变倍扩束镜光束指向性的调试方法
阅读说明：本技术 变倍扩束镜光束指向性的调试方法 (Method for debugging beam directivity of zoom beam expander ) 是由 向南 陈国栋 梁宗森 吕洪杰 翟学涛 杨朝辉 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供的变倍扩束镜光束指向性的调试方法,方法包括：对调节架上的变倍扩束镜进行准直调节,其中,变倍扩束镜包括沿入射光传输方向设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；沿变倍扩束镜的光路传输方向设置光斑分析仪,将光斑分析仪中显示的光斑能量中心坐标值的初始值记为第一坐标值；改变变倍扩束镜的倍率,获得光斑能量中心的第二坐标值；第一坐标值与第二坐标值之间的距离值为偏差值,距离值在偏差值的预设范围外时,通过调节架持续调节第四透镜的位置,获得第三坐标值,直至第三坐标值与第一坐标值的距离值在偏差值的预设范围内时,指向调试完成。本发明的变倍扩束镜光束指向性的调试方法减小了扩束镜的指向性偏差。(The invention provides a method for debugging the beam directivity of a zoom beam expander, which comprises the following steps: collimating and adjusting a zoom beam expander on the adjusting frame, wherein the zoom beam expander comprises a first lens, a second lens, a third lens and a fourth lens which are arranged along the transmission direction of incident light; setting a light spot analyzer along the light path transmission direction of the zoom beam expander, and recording an initial value of a light spot energy center coordinate value displayed in the light spot analyzer as a first coordinate value; changing the multiplying power of the zoom beam expander to obtain a second coordinate value of the energy center of the light spot; and when the distance value is out of the preset range of the deviation value, the position of the fourth lens is continuously adjusted through the adjusting frame to obtain a third coordinate value, and the pointing debugging is completed until the distance value between the third coordinate value and the first coordinate value is within the preset range of the deviation value. The debugging method for the beam directivity of the variable-magnification beam expander reduces the directivity deviation of the beam expander.)
技术领域
本发明涉及扩束镜调试技术领域，尤其涉及变倍扩束镜光束指向性的调试方法。
背景技术
在采用光路结构的激光加工设备中，常使用到可变倍率扩束镜，在理想情况下使用可变倍率扩束镜时，光束通过镜片后，光束指向不会发生改变，变倍过程光束指向不会发生改变。但在实际使用过程中，由于机械或零部件加工过程中的误差或镜片安装过程中的误差，会导致扩束镜指向出现偏差。可变倍率扩束镜指向的好坏直接决定光路的好坏，所以可变倍率扩束镜指向调试极为重要。
