一種激光聲光掃描裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及激光掃描及檢測應(yīng)用領(lǐng)域，具體的說是一種激光聲光掃描裝置。本實(shí)用新型摒棄了傳統(tǒng)激光掃描的機(jī)械式激光偏轉(zhuǎn)方式，采用聲光偏轉(zhuǎn)技術(shù)使激光束在5o*5oX?Y平面范圍內(nèi)精確定位掃描（200~1000）*（200~1000）個(gè)點(diǎn)，然后接收各點(diǎn)的反射信號(hào)，經(jīng)軟件系統(tǒng)處理獲得所需距離，動(dòng)態(tài)圖形變化等物理量檢測結(jié)果。本實(shí)用新型檢測速度快，用途廣，檢測過程無任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】
一種激光聲光掃描裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及激光掃描及檢測應(yīng)用領(lǐng)域，具體的說是一種激光聲光掃描裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光掃描作為激光應(yīng)用中光傳輸是非常普遍的：如圖1所示，激光標(biāo)記采用振鏡的 運(yùn)動(dòng)將激光傳輸?shù)奖粯?biāo)記的工件上(與大多數(shù)激光加工過程相同）;激光通信通過轉(zhuǎn)動(dòng)的鏡 片將信號(hào)發(fā)射出去或接收回來;傳統(tǒng)的激光掃描均是通過運(yùn)動(dòng)的反射鏡進(jìn)行的，換言之都 要通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
[0003] 由于機(jī)械本身是有重量的，機(jī)械運(yùn)動(dòng)就有慣性問題。當(dāng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)改變方向時(shí)就需 要一個(gè)減速-停止-加速-減速-停止的過程。機(jī)械式光束偏轉(zhuǎn)傳輸若要實(shí)現(xiàn)快速改變方向， 只有提高加速度;有限且機(jī)械要承受極大的沖擊力，這會(huì)極大縮短機(jī)械的使用壽命。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種激光聲光掃描方法及其裝置，速 度快，用途廣，檢測過程無任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型提供的方案是:一種激光聲光掃描方法，包括如 下步驟。
[0006] 步驟一，選用M2<1.2的脈沖激光器產(chǎn)生激光，其中M2是光束質(zhì)量因子。
[0007] 步驟二，將激光束通過聲光偏轉(zhuǎn)器進(jìn)行兩級(jí)光束偏轉(zhuǎn)。
[0008] 步驟三，在垂直激光束照射方向M平面X軸上激光束兩側(cè)± 2.5 °范圍，由第一控制 器給定200~1000個(gè)超聲波頻率值到第一聲光偏轉(zhuǎn)器來改變聲光介質(zhì)對(duì)激光的偏轉(zhuǎn)角度，獲 得相對(duì)應(yīng)的200~1000個(gè)激光照射點(diǎn)。
[0009] 步驟四，在近距離處校準(zhǔn)M平面X軸上200~1000個(gè)激光照射點(diǎn)之間的間距，使距離 相等。
[0010]步驟五，在垂直激光束照射方向M平面Y軸上激光束上下±2.5°范圍，按照步驟三、 步驟四的方式由第二控制器給定200~1000個(gè)超聲波頻率值到第二聲光偏轉(zhuǎn)器來改變聲光 介質(zhì)對(duì)激光的偏轉(zhuǎn)角度并校準(zhǔn)，即得到5 °*5 ° X-Y平面范圍內(nèi)（200~1000M200~1000)個(gè)激 光束精確定位掃描點(diǎn)。
[0011] 而且，接收5 °*5 ° X-Y平面范圍內(nèi)（200~1000M200~1000)個(gè)激光束精確定位掃描 點(diǎn)的反射信號(hào)，通過測量各掃描點(diǎn)反饋的時(shí)間并結(jié)合光速的恒定值計(jì)算獲得掃描范圍內(nèi)各 掃描點(diǎn)與激光發(fā)射處的距離，最后通過軟件建模形成物理量測量結(jié)果。
