一種測量激光光束質量的裝置、方法及光路準直方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種測量激光光束質量的裝置、方法及光路準直方法，解決了現有激光光束質量測量系統放置激光器后需要花費大量時間進行手動準直的問題。本發明專利技術包括激光器，第一衰減片，第二衰減片，全反射棱鏡，反射鏡，圖像采集模塊，光束傳輸距離調節模塊，光束傳輸角度調節模塊，數據處理模塊。本發明專利技術通過光束傳輸距離調節模塊和數據處理模塊測量出不同光束傳輸距離下的光斑中心位置計算出光束偏離角度，從而通過光束傳輸角度調節模塊對激光光束傳輸方向進行調整，達到使激光光束能夠垂直入射到圖像采集模塊的目的，實現自動準直的功能。因為采用了自動準直，相較人工準直，這樣也提高了測量精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光學輻射定標測量儀器領域，更具體地，涉及。
技術介紹
隨著激光技術的不斷發展及高科技激光產品(如激光加工機、激光治療儀等)的不斷出現，人們對激光光束質量的要求也越來越高，而在激光光束質量的測量評價中，衍射極限因子法即M2因子法是目前非常有用和常見的一種光束質量測量方法。市面上現有的激光光束質量測量儀器，如德國Cinogy公司的CinSquare光束質量因子(M2)測量系統，這套系統由可調衰減系統、聚焦鏡、高精度的自動導軌以及CCD/CM0S光束分析儀等組成。為了確保最高的準確性和精確度，其全部的測量分析過程由Cinogy公司研發的軟件RayCi自動跟蹤控制。這雖然實現激光光束質量的自動測量，但是在更換激光器后，我們依然需要在光束的準直過程中花費大量的時間，這給我們的測量帶來了極大的不便。
技術實現思路
針對現有技術的缺陷，本專利技術提供了一種測量激光光束質量的裝置，其目的在于提高激光光束質量的測量精度；同時解決了現有技術中測量激光光束質量時需要在光束的準直過程中花費大量時間的技術問題。本專利技術提供了一種測量激光光束質量的裝置，包括激光器，圖像采集模塊，反射鏡，全反射棱鏡，第一衰減片，第二衰減片，光束傳輸距離調節模塊，光束傳輸角度調節模塊和數據處理模塊；所述反射鏡與所述光束傳輸角度調節模塊固定連接，通過所述光束傳輸角度調節模塊調節所述反射鏡的偏轉角度來控制光束傳輸角度；所述全反射棱鏡設置在光束傳輸距離調節模塊上，通過所述全反射棱鏡在所述光束傳輸距離調節模塊上移動來控制光束傳輸距離；所述第一衰減片、所述第二衰減片和所述圖像采集模塊依次設置在所述全反射棱鏡的反射光路上；所述圖像采集模塊、所述光束傳輸距離調節模塊和所述光束傳輸角度調節模塊分別與所述數據處理模塊連接；所述激光器輸出的光束經所述反射鏡反射后入射至所述全反射棱鏡，經所述全反射棱鏡反射的光依次通過所述第一衰減片和第二衰減片后入射至所述圖像采集模塊；所述圖像采集模塊采集不同傳輸距離的光斑信號，數據處理模塊對光斑信號進行處理，當光斑飽和時反饋控制所述第二衰減片對光斑強度進行調節；當光斑不飽和時，控制所述光束傳輸距離調節模塊對光束傳輸距離進行調節；判斷光束是否準直，若否則控制傳輸角度調節模塊對光束傳輸角度進行調節；若是則獲得光束質量參數。其中，所述數據處理模塊包括光斑飽和判斷單元、光斑參數計算單元、第一控制單元、角度計算單元、第二控制單元、準直判斷單元和光束質量參數計算單元；光斑飽和判斷單元用于接收所述圖像采集模塊采集的光斑信號，并根據光斑信號的光強來判斷光斑是否飽和，飽和時反饋控制所述第二衰減片；光斑參數計算單元用于當光斑不飽和時計算光斑信號的中心值及光斑直徑；第一控制單元用于當光斑不飽和時控制傳輸距離調節模塊調節光束傳輸距離；角度計算單兀用于根據光斑信號的中心值和光束傳輸距離獲得光束傳輸角度；準直判斷單元用于將光束傳輸角度與設定的角度閾值進行比較；第二控制單元用于當光束傳輸角度大于角度閾值時，控制所述光束傳輸角度調節模塊對光束傳輸角度進行調節；光束質量參數計算單元用于當光束傳輸角度小于等于角度閾值時，根據光斑直徑和光束傳輸距離獲得光束質量參數。