CN116586755A - 一种激光焦点校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焦点校准装置及方法，通过焦点偏差检测装置，实时检测激光束焦点位置与待加工件上表面的的距离信息，并通过信号数显模块进行显示，使操作人员无需观察激光束就可以获知激光束焦点的位置与待加工件上表面的位置关系；通过驱动装置实时根据对比数据控制升降装置运动从而达到控制加工平台上移或下移，实时调整待加工件与激光焦点之间的位置关系。

Description

一种激光焦点校准装置及方法

技术领域

本发明涉及激光加工领域，特别涉及一种激光焦点校准装置及方法。

背景技术

激光作为上世纪发明的新光源，它具有方向性好、亮度高、单色性好及高能量密度等特点，已广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科研等方面。激光加工作为激光***最常用的应用，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔、微加工及光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。其技术原理为激光束能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。其中为保证激光加工的最佳效果、最佳效率以及加工稳定性，需要确保激光束经过透镜聚焦后的焦点准确落在待加工产品表面。

在现有技术中，目前存在着以下的缺点：不能实时在线检测激光束焦点位置的变化，从而不能实时的调整激光束焦点的位置；不能自动判别激光束焦点位置偏离方向，不能与上位机数据反馈，自动化呈度低；现有的激光束焦点位置校正操作方法安全性不足，通常采用人眼直接观察调试，激光辐射对人眼具有一定的损害；当前行业内类似的专业辅助装置多为视觉模块，价格昂贵无法普及商业化；不能模块化结构设计，导致维护过替换成本昂贵；目前行业内激光加工工艺中，针对在聚焦后的焦点调试及确认的方式是通过反复加工样品的效果比较最佳的工艺条件，方法繁琐并且调试周期长。

发明内容

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种激光焦点校准装置及方法。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种激光焦点校准装置，包括：激光器、扩束装置、焦点偏差检测装置、反射聚焦装置、驱动装置、升降装置、加工平台；

激光器发射激光束；

扩束装置校准和扩大激光束；

焦点偏差检测装置透过激光束；

反射聚焦装置反射激光束并对激光束进行聚焦；

加工平台上放置待加工件，聚焦后的激光束加工待加工件，并产生辐射光束，辐射光束沿激光束传播方向逆向传播；

反射聚焦装置反射辐射光束至焦点偏差检测装置；

焦点偏差检测装置对辐射光束进行焦点偏差检测获得探测数据，并对探测数据进行放大；

焦点偏差检测设备显示放大后的探测数据，焦点偏差检测装置将探测数据进行对比获得对比数据，并将对比数据传输至驱动装置；

驱动装置根据对比数据控制升降装置上移或下移加工平台。

此技术方案中，焦点偏差检测装置检测激光束焦点所在位置与待加工件的表面所在的水平面是否存在偏差并显示探测数据，使操作人员无需观察激光束得到激光束焦点位置与待加工件上表面的水平面之间的情况，从而避免激光束对人眼造成伤害。通过驱动装置控制升降装置自动调试待加工件上表面与激光束焦点的之间的距离，使激光束焦点与待加工件上表面处于最佳位置，实现激光束焦点自动校准，从而避免了传统方法中的反复比较的繁琐操作并缩减了调试周期。激光焦点校准装置自动化呈度高，并通过对焦点偏差检测装置的模块设计降低了维护成本和替换成本。

在一些实施方式中，焦点偏差检测装置包括壳体、合束镜、聚焦镜、半反半透镜、第一小孔光栅片、第二小孔光栅片、第一探测装置、第二探测装置、信号放大器模块、信号数显模块；

聚焦镜与合束镜呈45°，半反半透镜与合束镜平行，第一小孔光栅片、第一探测装置与聚焦镜平行，第二小孔光栅片、第二探测装置与聚焦镜呈90°，第一探测装置、第二探测装置设置于壳体内壁上，信号放大器模块设置于壳体底部，信号数显模块设置于壳体上侧。

此技术方案中，合束镜将辐射光束呈45度反射，使辐射光束的轨迹改变从而使聚焦镜可以接收到辐射光束，聚焦镜将辐射光束进行聚焦，聚焦的辐射光束经过半反半透镜，其中一半的辐射光束透过半反半透镜，并经过第一小孔光栅片的滤光，将辐射光束投射至第一探测装置；另一半的辐射光束经过半反半透镜的反射，并经过第二小孔光栅片的滤光，将辐射光束投射至第二探测装置，第一探测装置和第二探测装置分别将投射的辐射光束的探测数据传输至信号放大器模块，信号放大器模块将第一探测装置传输的数据和第二探测装置传输的探测数据进行放大并对比，将对比数据分别传输至信号数显模块和驱动装置，信号数显模块将放大后的探测数据，使操作人员无需使用人眼直接观察激光束就可以得到激光焦点位置相对于待加工件上表面位置的情况。

