一种激光器光学基准与机械基准校准系统的制作方法

1.本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光器光学基准与机械基准校准系统。


背景技术：

[0002] 激光器被誉为20世纪最伟大的发明之一，发展至今已形成一个巨大的产业，影响着国民经济的各个领域。全固态激光器是指半导体激光泵浦的固体激光器，具有效率高、寿命长、 光束质量好、结构紧凑等优点，基于该类激光器的加工装备广泛应用于汽车、铁 路、船舶、冶金、石化、国防以及航空航天等领域。
[0003]
在工业激光加工领域，要求对激光器的光学基准与机械基准进行严格校准。即光束指向方向与出射激光的机械平面应垂直。若激光器光学基准与机械基准不能良好对准，即使只存在一个很小的夹角，当激光长距离传输后也会产生非常可观的偏移量，甚至超出激光加工设备后级光路镜片支持的最大调节范围。
[0004]
常见的校准系统是一套非常复杂的大型机械工装，使用时，需要先调整机械工装的定位面与激光器出光表面垂直，再调节机械工装上的多个光学标靶在空间坐标下的位置，使多个光学标靶严格对齐。最后调节激光器内部器件，使激光恰好穿过多个光学标靶，即可实现光学基准与机械基准的对准。然而实际上，当标靶距离设置到数十米远处，工装长度也有几十米长，很难保证在如此长的距离下的机械工装加工精度，任何的加工误差、材料自身翘曲变形等因素都会使长距离准直无法达到理想效果，另外设计一套数十米的机械工装需要非常高昂的成本。


