本发明专利技术公开了一种道威棱镜旋切系统的快速对准调节装置及方法。该装置包括依次设置于入射激光光束光路上的双振镜组调制单元、道威棱镜旋转单元、CCD可视单元和聚焦单元，以及分别与各单元相连的控制器；双振镜组调制单元包括X1振镜、X2振镜、Y1振镜和Y2振镜，分别调节激光光束在X方向和Y方向的位置平移和角度偏转；道威棱镜旋转单元将静态激光光束调节为动态出射光；CCD可视单元对待加工工件的加工平面进行观察，获取光斑运动轨迹；聚焦单元用于将进入的激光光束聚焦至待加工工件进行加工；控制器根据光斑运动轨迹控制双振镜组调制单元中振镜的角度。实现了对道威棱镜入射光束的自动校准。动校准。动校准。
【技术实现步骤摘要】
一种道威棱镜旋切系统的快速对准调节装置及方法
[0001]本专利技术属于激光加工
，更具体地，涉及一种道威棱镜旋切系统的快速对准调节装置及方法。
技术介绍
[0002]微小孔在各个工业领域中有广泛应用，例如航天工业中涡轮发动机的气膜冷却孔、汽车发动机里面的喷油嘴孔等，在现今加工方法中，激光旋切加工以其加工效率高、重复性好、加工质量好逐渐成为圆形微孔加工的主流，而基于道威棱镜的旋切装置是圆孔加工的发展方向，但道威棱镜使用条件苛刻，基于道威棱镜的旋切系统对道威棱镜旋转装置前的入射激光光束的位置及方向有严格的校对要求，否则无法正常用于微圆孔加工。
[0003]通常采用一组振镜对入射激光光束进行控制，将激光聚焦光斑与机械轴心的距离转换为两个振镜所需要成的角度，控制两个振镜进行相应的角度调节，精准控制激光束聚焦在预设位置进行打孔。其中，两个振镜相互补偿，第二振镜单元用于补偿第一振镜单元造成的激光光束的角度。
[0004]但是，具有双振镜单元的道威棱镜组合的旋切系统存在无法自动补偿角度偏转误差和位置平移误差的问题，双振镜只能在一个平面内对光束的位置和角度进行调节，而对于三维意义上的位置和角度的误差无法调节，当入射进系统的激光光束与机械轴线没有重合时就会产生小孔加工孔径不对，锥度无法控制的问题。
技术实现思路
[0005]针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种道威棱镜旋切系统的快速对准调节装置及方法，根据光束位置及指向数据使用双振镜组调制单元对其进行调节，完成道威棱镜入射光束的自动校准，旨在解决具有双振镜单元的道威棱镜组合的旋切系统存在无法自动补偿角度偏转误差和位置平移误差，引起的小孔加工孔径不对，锥度无法控制的问题。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种道威棱镜旋切系统的快速对准调节装置，包括依次设置于入射激光光束光路上的双振镜组调制单元、道威棱镜旋转单元、CCD可视单元和聚焦单元，以及分别与各单元相连的控制器；
[0007]所述双振镜组调制单元包括一组控制X方向光束调节的X1振镜和X2振镜，以及一组控制Y方向的光束调节的Y1振镜和Y2振镜，分别用于调节激光光束在X方向和Y方向的位置平移和角度偏转，以使激光光束与所述道威棱镜旋转单元的机械轴线重合；
[0008]所述道威棱镜旋转单元用于将经过所述双振镜组调制单元的静态激光光束调节成以圆形轨迹运动的动态出射光；
[0009]所述CCD可视单元包括CCD相机和半透半反镜，所述半透半反镜用于将经过所述道威棱镜旋转单元的出射光反射进入所述聚焦单元；所述CCD相机用于通过所述半透半反镜对所述待加工工件的加工平面进行观察，获取光斑运动轨迹；
[0010]所述聚焦单元用于将进入的激光光束聚焦至待加工工件进行加工；
[0011]所述控制器用于根据所述光斑运动轨迹控制所述双振镜组调制单元中振镜的角度。
[0012]可选的，所述X1振镜和X2振镜对光束的调节在X方向上相互补偿；所述X1振镜和X2振镜依次将所述激光光束的传播方向在X方向调节第一角度，用于调节所述激光光束在X方向的位置平移；所述X2振镜将所述激光光束的传播方向在X方向调节第二角度，用于调节所述激光光束在X方向的角度偏转。
[0013]可选的，所述Y1振镜和Y2振镜对光束的调节在Y方向上相互补偿；所述Y1振镜和Y2振镜依次将所述激光光束的传播方向在Y方向调节第一角度，用于调节所述激光光束在Y方向的位置平移；所述Y2振镜将所述激光光束的传播方向在Y方向调节第二角度，用于调节所述激光光束在Y方向的角度偏转。
[0014]可选的，所述道威棱镜旋转单元包括道威棱镜及带动其旋转的机械组件，所述机械组件包括机械套筒及电机，所述道威棱镜设置在所述机械套筒内部，且与所述机械套筒固定连接，所述道威棱镜中心轴线与所述机械组件的轴线之间存在预设夹角及预设平移间距，所述电机带动所述机械套筒转动。
[0015]可选的，所述CCD相机的焦点可调，所述CCD相机还用于观察获取焦点改变后的光斑运动轨迹。
[0016]第二方面，本专利技术还提供了一种道威棱镜旋切系统的快速对准调节方法，应用于如第一方面中任一所述的道威棱镜旋切系统的快速对准调节装置，包括：
[0017]通过所述CCD可视单元获取在待加工工件的加工平面上的光斑运动轨迹；
[0018]根据所述光斑运动轨迹计算进入所述道威棱镜旋转单元的入射激光光束与目标位置和目标角度的位置平移误差及角度偏转误差；
[0019]通过调节所述X1振镜和X2振镜的角度，调节所述激光光束在X方向上的位置平移误差和角度偏转误差；通过调节所述Y1振镜和Y2振镜的角度，调节所述激光光束在Y方向上的位置平移误差和角度偏转误差。