在一些实施方式中，辐射光束沿激光束传播路径反向传播至焦点偏差检测装置；

合束镜与幅射光束呈45°，合束镜呈90°反射辐射光束；

聚焦镜聚焦辐射光束，半反半透镜在辐射光束形成焦点前透过一半幅射光束，形成第一辐射光束，第一幅射光束形成焦点之前穿过第一小孔光栅片，投射至第一探测装置；

半反半透镜在辐射光束形成焦点前呈90°反射一半辐射光束，形成第二辐射光束，第二辐射光束在形成焦点之后穿过第二小孔光栅片，投射至第二探测装置。

此技术方案中，合束镜呈90°反射辐射光束，有利于将辐射光束和激光束的光路进行分离，将辐射灌输分离为第一辐射光束和第二辐射光束，有利于进一步反推出激光束焦点和待加工件上表面的相对位置。第一小孔光栅片和第二小孔光栅片的设置有利于在激光束焦点和待加工件上表面的相对位置不处于同一水平面的情况下，分别对第一辐射光束和第二辐射光束进行滤光，使第一辐射光束和第二辐射光束照射在第一探测装置和第二探测装置上的强度不一致。

在一些实施方式中，第一探测装置、第二探测装置连接信号放大器模块，第一探测装置根据投射到第一探测装置上的第一幅射光束的强度获得第一探测数据，第二探测装置投射到第二探测装置上的第二幅射光束的强度获得第二探测数据，信号放大器模块将第一探测数据、第二探测数据进行放大并传输至信号数显模块，信号数显模块显示放大后的第一探测数据、第二探测数据，信号放大器模块对第一探测数据、第二探测数据进行差值比较获得对比数据。

此技术方案中，第一探测装置、第二探测装置连接信号放大器模块，便于第一探测装置和第二探测装置分别将第一探测数据和第二探测数据传输至信号放大器模块，信号放大器模块放大第一探测数据和第二探测数据，便于展示出第一探测数据和第二探测数据的差异，信号放大器模块对记忆探测数据和第二探测数据进行差值比较获得对比数据，便于确定或者激光焦点与待加工件之间的关系。

在一些实施方式中，比对数据为第一探测数据减第二探测数据。

此技术方案中，使用第一探测数据减第二探测数据，来判断激光束焦点与待加工件上表面之间的位置关系。

在一些实施方式中，若对比数据为正值，则驱动装置控制升降装置上移加工平台；

若对比数据为负，则驱动装置控制升降装置下移加工平台；

若对比数据为0，则加工平台不移动。

此技术方案中，若对比数据为正值，表示激光束焦点处于加工件上表面的下侧，则驱动装置控制升降装置上移加工平台；若对比数据为负，表示激光束焦点处于待加工件上表面的上侧，则驱动装置控制升降装置下移加工平台；若对比数据为0，表示激光束焦点与待加工件上表面处于同一水平面，则加工平台不移动。

在一些实施方式中，对比数据为第二探测数据减第一探测数据。

在一些实施方式中，若对比数据为正，则驱动装置控制升降装置下移加工平台；

若对比数据为负，则驱动装置控制升降装置上移加工平台；

若对比数据为0，则加工平台不移动。

此技术方案中，若对比数据为正，表示激光束焦点处于待加工件上表面的上侧，则驱动装置控制升降装置下移加工平；若对比数据为负，表示激光束焦点处于加工件上表面的下侧，则驱动装置控制升降装置上移加工平台；若对比数据为0，表示激光束焦点与待加工件上表面处于同一水平面，则加工平台不移动。

在一些实施方式中，信号放大器模块连接信号数显模块、驱动装置，信号放大器模块将放大后的第一探测数据和第二探测数据传输值信号数显模块，信号数显模块显示放大后的第一探测数据和第二探测数据，信号放大器模块将对比数据传输至驱动装置，驱动装置根据对比数据控制升降装置上升或下移加工平台。

此技术方案中，信号放大器模块将放大后的探测数据传输至信号数显模块，信号数显模块展示对放大后的探测数据，操作人员可以直接观察信号数显模块显示的数据获知激光束焦点与待加工件上表面之间的距离状态；信号放大器模块将探测数据进行对比获得对比数据，并将对比数据传输至驱动装置，驱动装置根据对比数据控制升降装置运动来控制加工台上移或下移，从而控制待加工件上移或下移，达到控制激光束焦点与待加工件之间的距离的调试。

在一些实施方式中，辐射光束包括第一最小束腰点和第二最小束腰点，第一最小束腰点位于第一小孔光栅片与第一探测装置之间，第二小孔光栅片设置于第二探测装置与第二最小束腰点之间，第一探测装置与第一最小束腰点之间的距离等于第二与第二最小束腰点之间的距离。

