調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，用于各種脈沖激光器確定光斑大小、各種不同厚度不同形狀的革G材定位。
【背景技術(shù)】
[0002]光斑大小即直徑是激光加工中的重要參數(shù)。對(duì)激光光斑的測(cè)量一般有套孔法、刀口法、C⑶法。這些方法在國(guó)軍標(biāo)GJB5441-2005中都規(guī)定了測(cè)量的方法。但在實(shí)際應(yīng)用中，這些方法都存在很多缺陷。套孔法主要針對(duì)的是光斑為圓形或者能提前預(yù)測(cè)大致形狀且光場(chǎng)對(duì)稱分布的光斑，這在使用上受到很大的限制。刀口法具有很強(qiáng)的光斑形狀適應(yīng)能力，但光路調(diào)節(jié)較為復(fù)雜而且測(cè)試精度不高。CCD法主要是利用電荷耦合器對(duì)所能響應(yīng)波長(zhǎng)的光子進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并通過(guò)軟件處理后在計(jì)算機(jī)上將光斑特性顯示出來(lái)，但CCD作為光電轉(zhuǎn)換器件具有一定的相應(yīng)波長(zhǎng)，對(duì)于相應(yīng)波長(zhǎng)外的激光并不能進(jìn)行成像，測(cè)試過(guò)程中可能需要多套CCD探測(cè)器，價(jià)格過(guò)于昂貴。針對(duì)上述的方法以及缺點(diǎn)，可以進(jìn)行相應(yīng)的改造。例如專利CN103411534公開(kāi)了一種測(cè)量光斑大小的方法和裝置，對(duì)刀口法進(jìn)行了改進(jìn)，簡(jiǎn)化光斑測(cè)量時(shí)對(duì)光路的調(diào)整，但是操作繁瑣，儀器受環(huán)境的影響較大。專利CN102670304公開(kāi)了一種長(zhǎng)脈沖激光光斑大小調(diào)節(jié)方法及裝置，采用設(shè)置有若干透鏡通孔的透鏡切換轉(zhuǎn)筒來(lái)測(cè)量調(diào)整光斑大小，但是此專利是由控制透鏡通孔內(nèi)焦距不同的透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具有專用性的特點(diǎn)，適用性不廣。專利CN103676159公開(kāi)了一種改善光斑形狀自動(dòng)調(diào)節(jié)光斑大小的光路系統(tǒng)，采用微透鏡陣列、非球面鏡、空間濾波小孔等裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)光斑大小，但是此專利調(diào)節(jié)范圍不廣，附加裝置多而繁瑣，整體工作效率不高?，F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中對(duì)靶材的定位方法一般采用分光形成可見(jiàn)光定位的形式或者直接安裝He-Ne激光器，采用小能量可見(jiàn)光作用在光斑處，但此方法存在缺點(diǎn)，如可見(jiàn)光有一定的光斑尺寸導(dǎo)致在定位過(guò)程中定位不準(zhǔn)確。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置。
[0004]本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0005]調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，特點(diǎn)是:包括激光器、光電傳感器、光路系統(tǒng)、相紙、夾具、升降臺(tái)、X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)、多螺紋孔底座、伺服電機(jī)和工控機(jī)，用于夾持相紙的夾具置于升降臺(tái)上，升降臺(tái)安裝于X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上，X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)位于多螺紋孔工作臺(tái)底座上，伺服電機(jī)與X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)和升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)連接，激光器的輸出光路上設(shè)置光路系統(tǒng)，光路系統(tǒng)的輸出端正對(duì)于夾具所夾持的相紙，激光器的光路輸出端還布置有用于接收光信號(hào)的光電傳感器，光電傳感器連接至工控機(jī)，工控機(jī)與伺服電機(jī)控制連接。
[0006]進(jìn)一步地，上述的調(diào)節(jié)激光光斑大小與革E材定位的裝置，其中，所述激光器為脈沖激光器，與工控機(jī)相連。
[0007]更進(jìn)一步地，上述的調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，其中，所述相紙上具有聚丙烯薄膜。
[0008]更進(jìn)一步地，上述的調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，其中，所述薄膜厚度為200umo
[0009]更進(jìn)一步地，上述的調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，其中，所述光路系統(tǒng)包括激光準(zhǔn)直系統(tǒng)以及與其相銜接的透鏡聚焦系統(tǒng)。
[0010]本實(shí)用新型技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在:
[0011]①本實(shí)用新型利用激光沖擊波作用在相紙上形成的離散斑點(diǎn)，精密測(cè)量，逐級(jí)逼近所需的光斑大??；利用薄膜來(lái)定位靶材；利用測(cè)量離散斑點(diǎn)的尺寸來(lái)逼近所需斑點(diǎn)尺寸，理論與實(shí)踐思想明確，應(yīng)用范圍極其廣泛；
[0012]②離散斑點(diǎn)的路徑由工控機(jī)控制，可以是弓字形、S形、直線形等，具體軌跡根據(jù)相紙的大小與運(yùn)行的速度來(lái)選擇，可控性強(qiáng)，相紙利用率高；
[0013]③定位方法簡(jiǎn)單快速，利用在透明薄膜上標(biāo)記，不會(huì)對(duì)靶材有傷害，也不用添加其他定位器材如He-Ne激光器，成本低，利用率高；
[0014]④測(cè)量原理清晰，夾具設(shè)計(jì)新穎，操作方便，成本低，測(cè)量結(jié)果不受外界環(huán)境的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0016]圖1:本實(shí)用新型裝置的原理示意圖；
[0017]圖2:X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)部分的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]利用相紙與覆蓋在相紙上的薄膜來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整光斑與靶材定位的功能，操作簡(jiǎn)單，成本低廉。
[0019]如圖1、圖2所示，調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，包括激光器1、光電傳感器2、光路系統(tǒng)3、相紙4、夾具5、升降臺(tái)6、X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)7、多螺紋孔底座8、伺服電機(jī)9和工控機(jī)10，激光器I為脈沖激光器，激光參數(shù)可以由工控機(jī)設(shè)置，與工控機(jī)10相連，用于夾持相紙4的夾具5置于升降臺(tái)6上，升降臺(tái)6安裝于X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)7上，X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)7位于多螺紋孔工作臺(tái)底座8上，伺服電機(jī)9與X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)8和升降臺(tái)7驅(qū)動(dòng)連接，激光器I的輸出光路上設(shè)置光路系統(tǒng)3，光路系統(tǒng)3包括激光準(zhǔn)直系統(tǒng)以及與其相銜接的透鏡聚焦系統(tǒng)，光路系統(tǒng)3的輸出端正對(duì)于夾具所夾持的相紙4，相紙4上具有聚丙烯薄膜，薄膜厚度為200um，但強(qiáng)度高不易變形，激光器I的光路輸出端還布置有用于接收光信號(hào)的光電傳感器2，光電傳感器2連接至工控機(jī)10，工控機(jī)10與伺服電機(jī)8控制連接。
[0020]夾具5可夾持在升降臺(tái)6上隨工作臺(tái)7和升降臺(tái)6 —起運(yùn)動(dòng)，也可以固定在多螺紋孔工作臺(tái)底座8上，以方便定位。
[0021]升降臺(tái)6放置于X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)7上，夾具5放置在升降臺(tái)6上，X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)7可以在X-Y平面內(nèi)沿X方向或者Y方向定速移動(dòng)，升降臺(tái)6可以沿空間Z方向定速上升或下降運(yùn)動(dòng)。速度以及軌跡可由工控機(jī)10控制。當(dāng)X方向或者Y方向上的速度較大時(shí)，斑點(diǎn)的距離相距遠(yuǎn)，當(dāng)Z方向上的速度較大時(shí)，光斑尺寸的變化幅度變大。
[0022]本實(shí)用新型調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的方法，采用逐級(jí)逼近法，通過(guò)控制X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)7與升降臺(tái)6的定速移動(dòng)，使激光沖擊波作用在相紙4上形成一系列離散的光斑，通過(guò)精密測(cè)量與微細(xì)調(diào)節(jié)，得到所要的激光光斑尺寸，通過(guò)在相紙表層透明薄膜上標(biāo)記光斑以定位革巴材。
[0023]具體流程為:激光沖擊前，根據(jù)靶材的高度合理放置夾具5、相紙4，調(diào)節(jié)好X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)7與升降臺(tái)6的位置；
[0024]激光器I輸出脈沖激光，光電傳感器2接收到光信號(hào)并反饋給工控機(jī)10，工控機(jī)10觸發(fā)伺服電機(jī)9工作，伺服電機(jī)9驅(qū)動(dòng)X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)7與升降臺(tái)6按程序協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，脈沖激光通過(guò)光路系統(tǒng)3聚焦在相紙4上得到一系列的離散斑點(diǎn)，離散斑點(diǎn)的軌跡為弓字形、S形或直線形；
