一种激光束与机床轴运动方向平行度的调试方法与流程

本发明涉及激光精度调整方法，具体涉及一种激光束与机床轴运动方向平行度的调试方法。

背景技术：

在激光加工过程中，激光器发出高功率密度的激光束，把能量传递到待加工区域，实现材料的去除和零件的加工。由于激光加工具有热影响区域较小，加工不受材料机械性能的限制，没有刀具的磨损，加工过程中无加工应力等优点，已被广泛应用于硬脆材料、难加工金属以及薄壁零件的加工。激光加工设备中，激光光束的指向精度决定最终激光焦点的位置精度，从而直接影响待加工零件的加工精度。

目前激光加工系统中，反射镜安装在机床轴附件上，可随着机床轴移动，将激光器发射的激光反射至加工平台，机床轴的运动方向与加工平台的位置垂直设置。激光束指向通常与机床轴的运动方向平行，是激光加工系统中激光束指向调节的关键步骤。然而，目前激光光束指向精度的调试主要依赖高精度激光光束质量分析仪等仪器实现，且不同波长和功率的激光器需配备不同规格的光束质量分析仪，使得激光光束指向的调节成本较高，且调节过程繁琐。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有激光束指向调试方法成本较高、调节过程繁琐的问题，提供一种激光束与机床轴运动方向平行度的调试方法。

本发明的技术方案是：

一种激光束与机床轴运动方向平行度的调试方法，包括以下步骤：

1)固定测试板；

将测试板放置在工作平台上，且与工作平台平行设置；

2)形成测量斑点；

将反射镜移动至位置一处，激光在测试板上形成斑点一，将反射镜移动至位置二处，激光在测试板上形成斑点二；

3)获得反射镜调整角度；

测量斑点一和斑点二的圆心距，并获取反射镜位置一至位置二的移动距离；通过圆心距和移动距离，计算激光束指向与机床轴运动方向的夹角θ；

4)调整反射镜；

根据步骤3)获得的角度，调整反射镜的角度；

5)重复步骤2)至步骤4)，直至两处斑点的位置重合，实现激光束与机床轴运动方向平行；

6)固定反射镜。

进一步地，步骤5)分为粗调阶段和精调阶段，所述粗调阶段采用毫米级测量装置测量两处斑点的圆心距；所述精调阶段采用显微镜测量两处斑点的圆心距。

进一步地，步骤1)和步骤2)之间还包括调整激光参数步骤：调节激光器的输出功率、输出时间、脉宽、重复频率，使机床轴在不同的位置时，激光束在测试板上均可形成斑点。

进一步地，所述测试板为亚克力板。

进一步地，步骤6)中，固定反射镜具体为利用螺纹紧固胶固定反射镜的调整螺钉。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明方法采用测试板即可完成激光束精度的调节，无需采用高精度激光光束质量分析仪等仪器，相对于现有调试方法，大幅度降低了成本。

2.本发明通过不断调节反射镜的角度，即可调节激光的指向，使得调整过程快捷简单。

3.本发明通过显微镜精确测量两个斑点之间的距离，由距离可得到激光束指向与机床轴运动方向的微小夹角θ，由此可精确调节激光束的指向。

4.本发明在硬件上仅增加一个测试板，通过调节反射镜，观察光斑的移动位置，即可完成调试。本发明操作简便，无需电子学处理(图像处理单元)，无需对现有的激光加工装置进行改造，适用于现有大部分激光加工装置，适用范围广。

附图说明

图1为本发明光学系统光路示意图。

图2是本发明方法流程示意图。

附图标记：1-机床轴，2-测试板，3-反射镜。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：

如图1所示，本发明方法通过机床轴带动可调反射镜移动，经过反射镜3的激光束在固定好的激光测试板2上形成斑点，通过斑点位置、机床轴1运动距离及方向判断激光束与机床轴运动方向的夹角，通过此夹角调节可调反射镜角度，从而调整激光指向。此外，还可利用上述方法借助高倍率显微镜测量机床轴在不同位置时，激光束在激光测试板上形成的斑点位置，使得激光束的调节更加精确，达到调节激光指束向与机床轴运动方向平行的目的。因此，本发明方法快捷简单、经济性好，便于激光加工机床的激光指向调节。