此技术方案中，第一最小束腰点位于第一小孔光栅片与第一探测装置之间，第二小孔光栅设置于第二探测装置与第二最小束腰点之间，有利于在激光束焦点位置与待加工件上表面未处于同一水平面时，辐射光束经过半反半透镜后第一最小束腰点位置、第二最小束腰点的位置与激光束焦点位置和待加工件上表面处于同一水平面的情况下的第一最小束腰点位置、第二最小束腰点位置出现偏差，光栅片小孔可以对其中发散较大的辐射光束进行滤光，从而使投射至第一探测装置和第二探测装置上的辐射光束的强度不一样；第一探测装置与第一最小束腰点之间的等于第二探测装置与第二最小束腰点之间的距离，排除辐射光束到达第一探测装置和第二探测装置的光呈不一致所带来的误差。

在一些实施方式中，合束镜透过激光束，合束镜反射辐射光束。

此技术方案中，激光束正常透过合束镜之后加工待加工件，辐射光束逆向传播至合束镜，合束镜将辐射光束反射至聚焦镜，改变辐射光束的传播方向。

在一些实施方式中，反射聚焦装置包括振镜和场镜，振镜内部设置有反射镜，反射镜用于将激光束进行与原传播方向呈90°的反射。

此技术方案中，反射镜用于反射激光束和辐射光束，场镜用于对激光束进行聚焦。

在一些实施方式中，反射聚焦装置包括激光切割头和激光聚焦镜，激光切割头设置有内部反射镜，内部反射镜用于将激光束进行与原传播方向呈90°的反射，激光聚焦镜用于聚焦激光束。

此技术方案中，内部反射镜用于反射激光束和辐射光束，聚焦镜用于对激光束进行聚焦。

在一些实施方式中，升降装置包括底座和升降杆，加工平台沿升降杆上移或下移，升降杆固定于底座。

此技术方案中，底座使激光焦点校准装置更加稳固的放置，升降杆用于为加工平台的运动进行导向。

本发明还提供一种激光焦点校准方法，包括：激光器、扩束装置、焦点偏差检测装置、反射聚焦装置、驱动装置、升降装置、加工平台；

激光器发射激光束；

扩束装置校准和扩大激光束；

焦点偏差检测装置透过激光束；

反射聚焦装置反射激光束并对激光束进行聚焦；

加工平台上放置待加工件，聚焦后的激光束加工待加工件，并产生辐射光束，辐射光束沿激光束传播方向逆向传播；

反射聚焦装置反射辐射光束至焦点偏差检测装置；

焦点偏差检测装置对辐射光束进行焦点偏差检测获得探测数据，并对探测数据进行放大；

焦点偏差检测设备显示放大后的探测数据，焦点偏差检测装置将探测数据进行对比获得对比数据，并将对比数据传输至驱动装置；

驱动装置根据对比数据控制升降装置上移或下移加工平台。

在一些实施方式中，焦点偏差检测装置包括壳体、合束镜、聚焦镜、半反半透镜、第一小孔光栅片、第二小孔光栅片、第一探测装置、第二探测装置、信号放大器模块、信号数显模块；

聚焦镜与合束镜呈45°，半反半透镜与合束镜平行，第一小孔光栅片、第一探测装置与聚焦镜平行，第二小孔光栅片、第二探测装置与聚焦镜呈90°，第一探测装置、第二探测装置设置于壳体内壁上，信号放大器模块设置于壳体底部，信号数显模块设置于壳体上侧。

在一些实施方式中，焦点偏差检测设备包括合束镜、聚焦镜、半反半透镜、第一小孔光栅片、第二小孔光栅片、第一探测装置、第二探测装置、信号放大器模块，辐射光束沿激光束传播路径反向传播至焦点偏差检测装置，合束镜与幅射光束呈45°，合束镜呈90°反射辐射光束，聚焦镜聚焦辐射光束，半反半透镜在辐射光束形成焦点前透过一半幅射光束，形成第一辐射光束，第一幅射光束形成焦点之前穿过第一小孔光栅片，投射至第一探测装置；半反半透镜在辐射光束形成焦点前呈90°反射一半辐射光束，形成第二辐射光束，第二辐射光束在形成焦点之后穿过第二小孔光栅片，投射至第二探测装置。

在一些实施方式中，第一探测装置、第二探测装置连接信号放大器模块，第一探测装置根据投射到第一探测装置上的第一幅射光束的强度获得第一探测数据，第二探测装置投射到第二探测装置上的第二幅射光束的强度获得第二探测数据，信号放大器模块将第一探测数据、第二探测数据进行放大并传输至信号数显模块，信号数显模块显示放大后的第一探测数据、第二探测数据，信号放大器模块对第一探测数据、第二探测数据进行差值比较获得对比数据。