技术实现要素：

[0005]
基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种激光器光学基准与机械基准校准系统，降低激光器光学基准与机械基准校准成本，并提高校准的可靠性。
[0006]
为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0007]
一种激光器光学基准与机械基准校准系统，包括：待测激光器、准直辅助工装、准直激光器、第一标靶和第二标靶，所述待测激光器包括机械基准面，所述机械基准面上设有出光孔，所述准直辅助工装与所述机械基准面可拆卸连接；
[0008]
所述准直辅助工装设有第一准直孔、第二准直孔和透光孔，所述出光孔、所述第一准直孔、所述第二准直孔和所述透光孔四孔同轴心，且轴心线与所述机械基准面垂直；
[0009]
所述准直激光器位于所述准直辅助工装远离所述待测激光器的一侧，所述第一标靶和所述第二标靶均位于所述准直辅助工装和准直激光器之间；所述第一标靶的标靶中心设有第一光阑，所述第二标靶的标靶中心设有第二光阑。
[0010]
作为一种激光器光学基准与机械基准校准系统的可选方案，所述准直辅助工装包括竖直背板、水平底板、第一定位件和第二定位件，所述竖直背板与所述机械基准面可拆卸连接；所述第一定位件和/或所述第二定位件与所述水平底板可拆卸连接；所述第一定位件
上设有所述第一准直孔，所述第二定位件上设有所述第二准直孔。
[0011]
作为一种激光器光学基准与机械基准校准系统的可选方案，沿所述第一准直孔和所述第二准直孔的轴心线方向，所述水平底板设有多组安装孔，所述第一定位件和/或所述第二定位件与所述安装孔螺纹连接。
[0012]
作为一种激光器光学基准与机械基准校准系统的可选方案，所述竖直背板设有三个定位孔和四个锁紧孔，三个所述定位孔呈三角形分布，四个所述锁紧孔呈矩形分布。
[0013]
作为一种激光器光学基准与机械基准校准系统的可选方案，所述第一光阑和所述第二光阑的孔径均可变。
[0014]
作为一种激光器光学基准与机械基准校准系统的可选方案，还包括凸透镜，所述凸透镜位于所述准直激光器和所述第一标靶之间。
[0015]
本实用新型的有益效果为：
[0016]
本实用新型提供一种激光器光学基准与机械基准校准系统，包括：待测激光器、准直辅助工装、准直激光器、第一标靶和第二标靶，待测激光器包括机械基准面，机械基准面上设有出光孔，准直辅助工装与机械基准面可拆卸连接；准直辅助工装设有第一准直孔、第二准直孔和透光孔，出光孔、第一准直孔、第二准直孔和透光孔四孔同轴心，且轴心线与机械基准面垂直；准直激光器位于准直辅助工装远离待测激光器的一侧，第一标靶和第二标靶均位于准直辅助工装和准直激光器之间；第一标靶的标靶中心设有第一光阑，第二标靶的标靶中心设有第二光阑。该系统通过准直辅助工装和准直激光器配合定位第一标靶和第二标靶，第一标靶和第二标靶的位置不受机械限制，可长距离延伸，降低了激光器光学基准与机械基准校准的操作难度和成本。同时第一标靶和第二标靶的位置精度由激光控制，相较于传统机械定位精度更高。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
[0018]
图1是本实用新型具体实施方式提供的激光器光学基准与机械基准校准系统的原理图；
[0019]
图2是本实用新型具体实施方式提供的待测激光器与准直辅助工装的装配图。
[0020]
图3是本实用新型具体实施方式提供的待测激光器内部光路镜片组的示意图。
[0021]
图中：
[0022]
待测激光器；101-校准光；110-机械基准面；111-出光孔；120-光路镜片组；
[0023]
200-准直辅助工装；201-第一准直孔；202-第二准直孔；203-透光孔；210-竖直背板；211-定位孔；212-锁紧孔；220-水平底板；221-安装孔；230-第一定位件；240-第二定位件；250-加强筋；
[0024]
300-准直激光器；301-准直光；
[0025]
400-第一标靶；401-第一光阑；
[0026]
500-第二标靶；501-第二光阑；
[0027]
600-凸透镜。
具体实施方式
[0028]
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0029]
如图1所示，本实施方式提供一种激光器光学基准与机械基准校准系统，包括：待测激光器100、准直辅助工装200、准直激光器300、第一标靶400和第二标靶500。
[0030]
待测激光器100包括机械基准面110，参照图2，机械基准面110上设有出光孔111，准直辅助工装200与机械基准面110可拆卸连接，包括但不限于螺纹连接、卡接或粘接等。在本实施例中，后续以螺纹连接进行说明。具体地，在本实施例中，准直辅助工装200包括竖直背板210，竖直背板210与机械基准面110可拆卸连接，进一步具体地，竖直背板210设有三个定位孔211和四个锁紧孔212，三个定位孔211呈三角形分布，三个定位孔211为平面三点定位，保证准直辅助工装200与机械基准面110的连接精度。四个锁紧孔212呈矩形分布，螺纹锁紧保证准直辅助工装200与机械基准面110的连接强度。
[0031]
准直辅助工装200还包括水平底板220、第一定位件230、第二定位件240和加强筋250。在本实施例中，采用准直辅助工装200采用金属件一体成型，水平底板220与竖直背板210相互垂直，且竖直背板210需要具有较高的平面度。第一定位件230和第二定位件240均位于水平底板220上。加强筋250的一端与竖直背板210连接，加强筋250的另一端与水平底板220连接，以增加准直辅助工装200的刚度，防止准直辅助工装200弯曲或扭转变形。
[0032]
第一定位件230上设有第一准直孔201，第二定位件240上设有第二准直孔202，竖直背板210上设有透光孔203。第一准直孔201、第二准直孔202和透光孔203三孔同轴心设置。当准直辅助工装200安装到待测激光器100的机械基准面110上后，第一准直孔201、第二准直孔202和透光孔203三个孔还与机械基准面110上的出光孔111同轴心，即四孔同轴心，且轴心线与机械基准面110垂直。
[0033]
作为一种可选的技术方案，沿第一准直孔201和第二准直孔202的轴心线方向，水平底板220设有多组安装孔221，第一定位件230和/或第二定位件240与安装孔221螺纹连接，以调整第一定位件230和第二定位件240之间的间距。
[0034]
于其他实施例中，竖直背板210、水平底板220、第一定位件230、第二定位件240和加强筋250均可改为独立的零件，即准直辅助工装200是分体结构。但使用效果与本实施例类似。
[0035]
准直激光器300位于准直辅助工装200远离待测激光器100的一侧。因为he-ne激光器的出射光发散角小，所以通常使用he-ne激光器作为准直激光器300。
[0036]
第一标靶400和第二标靶500均位于准直辅助工装200和准直激光器300之间。具体的，在本实施例中，准直激光器300发射的准直光301依次经过第一标靶400、第二标靶500、第一定位件230和第二定位件240。上述光路说明，相对于第二标靶500，第一标靶400更靠近准直激光器300。
[0037]
第一标靶400的标靶中心设有孔径可变的第一光阑401，第二标靶500的标靶中心设有孔径可变的第二光阑501。第一光阑401和第二光阑501的孔径越小，校准精度越高。
[0038]
作为一种可选的技术方案激光器光学基准与机械基准校准系统还包括凸透镜600，凸透镜600位于准直激光器300和第一标靶400之间。凸透镜600能够减小准直激光器300发射的准直光301的发散角，从而提高校准精度。
[0039]
结合上述具体实施例，激光器光学基准与机械基准校准系统使用方法如下：
[0040]
s1.将准直辅助工装200安装到待测激光器100包括机械基准面110上，使第一准直孔201、第二准直孔202和透光孔203三个孔还与机械基准面110上的出光孔111同轴心，即四孔同轴心，且轴心线与机械基准面110垂直。
[0041]
s2.移动准直激光器300，使准直激光器300和待测激光器100的距离大于30米。
[0042]
s3.准直激光器300发射准直光301，通过调整准直激光器300的位置，使准直光301贯穿第一准直孔201和第二准直孔202，从而得到与机械基准面110垂直的光束。
[0043]
s4.设置第一标靶400和第二标靶500，使准直光301贯穿第一光阑401和第二光阑501，得到与机械基准面110垂直的光阑轴线，且光阑距离待测激光器100足够远。在校准过程中，光阑距离待测激光器100越远，校准精度越高。
[0044]
s5.固定待测激光器100、第一标靶400和第二标靶500的位置，关闭准直光301。
[0045]
s6.待测激光器100发射校准光101，通过调整待测激光器100内的光路镜片组120，如图3所示，使校准光101贯穿第一光阑401和第二光阑501，完成激光器光学基准与机械基准校准。即光束指向方向与出射激光的机械平面垂直。
[0046]
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
[0047]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
[0048]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