[0012] 而且，在測量時(shí)間段持續(xù)定位掃描、接收反射信號(hào)，通過測量單位時(shí)間節(jié)點(diǎn)各掃描 點(diǎn)反饋的時(shí)間并結(jié)合光速的恒定值計(jì)算獲得掃描范圍內(nèi)各掃描點(diǎn)與激光發(fā)射處的距離，通 過軟件建模形成單位時(shí)間節(jié)點(diǎn)的物理量測量結(jié)果，將各單位時(shí)間節(jié)點(diǎn)的物理量測量結(jié)果匯 總后，得到測量時(shí)間段內(nèi)的動(dòng)態(tài)圖形變化等物理量檢測結(jié)果。
[0013] 本實(shí)用新型還提供應(yīng)用前述一種激光聲光掃描方法的裝置，包括激光器、聲光偏 轉(zhuǎn)器、控制器、掃描點(diǎn)校正單元、激光發(fā)射信號(hào)監(jiān)測與反射信號(hào)接收分析處理單元、顯示器 及主控機(jī)，其中激光器、控制器、掃描點(diǎn)校正單元、激光發(fā)射信號(hào)監(jiān)測與反射信號(hào)接收分析 處理單元均與主控機(jī)信號(hào)聯(lián)接，顯示器顯示主控機(jī)計(jì)算處理后的結(jié)果;所述聲光偏轉(zhuǎn)器和 控制器各有兩個(gè)，分別為由第一控制器控制的第一聲光偏轉(zhuǎn)器，由第二控制器控制的第二 聲光偏轉(zhuǎn)器，第一聲光偏轉(zhuǎn)器和第二聲光偏轉(zhuǎn)器均垂直于激光器發(fā)出的激光光束，且相互 間正交布置。
[0014] 而且，第一控制器控制第一聲光偏轉(zhuǎn)器使激光束在5°范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)200~1000個(gè)不同 的角度，第二控制器控制第二聲光偏轉(zhuǎn)器使激光束在5°范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)200~1000個(gè)不同的角 度;掃描點(diǎn)校正單元使激光束偏轉(zhuǎn)的200~1000個(gè)照射點(diǎn)相鄰點(diǎn)間水平或垂直距離相等。 [0015]而且，激光發(fā)射信號(hào)監(jiān)測與反射信號(hào)分析處理單元監(jiān)測記錄激光發(fā)射信號(hào)的特 征，接收反射信號(hào)，分析處理得出相應(yīng)的物理量。
[0016] 本實(shí)用新型摒棄了傳統(tǒng)激光掃描的機(jī)械式激光偏轉(zhuǎn)方式，采用聲光偏轉(zhuǎn)技術(shù)使激 光束在5 °*5 °X-Y平面范圍內(nèi)精確定位掃描200~1000*200~1000個(gè)點(diǎn)，速度快，用途廣，檢測 過程無任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
【附圖說明】
[0017] 圖1是傳統(tǒng)激光標(biāo)記加工示意圖。
[0018] 圖2是本實(shí)用新型激光聲光掃描方法原理圖。
[0019]圖3是聲光偏轉(zhuǎn)器的工作原理圖。
[0020]圖4是本實(shí)用新型激光聲光掃描裝置的工作原理圖。
[0021 ]圖5是本實(shí)用新型激光聲光掃描裝置的工作時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0023] 聲光調(diào)制技術(shù)已普遍應(yīng)用在連續(xù)激光器中，以提高中小型連續(xù)激光器的瞬時(shí)功 率，此技術(shù)稱為聲光調(diào)Q;聲光偏轉(zhuǎn)則是利用聲光相互作用來控制激光束傳播方向；二者的 原理都是聲光衍射效應(yīng)。
[0024] 本實(shí)施例提供一種激光聲光掃描方法，如圖2所示，包括如下步驟。
[0025] 步驟一，選用M2< 1.2的脈沖激光器產(chǎn)生激光，其中M2是光束質(zhì)量因子。
[0026]步驟二，將激光束通過聲光偏轉(zhuǎn)器進(jìn)行兩級(jí)光束偏轉(zhuǎn)。
[0027]步驟三，在垂直激光束照射方向M平面X軸上激光束兩側(cè)± 2.5 °范圍，由第一控制 器給定200~1000個(gè)超聲波頻率值到第一聲光偏轉(zhuǎn)器來改變聲光介質(zhì)對(duì)激光的偏轉(zhuǎn)角度，獲 得相對(duì)應(yīng)的200~1000個(gè)激光照射點(diǎn)。