在一些实施方式中，比对数据为第一探测数据减第二探测数据。

在一些实施方式中，若对比数据为正值，则驱动装置控制升降装置上移加工平台；

若对比数据为负，则驱动装置控制升降装置下移加工平台；

若对比数据为0，则加工平台不移动。

在一些实施方式中，对比数据为第二探测数据减第一探测数据。

在一些实施方式中，若对比数据为正，则驱动装置控制升降装置下移加工平台；

若对比数据为负，则驱动装置控制升降装置上移加工平台；

若对比数据为0，则加工平台不移动。

在一些实施方式中，信号放大器模块连接信号数显模块、驱动装置，信号放大器模块将放大后的第一探测数据和第二探测数据传输值信号数显模块，信号数显模块显示放大后的第一探测数据和第二探测数据，信号放大器模块将对比数据传输至驱动装置，驱动装置根据对比数据控制升降装置上升或下移加工平台。

在一些实施方式中，辐射光束包括第一最小束腰点和第二最小束腰点，第一最小束腰点位于第一小孔光栅片与第一探测装置之间，第二小孔光栅片设置于第二探测装置与第二最小束腰点之间，第一探测装置与第一最小束腰点之间的距离等于第二探测装置与第二最小束腰点之间的距离。

在一些实施方式中，合束镜透过激光束，合束镜反射辐射光束。

在一些实施方式中，反射聚焦装置包括振镜和场镜，振镜内部设置有反射镜，反射镜用于将激光束进行与原传播方向呈90°的反射。

在一些实施方式中，反射聚焦装置包括激光切割头和激光聚焦镜，激光切割头设置有内部反射镜，内部反射镜用于将激光束进行与原传播方向呈90°的反射，激光聚焦镜用于聚焦激光束。

在一些实施方式中，升降装置包括底座和升降杆，加工平台沿升降杆上移或下移，升降杆固定于底座。

本发明的有益效果是，通过激光焦点偏差检测装置对辐射光束的对比分析，实时检测激光束焦点与待加工件上表面的相对位置，信号数显模块实时显示探测数据，操作人员可以根据信号数显模块所显示的数据获知激光束焦点位置与待加工件上表面的位置关系，无需直接观察激光束，从而避免了激光束对人眼的伤害；驱动装置可以同时根据探测数据的对比来实时控制升降装置上下移动来控制加工台上移或下移，使激光束焦点与待加工件的相对位置处于最佳位置，此过呈由激光加工装置实时完成，从而避免了传统方法中的反复比较的繁琐操作并缩减了调试周期，自动化呈度高，并通过模块设计降低了维护成本和替换成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的振镜模式激光焦点校准装置示意图；

图2为本发明一实施例的激光切割头模式激光焦点校准装置示意图；

图3为本发明一实施例的振镜内部结构图；

图4为本发明一实施例的焦点偏差检测装置俯视图一；

图5为本发明一实施例的焦点偏差检测装置俯视图二；

图6为本发明一实施例的激光经过合束镜路径示意图；

图7为本发明一实施例的激光束焦点位置与待加工件上表面位于同一水平面辐射光束传播示意图；

图8为本发明一实施例的激光束焦点位置位于待加工件上表面下方辐射光束传播示意图；

图9为本发明一实施例的本实施例为激光束焦点位置位于待加工件上表面上方辐射光束传播示意图；

图中：1激光器，11激光束；

2扩束装置；

3焦点偏差检测装置，30壳体，31合束镜，32聚焦镜，33半反半透镜，34第一小孔光栅片，341第一中心孔径，35第二小孔光栅片，351第二中心孔径，36第一探测装置，37第二探测装置，38信号放大器模块，39信号数显模块；

4驱动装置；

5升降装置，51底座，52升降杆；

6反射聚焦装置，61振镜，611反射镜，62场镜，64激光切割头，641内部反射镜，65激光聚焦镜；

7加工平台，71待加工件；

81底板，82激光器固定座，83扩束装置固定座；

9辐射光束，91聚焦辐射光束，92第一辐射光束，921第一最小束腰点，93第二辐射光束，931第二最小束腰点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

结合附图1、附图2所示，本实施例提供一种激光焦点校准装置，图1中示出，激光焦点校准装置包括：激光器1、扩束装置2、焦点偏差检测装置3、驱动装置4、升降装置5、反射聚焦装置6、加工平台7，其中：