其中，光束傳輸角度調節模塊包括俯仰調節單元和水平調節單元；俯仰調節單元用于根據第二控制單元輸出的俯仰角調節信號控制所述反射鏡在俯仰方向的偏轉；水平調節單元用于根據第二控制單元輸出的水平角調節信號控制所述反射鏡在水平方向的偏轉。其中，所述第二衰減片為透過率可調的衰減片。本專利技術還提供了一種基于上述的裝置的光路準直方法，包括下述步驟:SI將全反射棱鏡沿著同一個方向移動至少兩次，獲得不同的光束傳輸距離以及與光束傳輸距離對應的光斑中心值；S2根據不同的光束傳輸距離以及與光束傳輸距離對應的光斑中心值獲得當前光束傳輸角度；S3判斷當前光束傳輸角度是否小于設定的角度閾值，若否則轉入步驟S4;若是，則準時完成；S4通過光束傳輸角度調節模塊調節反射鏡偏轉所述當前光束傳輸角度，并返回至步驟SI。其中，所述角度閾值為0.5度。本專利技術還提供了一種測量激光光束質量的方法，包括下述步驟:(I)通過將全反射棱鏡設置在預先設定的初始位置獲得光束傳輸距離的初始值；(2)采集全反射棱鏡位于初始位置時的光斑信號；(3)根據光斑信號的光強來判斷光斑是否飽和，若否則轉入步驟(5);若是轉入步驟⑷；(4)通過第二衰減片調節光斑強度并轉入步驟(2);(5)對光路進行準直調節；(6)將全反射棱鏡沿著同一個方向多次移動,實時米集全反射棱鏡位于不同位置時的光斑信號，并利用所述光束傳輸距離的初始值獲得不同的光束傳輸距離以及與光束傳輸距離對應的光斑直徑；(7)判斷采集次數是否達到設定的次數閾值，若否則返回步驟(6)，若是則轉入步驟⑶；(8)根據不同的光束傳輸距離以及與光束傳輸距離對應的光斑直徑并采用雙曲線擬合方法獲得光束質量參數。其中，步驟(5)具體為:(5.1)將全反射棱鏡沿著同一個方向移動至少兩次，獲得不同的光束傳輸距離以及與光束傳輸距離對應的光斑中心值；(5.2)根據不同的光束傳輸距離以及與光束傳輸距離對應的光斑中心值獲得當前光束傳輸角度；(5.3)判斷當前光束傳輸角度是否小于設定的角度閾值，若否則轉入步驟(5.4)；若是，則準時完成；(5.4)通過光束傳輸角度調節模塊調節反射鏡偏轉所述當前光束傳輸角度，并返回至步驟(5.1)。其中，所述次數閾值為15。通過本專利技術構思的以上技術方案，與現有技術相比，由于采用了全反射棱鏡，這樣解決了由于步進電機運動導致的在水平方向上的誤差，同時在步進電機移動相同距離下加倍的激光光束的移動距離，一方面節約了成本，另一方面相對較大的光束移動距離也可以提高激光光束質量的測量精度。目前的激光光束質量測量一般都是采用手動準直的，這樣我們就需要花費大量的時間來進行準直，并且準直效果也不一定會很好，而采用了自動準直，因為定量的限定了激光斜入射角度，可以穩定的將激光光束入射角度限定在很小的一個角度上，這樣相對手動準直來說也提高了我們激光光束質量的測量精度。【附圖說明】圖1是本專利技術實施例提供的測量激光光束質量的裝置的結構原理框圖；圖2是本專利技術數據處理模塊成員圖；圖3是本專利技術測量激光光束質量的方法的實現流程圖；圖4是本專利技術測量激光光束質量的方法中準直算法實現流程圖；圖5是準直過程中角度計算示意圖；圖6是本專利技術實施例提供的測量激光光束質量的方法的實現流程圖；圖7是本專利技術實施例提供的測量激光光束質量的方法中準直算法實現流程圖。【具體實施方式】為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術提出一種全自動的激光光束質量測量系統裝置，解決現有激光光束質量測量系統放置激光器后花費大量時間準直的問題。本專利技術實施例提供的全自動的激光光束質量測量裝置包括激光器1，圖像采集模塊2，反射鏡3，全反射棱鏡4，第一衰減片5，第二衰減片6，光束傳輸距離調節模塊7，光束傳輸角度調節模塊8，數據處理模塊9，其中光束傳輸距離調節模塊7與光束傳輸角度調節模塊8，均與數據處理模塊9相連，并由其控制運行距離與角度。