一种基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法技术

本发明专利技术涉及一种基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法，1，校准垂直相机坐标系；2，校准水平相机坐标系；3，对两个坐标系进行对准；4，测量激光器的光功率，形成标准光功率值表；5，测量积分球转换的电流值，形成测量电流值表；6，拟合测量电流值表与标准功率值表的线性关系，并存储；7，确定激光器出光口的中心位置；8，调整光纤的位置并获取最大测量电流值处光纤所处的位置，完成耦合过程。在激光器光纤耦合的过程中，实现光纤和激光器相对位置的自行调节，以保证光纤可以顺利的与激光器内的发光中心对位，进行高精度的耦合，避免光纤与激光器碰撞，有效避免大功率下直接大范围耦合，损毁光纤，提高耦合效率，且降低成本。且降低成本。且降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法


[0001]本专利技术涉及光纤激光器耦合封装
，具体涉及一种基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法。

技术介绍

[0002]随着激光切割和高速光模块等产品的广泛应用，高功率激光器得到了巨大的发展。高功率的光纤耦合技术，通常使用多光源阵列和空间合束技术，将多个光源耦合进入一根光纤中。目前的耦合技术多采用有源光纤对准方式，在光纤出光端链接功率计进行检测，通过手动调节六维光学平台，将激光光源与光纤进行耦合。由于汇聚光斑位置不定，光纤端面仅有62.5微米直径的有效接收面积以及0.22数值孔径，将激光光束耦合进光纤的过程中寻找耦合点存在极大的困难。目前无有效工具可以直接观察汇聚点所在位置以调节光纤进行耦合。传统的高功率激光器多采用人工耦合的方式，多个电流点耦合结束，常常需要耗费大量的时间，劳动强度大，耦合的良品率也很难保证。同时，由于激光器发射端出光功率很高，光纤位置略有不准，极易被击穿烧毁。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术的不足，本专利技术提出一种耦合精度高及耦合速度快的基于视觉引导与有源模式相结合的渐进式模式搜索耦合方法。
[0004]本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法，应用于光纤耦合装置，所述光纤耦合装置包括激光器、用于固定激光器的固定底座、位于固定底座上方的垂直相机、光纤、光纤夹持组件以及位于光纤夹持组件处的水平相机，所述方法的步骤为，
[0005]步骤1，通过垂直相机对固定底座拍照，校准固定底座与垂直相机的相对位置，形成垂直相机坐标系；
[0006]步骤2，通过水平相机对固定底座标定板拍照，并利用图像处理标定技术进行水平相机标定，形成水平相机坐标系；
[0007]步骤3，对所述激光器所在的垂直相机坐标系与所述光纤夹持组件所在的水平相机坐标系进行对准；
[0008]步骤4，利用标准光功率计测量所述激光器的光功率，并记录形成标准光功率值表；
[0009]步骤5，利用积分球将激光器发出的光束转换为电流值，并记录形成测量电流值表；
[0010]步骤6，利用最小二乘法拟合所述测量电流值表与标准功率值表的线性关系，将得到的拟合参数预存至耦合控制软件中；
[0011]步骤7，通过水平相机对激光器的出光口进行拍照，确定激光器出光口的中心位置；
[0012]步骤8，将光纤的入光端接入激光器的出光口，将光纤的出光端接入积分球的入光口，调整光纤的位置并获取最大测量电流值处光纤所处的位置，完成耦合过程。
[0013]进一步具体的，在步骤1中所述固定底座上设置有标定线，所述垂直相机对标定线进行拍照定位，对所述垂直相机坐标系进行标定。
[0014]进一步具体的，在步骤2中所述固定底板上设置有标定板，所述光纤夹持组件上设置标定针，所述水平相机进行拍照标定板定位，标定针与标定板精确对位，计算标定板与标定针的相对位置，对所述水平相机坐标系进行标定。
[0015]进一步具体的，步骤S3中对准方法为，
[0016]固定激光器使其出光口朝向所述光纤夹持组件方向；
[0017]调整光纤夹持组件使得光纤的入光端对准激光器的出光口，获取所述光纤与激光器出光口中心的相对位置；
[0018]记录此时所述光纤夹持组件的位置，并将该位置作为步骤8中耦合的初始位置。
[0019]进一步具体的，步骤4中将激光器固定于固定底座上并通电，利用标准光功率计测量所述激光器的光功率，控制激光器的电流值从小到大变化，分别采集至少3个不同电流值所对应激光器的光功率并将该光功率设为标准光功率值，并记录形成标准光功率值表。
[0020]进一步具体的，步骤5中利用积分球接收激光器所发射的光束，并将积分球发出的光束通过光电转换的方式转换为电流值，控制激光器的电流值从小到大变化，分别采集至少3个不同电流值对应积分球发出光束转换为的电流值并将该电流值设为测量电流值，并记录形成测量电流值表。
[0021]进一步具体的，步骤S7中首先确定实际物理坐标系，之后对水平相机拍照所获取的图像进行处理，确定激光器出光口中心位置在水平相机坐标系内的坐标，将中心位置从水平相机坐标系向实际物理坐标系进行转换，确定该中心位置的实际物理坐标。
[0022]进一步具体的，步骤8中“调整光纤的位置并获取最大测量电流值处光纤所处的位置”的方法为，
[0023]首先确定以X、Y、Z为轴的实际物理坐标系；
[0024]设置第一测量电流值，并以该电流值为最小电流值；