激光器1，激光器1用于发射激光束11；

扩束装置2，激光器1与扩束装置2平行设置且激光器1中心点与扩束装置2中心点位于同一水平直线上，扩束装置2用于校准和扩大激光束；

焦点偏差检测装置3，焦点偏差检测装置3进行激光焦点偏差检测获得探测数据，焦点偏差检测装置3显示探测数据，焦点偏差检测装置3将探测数据进行对比获得对比数据；

加工平台7，加工平台7用于放置待加工件71，激光束11加工待加工件71生成辐射光束9；

升降装置5，加工平台7设置于升降装置5上，升降装置5用于对加工平台7进行上升或下移操作；

驱动装置4，焦点偏差检测装置3连接驱动装置4，驱动装置4连接升降装置5，驱动装置4控制升降装置5上移或下移加工平台7，焦点偏差检测装置3将对比数据传输至驱动装置4；

反射聚焦装置6，反射聚焦装置6用于对激光束11进行反射和聚焦，使激光束11形成焦点；反射聚焦装置6还将辐射光束9反射至焦点偏差检测装置3。

上述各装置的工作过呈为：激光器1发射激光束11，扩束装置2校准和扩大激光束11，焦点偏差检测装置3透过激光束11，反射聚焦装置6反射激光束11并对激光束11进行聚焦，加工平台7上放置待加工件71，聚焦后的激光束11加工待加工件71，并产生辐射光束9，辐射光束9沿激光束11传播方向逆向传播，反射聚焦装置6反射辐射光束至焦点偏差检测装置3，焦点偏差检测装置3对辐射光束9进行焦点偏差检测获得探测数据，并对探测数据进行放大和显示，焦点偏差检测装置3将探测数据进行对比获得对比数据，并将对比数据传输至驱动装置4，驱动装置4根据对比数据控制升降装置5上移或下移加工平台7。

焦点偏差检测装置3检测激光束11焦点的位置与待加工件71的表面所在的水平面是否存在偏差并显示探测数据，使操作人员无需观察激光束11得到激光束11焦点位置与待加工件71表面所在的水平面之间的情况，从而避免激光束11对人眼造成伤害。通过驱动装置4控制升降装置5自动调试待加工件71表面与激光束11焦点的之间的距离，使激光束11焦点位置与待加工件71表面处于最佳位置，实现激光束11焦点自动校准，从而避免了传统方法中的反复比较的繁琐操作并缩减了调试周期。本实施例中的激光焦点校准装置自动化呈度高，并通过对激光焦点校准装置的模块设计降低了维护成本和替换成本。

继续结合附图4、附图5、附图7，图4中示出，在一些实施方式中，焦点偏差检测装置3包括壳体30、合束镜31、聚焦镜32、半反半透镜33、第一小孔光栅片34、第二小孔光栅片35、第一探测装置36、第二探测装置37、信号放大器模块38、信号数显模块39。

合束镜31、聚焦镜32、半反半透镜33、第一小孔光栅片34、第二小孔光栅片35、第一探测装36置、第二探测装置37设置于壳体内30，聚焦镜32与合束镜31呈45°，半反半透镜33与合束镜31平行设置，第一小孔光栅片34、第一探测装置36与聚焦镜32平行设置，第二小孔光栅片35、第二探测装置37与聚焦镜32呈90°设置，第一小孔光栅片34具有第一中心孔径341，第二小孔光栅片35具有第二中心孔径351，第一探测装置36、第二探测装置37设置于壳体30内壁上，信号放大器模块38设置于壳体30底部，信号数显模块39设置于壳体30上侧。

继续结合附图3、附图4所示，图3中示出，在一些实施方式中，待加工件71在进行激光加工时产生辐射光束，辐射光束9被待加工件71表面反射，并沿激光传播方向逆向传播进入焦点偏差检测装置，合束镜与幅射光束呈45°，合束镜31呈90°反射辐射光束，反射后的辐射光束9经过聚焦镜32的聚焦，形成聚焦辐射光束91，聚焦辐射光束91经过半反半透镜33，一半辐射光束透过半反半透镜33，形成第一辐射光束92，第一辐射光束91经过第一小孔光栅片34的第一中心孔径341，投射第一探测装置36；另一半辐射光束9被半反半透镜33的反射形成第二辐射光束93，第二辐射光束93经过第二小孔光栅片35的第二中心孔径351，并投射至第二探测装置37。

在一些实施方式中，以光呈表示本实施例中的幅射光束的传播距离，则辐射光束9从聚焦镜32投射至第一探测装置36的光呈等于辐射光束9从聚焦镜32投射至第二探测装置37的光呈，第一探测装置36、第二探测装置37根据投射的第一辐射光束和第二辐射光束的强度，分别探测到第一探测数据和第二探测数据的光强度信号。

第一探测装置和第二探测装置将第一探测数据和第二探测数据传输至信号放大器模块38，信号放大器模块38将第一探测数据和第二探测数据放大和对比。

信号放大器模块38将放大后的第一探测数据和第二探测数据传输值信号数显模块39进行显示，将第一探测数据与第二探测数据进行对比获得的对比数据传输至驱动装置4，驱动控制器根据信号放大器模块38传输的对比数据，通过控制升降装置5的运动来控制加工台上移或下移。