现有的扩束镜主要通过扩束镜准直的方式实现调节扩束镜的指向偏差，但扩束镜准直调节是对光的同轴度进行调节，如此无法对光的能量分布进行调节，由此可见，现有对扩束镜的指向性偏差调节效果较差，因此现有的扩束镜指向性调节方式有待于改进和扩展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题中：针对现有的变倍扩束镜光束指向性的调试方法差的问题，提供一种变倍扩束镜光束指向性的调试方法。
本发明提供的变倍扩束镜光束指向性的调试方法，所述方法包括：
对调节架上的变倍扩束镜进行准直调节，其中，所述变倍扩束镜包括沿入射光传输方向设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为输入镜，所述第四透镜为输出镜，所述第二透镜和所述第三透镜沿光路传输方向可移动设置；
沿所述变倍扩束镜的光路传输方向设置光斑分析仪，所述光斑分析仪用于显示光斑能量中心坐标值，光束经过所述变倍扩束镜在投射在所述光斑分析仪上，将所述光斑分析仪中显示的光斑能量中心坐标值的初始值记为第一坐标值；
改变所述第二透镜和所述第三透镜之间的间距，以改变所述变倍扩束镜的倍率，获得光斑能量中心的第二坐标值；
所述第一坐标值与第二坐标值的之间的距离值为偏差值，所述距离值在所述偏差值的预设范围外时，通过所述调节架持续调节所述第四透镜的位置，获得第三坐标值，直至所述第三坐标值与所述第一坐标值的距离值在所述偏差值的预设范围内时，指向调试完成。
可选地，在所述指向调试完成后，所述方法还包括：
单次或多次移动所述第二透镜和所述第三透镜，改变所述变倍扩束镜的倍率；
并检查所述光斑分析仪获得的光斑能量中心的第四坐标值与第一坐标值的距离值是否在所述偏差值的预设范围内，若所述第四坐标值与所述第一坐标值的距离值在所述偏差值的预设范围内，则完成对变倍扩束镜光束指向性调试。
可选地，若所述第四坐标值与所述第一坐标值的距离值不在所述偏差值的预设范围内，则通过所述调节架持续调节所述第四透镜的位置，获得第五坐标值，直至所述第五坐标值与所述第一坐标值的距离值在所述偏差值的预设范围内时，指向调试完成。
可选地，所述第一透镜和所述第四透镜均为双凸正透镜；所述第二透镜和所述第三透镜均为双凹的负透镜。
可选地，所述偏差值的预设值范围为0-100um。
可选地，所述光斑能量中心在所述第一坐标值时，所述变倍扩束镜的倍率为第一倍率；所述光斑能量中心在所述第二坐标值时，所述变倍扩束镜的倍率为第二倍率；所述第二倍率与所述第一倍率的差值范围为0.1-3。
可选地，所述调节架包括第一调节机构、第二调节机构、调节板和固定件，所述变倍扩束镜安装于所述调节板上；以所述调节板所在空间设置XYZ轴坐标系，所述第一调节机构安装于所述固定件上，且位于所述调节板XZ平面的一侧，且带动所述调节板绕一Y轴轴线转动；所述第二调节机构安装于所述固定件上，且设置于所述调节板两端，带动所述调节板沿Z轴方向移动。
可选地，所述固定件包括底板和侧板，所述侧板安装于所述底板上，所述第一调节机构穿过所述侧板与所述调节板连接；所述第二调节机构安装于所述底板上。
可选地，所述第一调节机构包括两个第一调节螺杆，所述调节板的侧边设置有螺纹孔，两个所述第一调节螺杆穿过所述侧板与所述螺纹孔连接；所述第二调节机构包括多个第二调节螺杆，多个所述第二调节螺杆分别安装于所述底板的两端，且所述第二调节螺杆一端穿过所述调节板。
可选地，所述调节架还包括第一复位件和第二复位件，所述调节板的侧边通过所述第一复位件与所述侧板连接；所述第二复位件设置在所述调节板两端，所述调节板通过所述第二复位件与所述底板连接。
基于现有技术中，变倍扩束镜经过准直调节后，只对光束的同轴度进行调剂，未对光束的能量分布进行调节，使得通过变倍扩束镜对光束能量分布不集中。在本发明中，通过设置光斑分析仪观察光斑能量中心的坐标变化，改变变倍扩束镜的倍率，固定输入镜的位置，调节输出镜的位置，使光斑能量中心的坐标向第一坐标值靠近，减小变倍前后的坐标值的距离值，使距离值在偏差值的预设范围内，完成指向调试，使得通过变倍扩束镜的光束同轴度高，且能量分布集中。通过在变倍扩束镜进行准直调节后，对变倍扩束镜的指向性进行调节，提高变倍扩束镜的调节精度，使经过变倍扩束镜的光束的能量集中，进一步提高加工效率。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的变倍扩束镜的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的变倍扩束镜光束指向性的调试方法中光斑量中心为第一坐标值时的光斑示意图；