[0028] 步驟四，在近距離處校準(zhǔn)M平面X軸上200~1000個(gè)激光照射點(diǎn)之間的間距，使距離 相等。
[0029]步驟五，在垂直激光束照射方向M平面Y軸上激光束上下±2.5°范圍，按照步驟三、 步驟四的方式由第二控制器給定200~1000個(gè)超聲波頻率值到第二聲光偏轉(zhuǎn)器來改變聲光 介質(zhì)對(duì)激光的偏轉(zhuǎn)角度并校準(zhǔn)，即得到5 °*5 ° X-Y平面范圍內(nèi)（200~1000Μ200~1000)個(gè)激 光束精確定位掃描點(diǎn)。
[0030] 進(jìn)一步的，接收5。*5。乂-￥平面范圍內(nèi)（200~1000)*(200~1000)個(gè)激光束精確定位 掃描點(diǎn)的反射信號(hào)，通過測量各掃描點(diǎn)反饋的時(shí)間并結(jié)合光速的恒定值計(jì)算獲得掃描范圍 內(nèi)各掃描點(diǎn)與激光發(fā)射處的距離，最后通過軟件建模形成物理量測量結(jié)果。
[0031] 進(jìn)一步的，在測量時(shí)間段持續(xù)定位掃描、接收反射信號(hào)，通過測量單位時(shí)間節(jié)點(diǎn)各 掃描點(diǎn)反饋的時(shí)間并結(jié)合光速的恒定值計(jì)算獲得掃描范圍內(nèi)各掃描點(diǎn)與激光發(fā)射處的距 離，通過軟件建模形成單位時(shí)間節(jié)點(diǎn)的物理量測量結(jié)果，將各單位時(shí)間節(jié)點(diǎn)的物理量測量 結(jié)果匯總后，得到測量時(shí)間段內(nèi)的動(dòng)態(tài)圖形變化等物理量檢測結(jié)果。
[0032] 本實(shí)施例還提供應(yīng)用前述一種激光聲光掃描方法的裝置，包括激光器、聲光偏轉(zhuǎn) 器、控制器、掃描點(diǎn)校正單元、激光發(fā)射信號(hào)監(jiān)測與反射信號(hào)接收分析處理單元、顯示器及 主控機(jī)，其中激光器、控制器、掃描點(diǎn)校正單元、激光發(fā)射信號(hào)監(jiān)測與反射信號(hào)接收分析處 理單元均與主控機(jī)信號(hào)聯(lián)接，顯示器顯示主控機(jī)計(jì)算處理后的結(jié)果;所述聲光偏轉(zhuǎn)器和控 制器各有兩個(gè)，分別為由第一控制器控制的第一聲光偏轉(zhuǎn)器，由第二控制器控制的第二聲 光偏轉(zhuǎn)器，第一聲光偏轉(zhuǎn)器和第二聲光偏轉(zhuǎn)器均垂直于激光器發(fā)出的激光光束，且相互間 正交布置。
[0033]進(jìn)一步的，第一控制器控制第一聲光偏轉(zhuǎn)器使激光束在5°范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)200~1000個(gè) 不同的角度，第二控制器控制第二聲光偏轉(zhuǎn)器使激光束在5°范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)200~1000個(gè)不同的 角度;掃描點(diǎn)校正單元使激光束偏轉(zhuǎn)的200~1000個(gè)照射點(diǎn)相鄰點(diǎn)間水平或垂直距離相等。 [0034]進(jìn)一步的，激光發(fā)射信號(hào)監(jiān)測與反射信號(hào)分析處理單元監(jiān)測記錄激光發(fā)射信號(hào)的 特征，接收反射信號(hào)，分析處理得出相應(yīng)的物理量。
[0035]聲光偏轉(zhuǎn)器的工作原理如圖3所不，電聲轉(zhuǎn)換器加電后，將超聲波饋入聲光介質(zhì)， 聲波是疏密波，聲光介質(zhì)的折射率發(fā)生周期變化，對(duì)相對(duì)聲波方向以某一角度傳播的光波 來說，相當(dāng)于一個(gè)相位光柵。在超聲場中光波發(fā)生衍射，改變傳播方向，（這就是聲光衍射效 應(yīng)）。應(yīng)用廣泛的是布拉格衍射，入射光Ii的一部分偏離到布拉格角Ib的方向。偏角ΘΒ由布 拉格公式?jīng)Q定:2AsSin0B=A()/n=A。衍射效率Ib(L)/Ii(0) = Sin2(nL)=sin2(
)，
[0036] 式中，P為超聲功率，M為聲光介質(zhì)品質(zhì)因數(shù)，M=n6p2/pVS3. n，p，p分別表示材料的 折射率，光彈性系數(shù)和密度。L/h為電聲轉(zhuǎn)換器長寬比，λ〇為真空波長。