在一些实施方式中，第一探测装置36、第二探测装置37连接信号放大器模块38，第一探测装置36和第二探测装置37将第一探测数据和第二探测数据发送至信号放大器模块38，信号放大器模块将第一探测数据、第二探测数据进行放大并传输至信号数显模块，信号数显模块39显示放大后的第一探测数据、第二探测数据，信号放大器模块38对第一探测数据、第二探测数据进行差值比较获得对比数据。

在一些实施方式中，对比数据为第一探测数据减第二探测数据。

例如,第一探测数据为x＝10，第二探测数据y＝15，但本申请对第一探测数据、第二探测数据的值不做限制，后文以第一探测数据为10，第二探测数据为15进行说明。以z表示对比数据，则设置差值比较公式为：z＝x-y，将x＝10，y＝15代入公式计算得出：z＝10-15，得出z＝-5，即对比数据为-5。

在上述实施例中，若对比数据为正值，表示激光束焦点处于待加工件71上表面的下侧，则驱动装置4控制升降装置5上移加工平台7；

若对比数据为负，表示激光束焦点处于待加工件71上表面的上侧，则驱动装置4控制升降装置5下移加工平台7；

若对比数据为0，表示激光束焦点与待加工件71上表面处于同一水平面，则加工平台7不移动。

例如，设置移动距离为L，z的绝对值每增加1，移动2毫米，设置z的绝对值为a，则L＝2*a；在上述实施例中，计算所得的对比数据为z＝-5，则驱动装置控制升降装置下移加工平台，且a＝5，计算L＝2*5，得到L＝10，即驱动装置4控制升降装置5下移加工平台7十毫米。

在一些实施方式中，对比数据为第二探测数据减第一探测数据。

例如,第一探测数据为x＝10，第二探测数据y＝15，但本申请对第一探测数据、第二探测数据的值不做限制，后文以第一探测数据为10，第二探测数据为15进行说明。以z表示对比数据，则设置差值比较公式为：z＝y-x，将x＝10，y＝15代入公式计算得出：z＝15-10，得出z＝5，即对比数据为5。

在上述实施例中，若对比数据为正，表示激光束焦点处于待加工件71上表面的上侧，则驱动装置4控制升降装置5下移加工平台7；

若对比数据为负，表示激光束焦点处于加工件71上表面的下侧，则驱动装置4控制升降装置5上移加工平台7；

若对比数据为0，表示激光束焦点与待加工件71上表面处于同一水平面，则加工平台7不移动。

例如，设置移动距离为L，z的绝对值每增加1，移动2毫米，设置z的绝对值为a，则L＝2*a；在上述实施例中，计算所得的对比数据为z＝5，则驱动装置控制升降装置下移加工平台，且a＝5，计算L＝2*5，得到L＝10，即驱动装置4控制升降装置5下移加工平台7十毫米。

在一些实施方式中，信号放大器模块38连接信号数显模块39、驱动装置4，信号放大器模块38将放大后的第一探测数据和第二探测数据传输至信号数显模块39，信号数显模块39显示信号放大器模块38传输至此的放大之后的第一探测数据和第二探测数据，使工作人员无需观察激光束11就可以获知激光束11焦点相对于待加工件71表面的相对位置。

同时信号放大器模块38将第一探测数据和第二探测数据的对比数据传输至驱动装置4，驱动装置4控制升降装置5运动来控制加工平台7上移或下移，自动调试激光束11焦点与待加工件71之间的距离。

继续结合附图5所示，本实施例为本发明的焦点偏差检测装置俯视图二，图5中示出，在经过聚焦镜32之后，辐射光束9开始聚焦形成聚焦辐射光束91，聚焦辐射光束91将会产生最小束腰点，由于半反半透镜33将辐射光束9分为两束，透过半反半透镜33的为第一辐射光束92，经由半反半透镜33反射的为第二辐射光束93，因此辐射光束9经过聚焦镜32和半反半透镜33后产生两个最小束腰点。

辐射光束9最小束腰点包括第一最小束腰点921和第二最小束腰点931，第一最小束腰点921位于第一小孔光栅片34与第一探测装置36之间，第二小孔光栅片35设置于第二探测装置37与第二最小束腰点931之间，有利于在激光束焦点位置与待加工件上表面未处于同一水平面时，第一最小束腰点921位置、第二最小束腰点931的位置，与激光束焦点位置与待加工件上表面处于同一水平面时的第一最小束腰点921位置、第二最小束腰点931位置出现偏差，从而使第一小孔光栅片34和第二小孔光栅片35分别对第一辐射光束92和第二辐射光束93进行滤光之后，投射至第一探测装置36和第二探测装置37上的辐射光束的强度不一样。