[0025]以试探法粗调所述光纤在Y轴的坐标位置，寻找Y轴最大耦合效率点范围；
[0026]以Y轴最大耦合效率点范围为基础在X轴、Z轴上以模式搜索法分别粗调所述光纤的坐标位置，寻找到实际物理坐标系的最大耦合效率点范围；
[0027]以实际物理坐标系的最大耦合效率点范围为基础，以模式搜索法分别微调所述光纤在Y轴、Z轴的坐标位置，寻找到Y轴、Z轴的最大耦合效率点位置；
[0028]以Y轴、Z轴的最大耦合效率点位置为基础，以试探法微调所述光纤X轴的坐标位置，寻找到第一测量电流值对应的实际物理坐标系的最大耦合效率点的坐标位置；
[0029]依序设置第二测量电流值至最大测量电流值，循环执行以下操作，
[0030]以上一个测量电流值获得的实际物理坐标系的最大耦合效率点的坐标位置为基础，以试探法微调所述光纤在X轴的坐标位置，寻找到X轴的最大耦合效率点的坐标位置；
[0031]以X轴的最大耦合效率点的坐标位置为基础，以模式搜索法分别微调所述光纤在Y轴、Z轴的坐标位置，寻找到此次测量电流值对应的实际物理坐标系的最大耦合效率点的坐标位置；
[0032]根据最大测量电流值对应的实际物理坐标系的最大耦合效率点的耦合效率，确定最佳耦合位置，所述光纤组件移动至最佳耦合位置完成耦合。
[0033]进一步具体的，所述“根据最大测量电流值对应的实际物理坐标系的最大耦合效率点的耦合效率，确定最佳耦合位置”的方法为，
[0034]以最大测量电流值对应的实际物理坐标位置为基础，以试探法调整所述光纤在Y轴的坐标位置，寻找到Y轴方向上的最大光功率值的坐标位置与光功率；
[0035]以Y轴方向上的最大光功率值的坐标位置为基础，以模式搜索法调整所述光纤在X轴、Z轴的坐标位置，寻找到X轴、Z轴方向上的最大光功率值的坐标位置与光功率P
xyz
；
[0036]根据公式计算耦合效率，公式为其中，P
t
为最大测量电流值对应的标准光功率值；
[0037]判断耦合效率η是否大于预设耦合效率阈值，若是则该处坐标位置为最佳耦合位置，若否则耦合失败继续以上述方式再次寻找。
[0038]本专利技术的有益效果是：利用固定底座上方垂直相机系统与光纤夹持组件水平相机系统的配合，以及积分球测量系统的使用，在激光器光纤耦合的过程中，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法，应用于光纤耦合装置，所述光纤耦合装置包括激光器、用于固定激光器的固定底座、位于固定底座上方的垂直相机、光纤、光纤夹持组件以及位于光纤夹持组件处的水平相机，其特征在于，所述方法的步骤为，步骤1，通过垂直相机对固定底座拍照，校准固定底座与垂直相机的相对位置，形成垂直相机坐标系；步骤2，通过水平相机对固定底座标定板拍照，并利用图像处理标定技术进行水平相机标定，形成水平相机坐标系；步骤3，对所述激光器所在的垂直相机坐标系与所述光纤夹持组件所在的水平相机坐标系进行对准；步骤4，利用标准光功率计测量所述激光器的光功率，并记录形成标准光功率值表；步骤5，利用积分球将激光器发出的光束转换为电流值，并记录形成测量电流值表；步骤6，利用最小二乘法拟合所述测量电流值表与标准功率值表的线性关系，将得到的拟合参数预存至耦合控制软件中；步骤7，通过水平相机对激光器的出光口进行拍照，确定激光器出光口的中心位置；步骤8，将光纤的入光端接入激光器的出光口，将光纤的出光端接入积分球的入光口，调整光纤的位置并获取最大测量电流值处光纤所处的位置，完成耦合过程。2.根据权利要求1所述的基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法，其特征在于，在步骤1中所述固定底座上设置有标定线，所述垂直相机对标定线进行拍照定位，对所述垂直相机坐标系进行标定。3.根据权利要求2所述的基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法，其特征在于，在步骤2中所述固定底板上设置有标定板，所述光纤夹持组件上设置标定针，所述水平相机进行拍照标定板定位，标定针与标定板精确对位，计算标定板与标定针的相对位置，对所述水平相机坐标系进行标定。4.根据权利要求1所述的基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法，其特征在于，步骤S3中对准方法为，固定激光器使其出光口朝向所述光纤夹持组件方向；调整光纤夹持组件使得光纤的入光端对准激光器的出光口，获取所述光纤与激光器出光口中心的相对位置；记录此时所述光纤夹持组件的位置，并将该位置作为步骤8中耦合的初始位置。5.根据权利要求1所述的基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法，其特征在于，步骤4中将激光器固定于固定底座上并通电，利用标准光功率计测量所述激光器的光功率，控制激光器的电流值从小到大变化，分别采集至少3个不同电流值所对应激光器的光功率并将该光功率设为标准光功率值，并记录形成标准光功率值表。6.根据权利要求1所述的基于视觉引导与有源模式的渐进式模式搜索耦合方法，其特征在于，步骤5中利用积分球接收激光器所发射的光束，并将积分球发出的光束通过光电转换的方式转换为电流值，控制激光器的电流值从小到大变化，分别采集至少3个不同电流值对应积分球发出...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱春雷，马莉莹，
申请(专利权)人：苏州格拉尼视觉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：