[0020]可选的，所述通过所述CCD可视单元获取在待加工工件的加工平面上的光斑运动轨迹，包括：
[0021]获取激光光束在激光聚焦系统焦平面的第一光斑运动轨迹；
[0022]调节所示CCD可视单元的焦点位置，在距离激光聚焦系统焦平面1mm处观察激光光束的第二光斑运动轨迹。
[0023]可选的，所述根据所述光斑运动轨迹计算进入所述道威棱镜旋转单元的入射激光光束与目标位置和目标角度的位置平移误差及角度偏转误差，包括：
[0024]根据所述第一光斑运动轨迹的第一光斑坐标(x
j
,y
j
)计算光斑与焦平面原点之间的距离D
j
；
[0025]当距离时，计算得到在X方向，入射激光光束与机械轴线之间的角度误差在Y方向，入射激光光束与机械轴线之间的角度误差其中，f为聚焦单元的焦距；
[0026]计算所述第二光斑运动轨迹的第二光斑坐标(x
low
,y
low
)与所述第一光斑坐标(x
j
,y
j
)在焦平面的投影距离Δx和Δy；
[0027]当或时，计算在X方向的位置平移误差d
ex
＝f(x
low
‑
x
j
)
‑
x
j
，计算在Y方向的位置平移误差d
ey
＝f(y
low
‑
y
j
)
‑
y
j
。
[0028]可选的，所述通过调节所述X1振镜和X2振镜调节所述激光光束在X方向上的位置平移误差和角度偏转误差；通过调节所述Y1振镜和Y2振镜调节所述激光光束在Y方向上的位置平移误差和角度偏转误差，包括：
[0029]控制所述X1振镜和X2振镜在X方向调节第一角度用以补偿所述激光光束在X方向的位置平移误差；其中，X1振镜与X2振镜之间的距离为L
x
；
[0030]控制所述X2振镜在X方向调节第二角度φ
x2
＝
‑
(φ
x1
+θ
ex...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种道威棱镜旋切系统的快速对准调节装置，其特征在于，包括依次设置于入射激光光束光路上的双振镜组调制单元、道威棱镜旋转单元、CCD可视单元和聚焦单元，以及分别与各单元相连的控制器；所述双振镜组调制单元包括一组控制X方向光束调节的X1振镜和X2振镜，以及一组控制Y方向的光束调节的Y1振镜和Y2振镜，分别用于调节激光光束在X方向和Y方向的位置平移和角度偏转，以使激光光束与所述道威棱镜旋转单元的机械轴线重合；所述道威棱镜旋转单元用于将经过所述双振镜组调制单元的静态激光光束调节成以圆形轨迹运动的动态出射光；所述CCD可视单元包括CCD相机和半透半反镜，所述半透半反镜用于将经过所述道威棱镜旋转单元的出射光反射进入所述聚焦单元；所述CCD相机用于通过所述半透半反镜对所述待加工工件的加工平面进行观察，获取光斑运动轨迹；所述聚焦单元用于将进入的激光光束聚焦至待加工工件进行加工；所述控制器用于根据所述光斑运动轨迹控制所述双振镜组调制单元中振镜的角度。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述X1振镜和X2振镜对光束的调节在X方向上相互补偿；所述X1振镜和X2振镜依次将所述激光光束的传播方向在X方向调节第一角度，用于调节所述激光光束在X方向的位置平移；所述X2振镜将所述激光光束的传播方向在X方向调节第二角度，用于调节所述激光光束在X方向的角度偏转。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述Y1振镜和Y2振镜对光束的调节在Y方向上相互补偿；所述Y1振镜和Y2振镜依次将所述激光光束的传播方向在Y方向调节第一角度，用于调节所述激光光束在Y方向的位置平移；所述Y2振镜将所述激光光束的传播方向在Y方向调节第二角度，用于调节所述激光光束在Y方向的角度偏转。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述道威棱镜旋转单元包括道威棱镜及带动其旋转的机械组件，所述机械组件包括机械套筒及电机，所述道威棱镜设置在所述机械套筒内部，且与所述机械套筒固定连接，所述道威棱镜中心轴线与所述机械组件的轴线之间存在预设夹角及预设平移间距，所述电机带动所述机械套筒转动。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述CCD相机的焦点可调，所述CCD相机还用于观察获取焦点改变后的光斑运动轨迹。6.一种道威棱镜旋切系统的快速对准调节方法，应用于如权利要求1
‑
5中任一所述的道威棱镜旋切系统的快速对准调节装置，其特征在于，包括：通过所述CCD可视单元获取在待加工工件的加工平面上的光斑运动轨迹；根据所述光斑运动轨迹计算进入所述道威棱镜旋转单元的入射激光光束与目标位置和目标角度的位置平移误差及角度偏转误差；通过调节所述X1振镜和X2振镜的角度，调节所述激光光束在X方向上的位置平移误差和角度偏转误差；通过调节所述Y1振镜和Y2振镜的角度，调节所述激光光束在Y方向上的位置平移误差和角度偏转误差。7.如权利要求6...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦庆全，秦应雄，龙宙，李波，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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