第一探测装置36与第一最小束腰点921之间的距离等于第二探测装置37与第二最小束腰点931之间的距离，用以消除探测装置和最小束腰点之间的距离变量产生的影响。

继续结合附图5、附图6所示，在一些实施方式中，合束镜31透过激光束11，合束镜31反射辐射光束，图5中示出，辐射光束9被合束镜31反射，与原传播方向呈90°继续传播；图6中示出，激光光束，直接透过合束镜31，继续沿原传播方向传播。

继续结合附图1、附图3所示，在一些实施方式中，上述反射聚焦装置6采用振镜61和场镜62，图1中示出，激光束11传播至振镜61后，振镜61内部设置的反射镜611将激光束11进行与原传播方向呈90°的反射，并经过场镜62的聚焦后，形成激光束焦点加工待加工件71。

继续结合附图2所示，在一些实施方式中，上述反射聚焦装置6采用激光切割头64和激光聚焦镜65，图2中示出，激光束11传播至激光切割头64后，由激光切割头64设置的内部反射镜641进行反射，反射后的激光束11经过激光聚焦镜65进行聚焦后，形成激光束焦点加工待加工件71。

继续结合附图1、附图2所示，图1中示出，在一些实施方式中，升降装置5包括底座51和升降杆52，加工平台7沿升降杆52上移或下移，升降杆52固定于底座51。

继续结合附图1、附图2所示，图1中示出，在一些实施方式中，激光焦点校准装置还包括底板81、激光器固定座82、扩束装置固定座83，图1中示出，激光器固定座82、扩束装置固定座83、焦点偏差检测装置3固定于底板81上，激光器1固定于激光器固定座82，扩束装置2固定于扩束装置固定座83。

结合附图7所示，本实施例为本发明的激光束焦点位置与待加工件上表面位于同一水平面辐射光束传播示意图，图7中示出，激光束11焦点位置与待加工件71表面位于同一水平面，激光束11在加工待加工件71时产生的辐射光束9与激光束11重叠并沿激光束11传播方向逆向传播，直至合束镜31对辐射光束进行反射，并经过聚焦镜92后形成聚焦辐射光束91。

聚焦辐射光束91在产生最小束腰点之前经过半反半透镜33，一半聚焦辐射光束91透过半反半透镜33形成第一辐射光束92，第一辐射光束92形成第一最小束腰点921之后开始发散并通过第一小孔光栅片34的第一中心孔径341，第一辐射光束92边缘投射至第一探测装置36上。

另一半聚焦辐射光束91被半反半透镜33与原本的聚焦辐射光束91传播方向呈90°反射形成第二辐射光束93，第二辐射光束93透过第二小孔光栅片35的第二中心孔径351并形成第二最小束腰点931，第二辐射光束93形成第二束腰点931之后开始发散并投射至第二探测装置37。

继续结合附图8所示，本实施例为本发明的激光束焦点位置位于待加工件上表面下方辐射光束传播示意图，图8中示出，激光束11焦点位置所在的水平面，位于待加工件71表面所在的水平面的下侧，因此激光束11对待加工件71进行激光加工时，产生的辐射光束9先形成最小束腰点，然后发散并沿激光束11传播方向逆向传播，直至合束镜31对辐射光束进行呈90°的反射，辐射光束9传播至聚焦镜32进行聚焦形成聚焦辐射光束91。

在聚焦辐射光束91形成最小束腰点之前，经过半反半透镜33。其中一半的聚焦辐射光束91透过半反半透镜33形成第一辐射光束92，第一辐射光束92经过第一小孔光栅片34后形成第一最小束腰点921，第一辐射光束92在经过第一小孔光栅片34时，以束腰表示本申请实施例中辐射光束的宽度，则第一辐射光束92的束腰小于第一光栅片小孔的第一中心孔径341，因此第一辐射光束92可以全部穿过第一小孔光栅片34，并发散投射至第一探测装置36。

另一半聚焦辐射光束91经过半反半透镜33反射形成第二辐射光束93，第二辐射光束93传播至第二小孔光栅片35时，其束腰大于第二小孔光栅片35的第二中心孔径351，因此第二辐射光束93此时大于第二小孔光栅片35的第二中心孔径351的部分将会被过滤，投射至第二探测装置37的辐射光束的强度也会减弱。

继续结合附图9所示，本实施例为本发明的激光束焦点位置位于待加工件上表面上方辐射光束传播示意图，图9中示出，激光束11焦点位置所在的水平面，位于待加工件71表面所在的水平面的上侧，因此激光束11开始发散后才接触待加工件71的表面，从而导致所反射出的辐射光束9，相较于激光焦点处于最佳状态时的辐射光束9，提前发散，并沿激光束11传播路径逆向传播，直至合束镜31对辐射光束9进行呈90°的反射，辐射光束9传播至聚焦镜32进行聚焦形成聚焦辐射光束91。

