该系统可包括多个反射镜。在后一种情况下，第一反射镜可配置为接收来自激光束源的激光束，并将该激光束反射到第二反射镜。然后，第二反射镜可配置为进一步反射激光束；以及该配置可包括所需数量的反射镜，可适于例如包括不同的可移动部分的机器人臂的结构，并且激光束必须行进穿过该机器人臂。根据第二方面以及上述优点和效果，提供了激光束对准方法，包括以下步骤：a)从反射镜表面偏转激光束的部分；b)基于所偏转的部分检测激光束在反射镜表面上的位置；以及c)基于所检测的位置和反射镜表面上的期望位置来控制激光束。激光束对准方法允许激光束的精确对准，该激光束以准确且安全的方式反射到一个或多个反射镜上。这种动态自动对准的方法提供了使用反射镜系统进行激光束对准的简单且准确的机制。根据实施方式，激光束是低功率激光束，以及当通过步骤c)已到达期望位置时，该方法还包括切断低功率激光束、接通高功率激光束，以及用高功率激光束执行步骤a)至步骤c)。因此，根据实施方式的该方法可用于首先控制低功率激光束的位置，并且一旦已达到期望位置，则使用相同的方法步骤来控制高功率激光束的位置。有利地，这允许在反射镜初始位置可能明显偏离期望位置的情况下，使用更安全且更适于初始对准的低功率激光束来初始对准系统中的一个或多个反射镜。当一个或多个反射镜初始对准时，可安全地使用高功率激光束。根据实施方式，控制激光束包括控制激光束移动以接近期望位置。例如，期望的位置可以是反射镜表面的中心。然而，反射镜表面中的其它特定位置可以是期望的位置，其可预先定义或在对准期间确定。根据实施方式，从反射镜表面偏转激光束的部分的步骤包括，使用反射镜表面上的表面图案来从反射镜表面偏转激光束的部分。根据实施方式，检测激光束在反射镜表面上的位置包括，获得激光束的中心与反射镜表面上的期望位置之间的偏移值。这允许执行该方法的系统容易且有效地确定激光束需要在哪个方向和角度上移动和/或倾斜以进行位置校正。根据实施方式，执行该方法的系统包括多个反射镜，以及对每个反射镜执行步骤a)至步骤c)。根据实施方式，步骤c)包括：通过调节和/或移动先前的反射镜以改变检测到该位置的反射镜上的反射位置，基于所检测的位置和在反射镜表面上的期望位置来控制激光束。根据实施方式，步骤b)包括：基于捕获激光束的偏转部分的摄像机来检测激光束在反射镜表面上的位置。根据本专利技术的第三方面，提供了用于激光束对准系统的反射镜，该反射镜包括框架、由框架支撑的能反射激光束的反射镜表面，以及在反射镜表面上用于偏转激光束的图案。根据实施方式，该反射镜还包括用于移动反射镜并连接到反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.激光束对准系统，包括：/n至少一个反射镜，具有配置为接收并反射激光束的表面图案；/n至少一个检测器，配置为检测来自所述反射镜的激光束的偏转部分；/n至少一个控制器，配置为与所述至少一个反射镜和所述至少一个检测器通信，并且基于所述激光束的偏转部分来控制所述反射镜的位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180622 US 16/015,2371.激光束对准系统，包括：
至少一个反射镜，具有配置为接收并反射激光束的表面图案；
至少一个检测器，配置为检测来自所述反射镜的激光束的偏转部分；
至少一个控制器，配置为与所述至少一个反射镜和所述至少一个检测器通信，并且基于所述激光束的偏转部分来控制所述反射镜的位置。


2.根据权利要求1所述的激光束对准系统，其中，所述至少一个反射镜包括表面图案，以及所述至少一个检测器配置为基于所述表面图案来检测所述激光束的偏转部分。


3.根据权利要求2所述的激光束对准系统，其中，所述表面图案是由所述反射镜表面上的多个凹痕形成的图案。


4.根据权利要求3所述的激光束对准系统，其中，所述表面图案是对称的。


5.根据权利要求1所述的激光束对准系统，其中，所述激光束是高功率激光束。


6.根据权利要求5所述的激光束对准系统，其中，所述高功率激光束是红外激光束。


7.根据权利要求1所述的激光束对准系统，其中，所述激光束是低功率激光束。


8.根据权利要求1所述的激光束对准系统，其中，所述至少一个检测器包括摄像机，所述摄像机用于捕获所述激光束的偏转部分，以及用于基于所述激光束的偏转部分来检测所述激光束在所述反射镜表面上的位置。


9.根据权利要求8所述的激光束对准系统，其中，所述摄像机是红外摄像机和/或可见光波长摄像机。


10.根据权利要求1所述的激光束对准系统，其中，所述至少一个检测器包括：
第一检测器，配置为检测来自所述反射镜的低功率激光束的偏转部分；以及
第二检测器，配置为在所述低功率激光束的位置已被控制之后检测高功率激光束的偏转部分。


11.根据权利要求1所述的激光束对准系统，其中，所述至少一个反射镜包括以级联配置放置的多个反射镜；以及
所述至少一个检测器包括多个检测器，
其中，至少一个检测器对应于每个反射镜。


12.激光束对准方法，包括以下步骤：
a)从...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯坦利·L·雷姆，克雷格·T·沃尔特斯，威廉·C·弗兰尼根，
申请(专利权)人：美国西南研究院，
类型：发明
国别省市：美国;US