[發明專利]基于光斑分析的激光指向穩定控制裝置及方法

在審

• 申請號: 201911315744.1
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN110879453A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 胡松;許維;王雪輝
• 申請（專利權）人: 武漢華工激光工程有限責任公司
• 主分類號: G02B7/182
• 分類號: G02B7/182;G01J1/42;G01J1/04
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 秦曼妮

本發明提供了一種基于光斑分析的激光指向穩定控制裝置及方法，該裝置包括相互串聯的多個模塊，每個模塊具有一個入光孔和一個出光孔，第一個模塊的入光孔用于接收激光器產生的激光，前一個模塊的出光孔與后一個模塊的入光孔對齊；第一個模塊包含一個多維可調節的第一反射鏡；第二個及以后的各模塊均包含一個第二反射鏡和一臺相機，其入光孔和出光孔分別位于第二反射鏡的入射光和反射光所在光軸上，相機位于部分反射鏡的透射光一側；第二個至倒數第二個模塊的第二反射鏡為多維可調節的部分反射鏡，最后一個模塊的第二反射鏡為角度固定的分束鏡。本發明可以完成光束指向穩定性的監測與控制，結構簡化，便于調整光路或排查問題，結構靈活可變。

技術領域

本發明涉及光束指向穩定控制技術領域，尤其涉及一種基于光斑分析的激光指向穩定控制裝置及方法。

背景技術

激光（光束）指向穩定性在國標中的定義為激光光束在垂直傳播方向上的角向移動的2倍標準方差。由于各種微小擾動的影響，實際光路中的反射鏡角度可能會發生改變，使得最終出射的激光不穩定并發生偏移。激光光束的這一穩定性也可通過統計光束在橫截面上的光斑投影的坐標偏移來近似測量。

激光的指向穩定性在光學系統中的作用主要表現在影響光學工藝或過程的精度上，更高的穩定性往往意味著更高的加工精度或測量結果。隨著工業的發展，激光的指向穩定性在激光加工、激光通信、目標指示等領域的實際應用中變得越來越重要。

關于激光指向穩定性控制的現有技術如下：

（1）在激光加工等領域設備的實際應用中，經常會使用多個反射鏡組成光路，調整光路時，由于看不到里面光束的狀態，可能會遇到較大的困難。由于調節時間很長，如果在調節的過程中光束還會發生較大的偏移，則難度也會進一步增加。同時，加工過程中發生光束偏移也可能直接影響加工結果的好壞。

（2）已有的光束穩定性控制裝置僅包含單個或兩個反射鏡，為了減小設備擾動的影響，通常將其安裝在設備光路的末端，此時前端光路中的反射鏡為固定。如果作為光源的激光器的出射光束發生偏移，則可能還需要調節前一段光路中所包含的反射鏡。

對于大多數的加工過程，激光的偏移量很小，往往需要經過較長的時間的積累才會發生影響，比如每隔數小時才需要調節一次，因此對于調節的實時性要求不是很高。本文針對這類應用需求，提出了一種基于光斑分析的激光指向穩定控制裝置及方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于光斑分析的激光指向穩定控制裝置及方法，旨在用于解決現有方案調節難度大、不能全面調節的問題。

本發明是這樣實現的：

一方面，本發明提供一種基于光斑分析的激光指向穩定控制裝置，包括相互串聯的多個模塊，每個模塊具有一個入光孔和一個出光孔，第一個模塊的入光孔用于接收激光器產生的激光，前一個模塊的出光孔與后一個模塊的入光孔對齊；

第一個模塊包含一個多維可調節的第一反射鏡，所述第一反射鏡的調節中心固定且位于光軸上；

第二個及以后的各模塊均包含一個第二反射鏡和一臺相機，其入光孔和出光孔分別位于所述第二反射鏡的入射光和反射光所在光軸上，所述相機位于所述部分反射鏡的透射光一側，所述相機前端具有一片聚焦透鏡的鏡頭；第二個至倒數第二個模塊的所述第二反射鏡為多維可調節的部分反射鏡，且所述部分反射鏡的調節中心固定且位于光軸上，最后一個模塊的所述第二反射鏡為角度固定的分束鏡，且所述分束鏡與光軸呈45度角。

進一步地，所述第一反射鏡為多維可調節全反射鏡。

進一步地，所述第一反射鏡為多維可調節部分反射鏡，且所述第一反射鏡的透射光一側設有一臺相機。

進一步地，所述相機與所述第二反射鏡之間安裝有衰減器。