图3是本发明一实施例提供的变倍扩束镜光束指向性的调试方法中光斑量中心为第二坐标值时的光斑示意图；
图4是本发明一实施例提供的变倍扩束镜光束指向性的调试方法中光斑量中心为第三坐标值时的光斑示意图；
图5是本发明一实施例提供的变倍扩束镜光束指向性的调试方法中光斑量中心为第四坐标值时的光斑示意图；
图6是本发明一实施例提供的变倍扩束镜光束指向性的调试方法中光斑量中心为第五坐标值时的光斑示意图；
图7是本发明一对比例提供的变倍扩束镜经准直调节后的扩束镜入口图；
图8是本发明一对比例提供的变倍扩束镜经准直调节后的扩束镜出口图；
图9是本发明一对比例提供的变倍扩束镜准直调节后在1.2米光路中，1.1倍率下的光斑示意图；
图10是本发明一对比例提供的变倍扩束镜准直调节后在1.2米光路中，1.5倍率下的光斑示意图；
图11本发明一实施例提供的变倍扩束镜光束指向性的调试方法中调节架使用时的示意图；
图12本发明一实施例提供的变倍扩束镜光束指向性的调试方法中调节架的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种变倍扩束镜光束指向性的调试方法，包括以下步骤：
步骤一：对调节架10上的变倍扩束镜20进行准直调节，其中，变倍扩束镜20包括沿入射光传输方向设置的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24，第一透镜21为输入镜，第四透镜24为输出镜，第二透镜22和第三透镜23沿光路传输方向可移动设置。
步骤二：沿变倍扩束镜20的光路传输方向设置光斑分析仪，光斑分析仪用于显示光斑能量中心坐标值，光束经过变倍扩束镜20在投射在光斑分析仪上，将光斑分析仪中显示的光斑能量中心坐标值的初始值记为第一坐标值。光斑分析仪的位置保持不变。
步骤三：改变第二透镜22和第三透镜23之间的间距，以改变变倍扩束镜20的倍率，获得光斑能量中心的第二坐标值。
步骤四：第一坐标值与第二坐标值的之间的距离值为偏差值，此偏差值为变倍扩束镜20倍率改变后的指向偏差，距离值越小，变倍扩束镜20的指向改变就越小，距离值越大，变倍扩束镜20的指向改变就越大。距离值在偏差值预设范围外时，通过持续调节架10调节第四透镜24的位置，获得第三坐标值，直至第三坐标值与第一坐标值的距离值在预设范围内时，指向调试完成。具体地，通过三维调节架或者四维调节架调节第四透镜的位置。
在本实施例中，基于现有技术中，变倍扩束镜20经过准直调节后，只对光束的同轴度进行调剂，未对光束的能量分布进行调节，使得通过变倍扩束镜20对光束能量分布不集中。通过设置光斑分析仪观察光斑能量中心的坐标变化，改变变倍扩束镜20的倍率，固定输入镜的位置，调节输出镜的位置，使光斑能量中心的坐标向第一坐标值靠近，减小变倍前后的坐标值的距离值，使距离值在偏差值的预设范围内，完成指向调试。使得通过变倍扩束镜20的光束同轴度高，且能量分布集中。通过在变倍扩束镜20进行准直调节后，对变倍扩束镜20的指向性进行调节，提高变倍扩束镜20的调节精度，使经过变倍扩束镜20的光束的能量集中，进一步提高加工效率。
在本发明一些实施例中，在指向调试完成后，所述方法还包括：步骤五：单次或多次移动第二透镜22和第三透镜23，改变变倍扩束镜20的倍率。并检查光斑分析仪获得的光斑能量中心的第四坐标值与第一坐标值的距离值是否在偏差值的预设范围内。若第四坐标值与第一坐标值的距离值在偏差值的在预设范围内，则完成对变倍扩束镜光束指向性的调试。
在本发明一些实施例中，若第四坐标值与第一坐标值的距离值不在偏差值的预设范围内，则通过调节架持续调节第四透镜的位置，获得第五坐标值，直至第五坐标值与第一坐标值的距离值在偏差值的预设范围内时，指向调试完成。然后重复步骤五，通过改变扩束镜的倍率对指向性调节的结果进行检验，保证指向性调节的准确性。
如图1所示，在本发明一些实施例中，第一透镜21和第四透镜24均为双凸正透镜。第二透镜22和第三透镜23均为双凹的负透镜。
在本发明的一些实施例中，偏差值的预设值范围为0-100um。