[0037] 聲光偏轉(zhuǎn)器通過改變聲波頻率來改變衍射光的方向，從而控制偏轉(zhuǎn)角度。
[0038] 布拉格公式：2AsSin0B=A〇/n
[0039] Sin0B=A〇/2nAs
[0040] ΘΒ布拉格角一般很小，可寫為
[0041] ΘΒ ? λ〇/2 nAs ? A〇fs/2 nVs
[0042] 衍射光與入射光的夾角(偏轉(zhuǎn)角)等于布拉格角ΘΒ的2倍
[0043] 9=A〇fs/nVs
[0044] 由上式可以看出：改變超聲波的頻率fs，就可以改變其偏轉(zhuǎn)角Θ，從而達(dá)到控制光 束傳播方向的目的。
[0045] 工作流程如圖4所示，工作時(shí)序如圖5所示。具體步驟如下：
[0046] 1開始測量；
[0047] 2點(diǎn)陣掃描裝置到1-1點(diǎn)；
[0048] 3激光器發(fā)射一個(gè)光脈沖；
[0049] 4測距，記錄；
[0050] 5點(diǎn)陣掃描裝置到1-2點(diǎn)；
[00511 6激光器發(fā)射一個(gè)光脈沖；
[0052] 7測距，記錄；
[0053] 8點(diǎn)陣掃描裝置到1-3點(diǎn)；
[0054] ···
[0055] 林1點(diǎn)陣掃描裝置到200~1000*200~1000點(diǎn)；
[0056] **2激光器發(fā)射一個(gè)光脈沖；
[0057] 林3測距，記錄；
[0058] #4形成高度圖。
[0059]相序測距是在點(diǎn)陣掃描裝置一個(gè)確定點(diǎn)的測距。FPGA記錄該點(diǎn)距離，當(dāng)200~1000 X200~1000點(diǎn)全部掃描完成后，生成點(diǎn)距數(shù)組，經(jīng)過處理可形成高度圖，獲得測量數(shù)據(jù)。用 于測距時(shí)確定測量的距離范圍后，設(shè)定激光脈沖的頻率。如果允許可作多次測量取平均值， 提高精度。
[0060] 系統(tǒng)時(shí)鐘，頻率越高，相對(duì)精度越高。用兩個(gè)雪崩光電探測器是減少激光器不穩(wěn)定 帶來的誤差。該探測器使用對(duì)管。保證性能一致。
[0061] 以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)或變形，這些改進(jìn)或 變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光聲光掃描裝置，其特征在于:包括激光器、聲光偏轉(zhuǎn)器、控制器、掃描點(diǎn)校正 單元、激光發(fā)射信號(hào)監(jiān)測與反射信號(hào)接收分析處理單元、顯示器及主控機(jī)，其中激光器、控 制器、掃描點(diǎn)校正單元、激光發(fā)射信號(hào)監(jiān)測與反射信號(hào)接收分析處理單元均與主控機(jī)信號(hào) 聯(lián)接，顯示器顯示主控機(jī)計(jì)算處理后的結(jié)果;所述聲光偏轉(zhuǎn)器和控制器各有兩個(gè)，分別為由 第一控制器控制的第一聲光偏轉(zhuǎn)器，由第二控制器控制的第二聲光偏轉(zhuǎn)器，第一聲光偏轉(zhuǎn) 器和第二聲光偏轉(zhuǎn)器均垂直于激光器發(fā)出的激光光束，且相互間正交布置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光聲光掃描裝置，其特征在于:第一控制器控制第一聲 光偏轉(zhuǎn)器使激光束在5°范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)200~1000個(gè)不同的角度，第二控制器控制第二聲光偏轉(zhuǎn) 器使激光束在5°范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)200~1000個(gè)不同的角度;掃描點(diǎn)校正單元使激光束偏轉(zhuǎn)的200~ 1000個(gè)照射點(diǎn)相鄰點(diǎn)間水平或垂直距離相等。
【文檔編號(hào)】G02F1/31GK205539857SQ201521116588
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日
【發(fā)明人】周少華, 陳橋立
【申請(qǐng)人】武漢嘉銘激光有限公司