技术特征：
1.一种激光器光学基准与机械基准校准系统，其特征在于，包括：待测激光器（100）、准直辅助工装（200）、准直激光器（300）、第一标靶（400）和第二标靶（500），所述待测激光器（100）包括机械基准面（110），所述机械基准面（110）上设有出光孔（111），所述准直辅助工装（200）与所述机械基准面（110）可拆卸连接；所述准直辅助工装（200）设有第一准直孔（201）、第二准直孔（202）和透光孔（203），所述出光孔（111）、所述第一准直孔（201）、所述第二准直孔（202）和所述透光孔（203）四孔同轴心，且轴心线与所述机械基准面（110）垂直；所述准直激光器（300）位于所述准直辅助工装（200）远离所述待测激光器（100）的一侧，所述第一标靶（400）和所述第二标靶（500）均位于所述准直辅助工装（200）和准直激光器（300）之间；所述第一标靶（400）的标靶中心设有第一光阑（401），所述第二标靶（500）的标靶中心设有第二光阑（501）。2.根据权利要求1所述的激光器光学基准与机械基准校准系统，其特征在于，所述准直辅助工装（200）包括竖直背板（210）、水平底板（220）、第一定位件（230）和第二定位件（240），所述竖直背板（210）与所述机械基准面（110）可拆卸连接；所述第一定位件（230）和/或所述第二定位件（240）与所述水平底板（220）可拆卸连接；所述第一定位件（230）上设有所述第一准直孔（201），所述第二定位件（240）上设有所述第二准直孔（202）。3.根据权利要求2所述的激光器光学基准与机械基准校准系统，其特征在于，沿所述第一准直孔（201）和所述第二准直孔（202）的轴心线方向，所述水平底板（220）设有多组安装孔（221），所述第一定位件（230）和/或所述第二定位件（240）与所述安装孔（221）螺纹连接。4.根据权利要求2所述的激光器光学基准与机械基准校准系统，其特征在于，所述竖直背板（210）设有三个定位孔（211）和四个锁紧孔（212），三个所述定位孔（211）呈三角形分布，四个所述锁紧孔（212）呈矩形分布。5.根据权利要求1所述的激光器光学基准与机械基准校准系统，其特征在于，所述第一光阑（401）和所述第二光阑（501）的孔径均可变。6.根据权利要求1所述的激光器光学基准与机械基准校准系统，其特征在于，还包括凸透镜（600），所述凸透镜（600）位于所述准直激光器（300）和所述第一标靶（400）之间。

技术总结
本实用新型涉及激光器技术领域，公开一种激光器光学基准与机械基准校准系统，包括：待测激光器、准直辅助工装、准直激光器、第一标靶和第二标靶，该系统通过准直辅助工装和准直激光器配合定位第一标靶和第二标靶，第一标靶和第二标靶的位置不受机械限制，可长距离延伸，降低了激光器光学基准与机械基准校准的操作难度和成本。同时第一标靶和第二标靶的位置精度由激光控制，相较于传统机械定位精度更高。相较于传统机械定位精度更高。相较于传统机械定位精度更高。


技术研发人员：郑浩 韩思濛
受保护的技术使用者：天津诺华光电科技有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/9/1