全反射棱鏡4固定在光束本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種測量激光光束質量的裝置，其特征在于，包括激光器(1)，圖像采集模塊(2)，反射鏡(3)，全反射棱鏡(4)，第一衰減片(5)，第二衰減片(6)，光束傳輸距離調節模塊(7)，光束傳輸角度調節模塊(8)和數據處理模塊(9)；所述反射鏡(3)與所述光束傳輸角度調節模塊(8)固定連接，通過所述光束傳輸角度調節模塊(8)調節所述反射鏡(3)的偏轉角度來控制光束傳輸角度；所述全反射棱鏡(4)設置在光束傳輸距離調節模塊(7)上，通過所述全反射棱鏡(4)在所述光束傳輸距離調節模塊(7)上移動來控制光束傳輸距離；所述第一衰減片(5)、所述第二衰減片(6)和所述圖像采集模塊(2)依次設置在所述全反射棱鏡(4)的反射光路上；所述圖像采集模塊(2)、所述光束傳輸距離調節模塊(7)和所述光束傳輸角度調節模塊(8)分別與所述數據處理模塊(9)連接；所述激光器(1)輸出的光束經所述反射鏡(3)反射后入射至所述全反射棱鏡(4)，經所述全反射棱鏡(4)反射的光依次通過所述第一衰減片(5)和第二衰減片(6)后入射至所述圖像采集模塊(2)；所述圖像采集模塊(2)采集不同傳輸距離的光斑信號，數據處理模塊(9)對光斑信號進行處理，當光斑飽和時反饋控制所述第二衰減片(6)對光斑強度進行調節；當光斑不飽和時，控制所述光束傳輸距離調節模塊(7)對光束傳輸距離進行調節；判斷光束是否準直，若否則控制傳輸角度調節模塊(8)對光束傳輸角度進行調節；若是則獲得光束質量參數。...

【技術特征摘要】
1.一種測量激光光束質量的裝置，其特征在于，包括激光器(I)，圖像采集模塊(2)，反射鏡(3)，全反射棱鏡(4)，第一衰減片(5)，第二衰減片(6)，光束傳輸距離調節模塊(7)，光束傳輸角度調節模塊(8)和數據處理模塊(9)； 所述反射鏡(3)與所述光束傳輸角度調節模塊(8)固定連接，通過所述光束傳輸角度調節模塊(8)調節所述反射鏡(3)的偏轉角度來控制光束傳輸角度； 所述全反射棱鏡(4)設置在光束傳輸距離調節模塊(7)上，通過所述全反射棱鏡(4)在所述光束傳輸距離調節模塊(7)上移動來控制光束傳輸距離； 所述第一衰減片(5)、所述第二衰減片(6)和所述圖像采集模塊(2)依次設置在所述全反射棱鏡(4)的反射光路上； 所述圖像采集模塊(2)、所述光束傳輸距離調節模塊(7)和所述光束傳輸角度調節模塊(8)分別與所述數據處理模塊(9)連接； 所述激光器(I)輸出的光束經所述反射鏡(3)反射后入射至所述全反射棱鏡(4)，經所述全反射棱鏡(4)反射的光依次通過所述第一衰減片(5)和第二衰減片(6)后入射至所述圖像采集模塊(2); 所述圖像采集模塊(2)采集不同傳輸距離的光斑信號，數據處理模塊(9)對光斑信號進行處理，當光斑飽和時反饋控制所述第二衰減片(6)對光斑強度進行調節；當光斑不飽和時，控制所述光束傳輸距離調節模塊(7)對光束傳輸距離進行調節；判斷光束是否準直，若否則控制傳輸角度調節模塊(8)對光束傳輸角度進行調節；若是則獲得光束質量參數。2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數據處理模塊(9)包括光斑飽和判斷單元(91)、光斑參數計算單元(92)、第一控制單元(93)、角度計算單元(94)、第二控制單元(96)、準直判斷單元(95)和光束質量參數計算單元(97)； 光斑飽和判斷單元(91)用于接收所述圖像采集模塊(2)采集的光斑信號，并根據光斑信號的光強來判斷光斑是否飽和，飽和時反饋控制所述第二衰減片(6)； 光斑參數計算單元(92)用于當光斑不飽和時計算光斑信號的中心值及光斑直徑； 第一控制單元(93)用于當光斑不飽和時控制傳輸距離調節模塊(7)調節光束傳輸距離； 角度計算單元(94)用于根據光斑信號的中心值和光束傳輸距離獲得光束傳輸角度； 準直判斷單元(95)用于將光束傳輸角度與設定的角度閾值進行比較； 第二控制單元(96)用于當光束傳輸角度大于角度閾值時，控制所述光束傳輸角度調節模塊(8)對光束傳輸角度進行調節； 光束質量參數計算單元(97)用于當光束傳輸角度小于等于角度閾值時，根據光斑直徑和光束傳輸距離獲得光束質量參數。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙茗，柯義，楊振宇，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42