[0025]游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，對(duì)比確定所需光斑的所在范圍，控制工控機(jī)10使升降臺(tái)6返回相應(yīng)的步位，調(diào)節(jié)升降臺(tái)6的速度，再次沖擊，測(cè)量微調(diào)后的光斑尺寸，如若仍有偏差，繼續(xù)采用逐級(jí)逼近的方法，直至光斑尺寸達(dá)到要求；
[0026]工控機(jī)10控制X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)7與升降臺(tái)6運(yùn)行至所需光斑尺寸位置處，在透明薄膜上用筆標(biāo)志出光斑輪廓，撤去相紙，并將夾具5固定在多螺紋孔底座8上，工控機(jī)10調(diào)節(jié)X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)7于合適的位置以便靶材的放置，升降臺(tái)6上放置靶材，使預(yù)沖擊點(diǎn)與薄膜上的標(biāo)記相重合，達(dá)到定位要求。
[0027]本實(shí)用新型利用激光沖擊波作用在相紙上形成的離散斑點(diǎn)，精密測(cè)量，逐級(jí)逼近所需的光斑大?。焕帽∧?lái)定位靶材；利用測(cè)量離散斑點(diǎn)的尺寸來(lái)逼近所需斑點(diǎn)尺寸，理論與實(shí)踐思想明確，應(yīng)用范圍極其廣泛。
[0028]離散斑點(diǎn)的路徑由工控機(jī)控制，可以是弓字形、S形、直線形等，具體軌跡根據(jù)相紙的大小與運(yùn)行的速度來(lái)選擇，可控性強(qiáng)，相紙利用率高。
[0029]定位方法簡(jiǎn)單快速，利用在透明薄膜上標(biāo)記，不會(huì)對(duì)靶材有傷害，也不用添加其他定位器材如He-Ne激光器，成本低，利用率高。
[0030]測(cè)量原理清晰，夾具設(shè)計(jì)新穎，操作方便，成本低，測(cè)量結(jié)果不受外界環(huán)境的影響。
[0031]需要理解到的是:以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，其特征在于:包括激光器、光電傳感器、光路系統(tǒng)、相紙、夾具、升降臺(tái)、X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)、多螺紋孔底座、伺服電機(jī)和工控機(jī)，用于夾持相紙的夾具置于升降臺(tái)上，升降臺(tái)安裝于X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上，X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)位于多螺紋孔工作臺(tái)底座上，伺服電機(jī)與X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)和升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)連接，激光器的輸出光路上設(shè)置光路系統(tǒng)，光路系統(tǒng)的輸出端正對(duì)于夾具所夾持的相紙，激光器的光路輸出端還布置有用于接收光信號(hào)的光電傳感器，光電傳感器連接至工控機(jī)，工控機(jī)與伺服電機(jī)控制連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，其特征在于:所述激光器為脈沖激光器，與工控機(jī)相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，其特征在于:所述相紙上具有聚丙烯薄膜。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，其特征在于:所述薄膜厚度為200um。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，其特征在于:所述光路系統(tǒng)包括激光準(zhǔn)直系統(tǒng)以及與其相銜接的透鏡聚焦系統(tǒng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及調(diào)節(jié)激光光斑大小與靶材定位的裝置，用于夾持相紙的夾具置于升降臺(tái)上，升降臺(tái)安裝于X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上，X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)位于多螺紋孔工作臺(tái)底座上，伺服電機(jī)與X-Y運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)和升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)連接，激光器的輸出光路上設(shè)置光路系統(tǒng)，光路系統(tǒng)的輸出端正對(duì)于夾具所夾持的相紙，激光器的光路輸出端還布置有用于接收光信號(hào)的光電傳感器，光電傳感器連接至工控機(jī)，工控機(jī)與伺服電機(jī)控制連接。利用激光沖擊波作用在相紙上形成的離散斑點(diǎn)，精密測(cè)量，逐級(jí)逼近所需的光斑大?。焕帽∧?lái)定位靶材；利用測(cè)量離散斑點(diǎn)的尺寸來(lái)逼近所需斑點(diǎn)尺寸。
【IPC分類】B23K26/073
【公開(kāi)號(hào)】CN204657741
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520403755
【發(fā)明人】馮愛(ài)新, 薛偉, 印成, 李峰平, 張津超, 陸金花, 張健, 朱德華, 曹宇, 瞿建武
【申請(qǐng)人】溫州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月11日