如图2所示，本发明提供的一种激光束与机床轴运动方向平行度的调试方法，包括以下步骤：

步骤一、固定测试板；

固定激光测试板于工作台(加工对象所在平面)，保证其位置在调试过程中不发生变化；测试板具体的采用激光易损材料制作，例如亚克力板等；

步骤二、调整激光参数；

调节激光输出功率、重复频率、输出时间与脉宽，使得激光束在激光测试板上形成的斑点都清晰、尺寸小、易于分辨；

步骤三、形成测量斑点；

机床轴带动反射镜至两个或多个不同位置，机床轴带动反射镜移动至位置一处，激光束在测试板上形成清晰的斑点一，移动反射镜，将反射镜移动在位置二处，激光束在测试板上形成清晰的斑点二；

步骤四、获得反射镜调整角度；

计算反射镜从位置一至位置二的移动距离l，测量激光束在激光测试板上形成的两个斑点的距离△d；根据机床轴移动方向、移动距离l以及斑点之间的距离△d，计算激光束指向与机床轴运动方向的夹角θ(θ≈tan^-1(△d/l))；

步骤五、调整反射镜；

根据步骤四)获得的夹角，调节反射镜的调整螺钉，从而调整反射镜的角度；

步骤六、粗调；

重复步骤三)至步骤五)，不断调节可调反射镜的调整螺钉，调节光束指向使两个斑点的位置逐渐靠近，此时粗调完成；

步骤七、精调；

当两个斑点的距离小于0.2mm时，利用显微镜分辨两个斑点中心的位置偏差，重复步骤三)至步骤五)，通过可调反射镜不断调整激光束指向，直到激光束指向与机床轴运动方向的夹角θ达到允许值；此步骤利用高倍率显微镜测量形成的斑点位置距离，大幅提高斑点位置的分辨力；

步骤八、固定反射镜；

利用螺纹紧固胶等固定反射镜的调整螺钉。

本发明通过调整反射镜的角度，不断调节激光束的指向，使得形成斑点的位置偏差越来越小，直到位置偏差达到允许值的要求，则激光束指向与机床轴运动方向的调节完毕。

本发明在硬件上仅增加一个测试板，通过调节反射镜，观察光斑的移动位置，即可完成调试。本发明操作简便，无需电子学处理(图像处理单元)。无需对现有的激光加工装置进行改造，适用于现有大部分激光加工装置，适用范围广。

以下通过举例性数值对本发明方法进行描述，包括以下步骤：

1)固定亚克力板于固定位置，使其在调节过程中位置不发生变化；

2)调节激光器的输出功率、输出时间、脉宽、重复频率；

3)开启激光，分别移动反射镜至位置一和位置二，在两个位置均可以得到直径为0.5mm左右的白色斑点，反射镜在位置一处时，在亚克力板上得到斑点一；反射镜移动1m至位置二时，激光在亚克力板上得到斑点二，利用游标卡尺粗略测量得到两个斑点之间的距离△d≈3mm；

4)由此可以计算激光光束与机床轴z运动方向的夹角θ≈tan^-1(3mm/1000mm)＝0.172°；

5)根据计算得到的θ角，调节可调反射镜的角度；使反射镜在位置一和位置二处时在亚克力板上的斑点距离△d减小；

6)按照上述方法不断调节可调反射镜，直至在亚克力板上得到的斑点难以区分；

7)当斑点间的距离较小难以分辨时，利用高分辨率显微镜观测得到的两个斑点，测量两个斑点圆心之间的距离△d；

8)根据△d调整可调反射镜相应的调整螺钉，直至激光束与机床轴运动方向的夹角θ满足要求为止。