在本发明的一些实施例中，光斑能量中心在第一坐标值时，变倍扩束镜20的倍率为第一倍率。光斑能量中心在第二坐标值时，变倍扩束镜20的倍率为第二倍率。第二倍率与第一倍率的差值范围为0.1-3。第二倍率与第一倍率的差值越大，变倍扩束镜20的指向性偏差会越大，通过减小第二倍率与第一倍率的差值，以便于调节变倍扩束镜20的指向性。
如图11和图12所示，在本发明的一些实施例中，调节架10包括第一调节机构11、第二调节机构12、调节板13和固定件14，变倍扩束镜20安装于调节板13上。以调节板13所在空间设置XYZ轴坐标系，第一调节机构11安装于固定件14上，且位于调节板13XZ平面的一侧，且带动调节板13绕一Y轴轴线转动。第二调节机构12安装于固定件14上，且设置于调节板13两端，带动调节板13沿Z轴方向移动。通过设置第一调节机构11和第二调节机构12，便于对变倍扩束镜20的输出端位置进行调节，同时，使用此调节架10依次完成对变倍扩束镜20的准直和指向性调节，结构简单，效率高，调节维护方便。
如图11和图12所示，在本发明的一些实施例中，固定件14包括底板141和侧板142，侧板142安装于底板141上，第一调节机构11穿过侧板142与调节板13连接。第二调节机构12安装于底板141上。
如图11和图12所示，在本发明的一些实施例中，第一调节机构11包括两个第一调节螺杆111，调节板13的侧边设置有螺纹孔，两个第一调节螺杆111穿过侧板142与螺纹孔连接。通过改变第一调节螺杆111在螺纹孔中的旋进量改变调节板13的角度。
如图11和图12所示，在本发明的一些实施例中，第二调节机构12包括多个第二调节螺杆121，多个第二调节螺杆121分别安装于底板141的两端，且第二调节螺杆121一端穿过调节板13。具体地，调节板13一端安装有一个第二调节螺杆121，另一端安装有两个第二调节螺杆121，两端的第二调节螺杆121形成三角形，便于调节板13的稳定。
如图11和图12所示，在本发明的一些实施例中，调节架10还包括第一复位件15和第二复位件16，调节板13的侧边通过第一复位件15与侧板142连接。第二复位件16设置在调节板13两端，调节板13通过第二复位件16与底板141连接。具体地，第一复位件15和第二复位件16均为弹簧，通过第一复位件15和第二复位件16保持调节板13的位置和实现复位，结构简单，效率高，调节维护方便。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
在本实施例中，将变倍扩束镜20安装在调节架10上，放置在光路中，对扩束镜进行准直调节，在变倍扩束镜20的后光路中设置光斑分析仪，光斑分析仪与变倍扩束镜20的距离为1.2m，此时，变倍扩束镜20的倍率为1.0倍，光斑分析仪上显示光斑能量中心坐标值，记录第一坐标值，如图2。
移动第二透镜22和第三透镜23，使变倍扩束镜20的倍率扩大至1.6倍，获得光斑能量中心的第二坐标值，如图3。
第一坐标值与第二坐标值的之间的距离值为偏差值，距离值在预设范围外，通过调节架10调节第四透镜24即输出镜的位置，使光斑能量中心接近第一坐标值，获得第三坐标值，第三坐标值与第一坐标值的距离值在预设范围内时，指向调试完成，如图4。
移动第二透镜22和第三透镜23，使变倍扩束镜20的倍率扩大至2倍，获得光斑能量中心的第四坐标值，如图5。
移动第二透镜22和第三透镜23，使变倍扩束镜20的倍率扩大至3倍，获得光斑能量中心的第五坐标值，如图6。
经检查光斑分析仪获得的光斑能量中心的第四坐标值和第五坐标值与第一坐标值的距离值均在预设范围内。
对比例1
在本实施例中，将变倍扩束镜20安装在调节架10上，放置在光路中，通过光阑对扩束镜进行准直调节，记录准直调节后在1.0倍率下，变倍扩束镜20的入口和出口的光斑图，如图7和图8所示。
将光斑分析仪与变倍扩束镜20的距离增加至1.2m，变倍扩束镜20的倍率扩大至1.1倍率后，得到如图9所示的光斑图。
然后将变倍扩束镜20的倍率扩大至1.5倍率后，得到如图10所示的光斑图。
根据对比例1测试结果图7-图10可知，经过准直调节后，光路同轴，但在改变光路距离和变倍扩束镜20倍率后，变倍扩束镜20的指向性具有明显的偏差值，变倍扩束镜20通过光阑进行小孔衍射以对扩束镜的准直进行调节，光路变长之后，小孔衍射效果变差，无法对变倍扩束镜20的指向性偏差进行调节。根据实施例1的测试结果可知，通过本发明的变倍扩束镜光束指向性的调试方法可对变倍扩束镜20的指向性进行调节，通过二次校验，保证调节精度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。