[发明专利]调节激光光斑大小与靶材定位的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调节激光光斑大小与靶材定位的装置及其方法，用于各种脉冲激光器确定光斑大小、各种不同厚度不同形状的靶材定位。

背景技术

光斑大小即直径是激光加工中的重要参数。对激光光斑的测量一般有套孔法、刀口法、CCD法。这些方法在国军标GJB5441-2005中都规定了测量的方法。但在实际应用中，这些方法都存在很多缺陷。套孔法主要针对的是光斑为圆形或者能提前预测大致形状且光场对称分布的光斑，这在使用上受到很大的限制。刀口法具有很强的光斑形状适应能力，但光路调节较为复杂而且测试精度不高。CCD法主要是利用电荷耦合器对所能响应波长的光子进行光电转换，并通过软件处理后在计算机上将光斑特性显示出来，但CCD作为光电转换器件具有一定的相应波长，对于相应波长外的激光并不能进行成像，测试过程中可能需要多套CCD探测器，价格过于昂贵。针对上述的方法以及缺点，可以进行相应的改造。例如专利CN103411534公开了一种测量光斑大小的方法和装置，对刀口法进行了改进，简化光斑测量时对光路的调整，但是操作繁琐，仪器受环境的影响较大。专利CN102670304公开了一种长脉冲激光光斑大小调节方法及装置，采用设置有若干透镜通孔的透镜切换转筒来测量调整光斑大小，但是此专利是由控制透镜通孔内焦距不同的透镜来实现的，具有专用性的特点，适用性不广。专利CN103676159公开了一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，采用微透镜阵列、非球面镜、空间滤波小孔等装置进行调节光斑大小，但是此专利调节范围不广，附加装置多而繁琐，整体工作效率不高。现在实验中对靶材的定位方法一般采用分光形成可见光定位的形式或者直接安装He-Ne激光器，采用小能量可见光作用在光斑处，但此方法存在缺点，如可见光有一定的光斑尺寸导致在定位过程中定位不准确。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种调节激光光斑大小与靶材定位的装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

调节激光光斑大小与靶材定位的装置，特点是：包括激光器、光电传感器、光路系统、相纸、夹具、升降台、X-Y运动工作台、多螺纹孔底座、伺服电机和工控机，用于夹持相纸的夹具置于升降台上，升降台安装于X-Y运动工作台上，X-Y运动工作台位于多螺纹孔工作台底座上，伺服电机与X-Y运动工作台和升降台驱动连接，激光器的输出光路上设置光路系统，光路系统的输出端正对于夹具所夹持的相纸，激光器的光路输出端还布置有用于接收光信号的光电传感器，光电传感器连接至工控机，工控机与伺服电机控制连接。

进一步地，上述的调节激光光斑大小与靶材定位的装置，其中，所述激光器为脉冲激光器，与工控机相连。

更进一步地，上述的调节激光光斑大小与靶材定位的装置，其中，所述相纸上具有聚丙烯薄膜。

更进一步地，上述的调节激光光斑大小与靶材定位的装置，其中，所述薄膜厚度为200um。

更进一步地，上述的调节激光光斑大小与靶材定位的装置，其中，所述光路系统包括激光准直系统以及与其相衔接的透镜聚焦系统。

本发明调节激光光斑大小与靶材定位的方法，采用逐级逼近法，通过控制X-Y运动工作台与升降台的定速移动，使激光冲击波作用在相纸上形成一系列离散的光斑，通过精密测量与微细调节，得到所要的激光光斑尺寸，通过在相纸表层透明薄膜上标记光斑以定位靶材。

再进一步地，上述的调节激光光斑大小与靶材定位的方法，其中，脉冲激光冲击前，通过调节夹具高度使相纸高度与靶材的厚度相当，撤去靶材；

脉冲激光冲击并在相纸上得到一系列的离散斑点，通过游标卡尺测量，得到激光光斑尺寸，对比确定所需光斑的所在范围，采用逐级逼近的方法，调节升降台返回步位以及速度，再次冲击，如若光斑尺寸仍有偏差，继续前述步骤，直至光斑尺寸达到要求；

得到所需光斑后，在相纸的透明薄膜上用笔标志出光斑轮廓，撤去相纸，并将夹具固定在多螺纹孔工作台底座上，调节X-Y运动工作台，放上靶材，使冲击点与薄膜上的标记相重合，达到定位要求。

再进一步地，上述的调节激光光斑大小与靶材定位的方法，其中，所述离散斑点的轨迹为弓字形、S形或直线形。

再进一步地，上述的调节激光光斑大小与靶材定位的方法，其中，激光冲击前，根据靶材的高度合理放置夹具、相纸，调节好X-Y运动工作台与升降台的位置；