在聚焦辐射光束91产生最小束腰点之前，经过半反半透镜33。其中一半的聚焦辐射光束91透过半反半透镜33形成第一辐射光束92，第一辐射光束92形成第一最小束腰点921之后开始发散，在第一辐射光束92到达第一小孔光栅片34时，第一辐射光束92的束腰大于第一小孔光栅片34的第一中心孔径341，因此第一辐射光束92此时大于第一小孔光栅片34的第一中心孔径341的部分将会被过滤，因此，第一辐射光束92经过第一小孔光栅片34之后投射至第一探测装置36上的辐射光束9强度将会减弱。

另一半聚焦辐射光束9经过半反半透镜33反射形成第二辐射光束93，第二辐射光束93在经过第二小孔光栅片35时，其束腰小于第二小孔光栅片35的第二中心孔径351，因此第二辐射光束93经过第二小孔光栅片35之后投射至第二探测装置37上的辐射光束强度未减弱。

本发明还提供一种激光焦点校准方法，包括激光器、扩束装置、焦点偏差检测装置、反射聚焦装置、驱动装置、升降装置、加工平台，各装置之间的工作过呈如上文所述。

综上，本申请实施例提供一种激光焦点校准装置及方法，通过焦点偏差检测装置3实时检测激光束11焦点位置相对于待加工件71表面的水平位置，通过信号数显模块39实时展示检测结果，操作人员可以通过信号数显模块39所显示的数据获知激光束11焦点相对于待加工件71表面的相对位置，无需直接观察激光束11，从而避免了激光束11对人眼的危害；驱动装置可以同时根据检测的对比数据来实时控制加工平台7上移或下移，使激光束11焦点与待加工件71的相对位置处于最佳位置，此过呈由激光加工设备实时完成，从而避免了传统方法中的反复比较的繁琐操作并缩减了调试周期，自动化呈度高，并通过模块设计降低了维护成本和替换成本。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (28)

1.一种激光焦点校准装置，其特征在于，包括：激光器、扩束装置、焦点偏差检测装置、反射聚焦装置、驱动装置、升降装置、加工平台；

所述激光器发射激光束；

所述扩束装置校准和扩大所述激光束；

所述焦点偏差检测装置透过所述激光束；

所述反射聚焦装置反射所述激光束并对所述激光束进行聚焦；

所述加工平台上放置待加工件，聚焦后的所述激光束加工所述待加工件，并产生辐射光束，所述辐射光束沿所述激光束传播方向逆向传播；

所述反射聚焦装置反射所述辐射光束至所述焦点偏差检测装置；

所述焦点偏差检测装置对所述辐射光束进行所述焦点偏差检测获得探测数据，并对所述探测数据进行放大；

所述焦点偏差检测设备显示所述放大后的探测数据，所述焦点偏差检测装置将所述探测数据进行对比获得对比数据，并将所述对比数据传输至所述驱动装置；

所述驱动装置根据所述对比数据控制所述升降装置上移或下移所述加工平台。

2.根据权利要求1所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述焦点偏差检测装置包括壳体、合束镜、聚焦镜、半反半透镜、第一小孔光栅片、第二小孔光栅片、第一探测装置、第二探测装置、信号放大器模块、信号数显模块；

所述聚焦镜与所述合束镜呈45°，所述半反半透镜与所述合束镜平行，所述第一小孔光栅片、所述第一探测装置与所述聚焦镜平行，所述第二小孔光栅片、所述第二探测装置与所述聚焦镜呈90°，所述第一探测装置、所述第二探测装置设置于所述壳体内壁上，所述信号放大器模块设置于所述壳体底部，所述信号数显模块设置于所述壳体上侧。

3.根据权利要求2所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述辐射光束沿所述激光束传播路径反向传播至所述焦点偏差检测装置；

所述合束镜与所述幅射光束呈45°，所述合束镜呈90°反射所述辐射光束；

所述聚焦镜用于聚焦所述辐射光束，所述半反半透镜在所述辐射光束形成焦点前透过一半所述幅射光束，形成第一辐射光束，所述第一幅射光束形成焦点之前穿过所述第一小孔光栅片，投射至所述第一探测装置；

所述半反半透镜在所述辐射光束形成焦点前呈90°反射一半辐射光束，形成第二辐射光束，所述第二辐射光束在形成焦点之后穿过所述第二小孔光栅片，投射至所述第二探测装置。

4.根据权利要求2所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述第一探测装置、所述第二探测装置连接所述信号放大器模块，所述第一探测装置根据投射到第一探测装置上的第一幅射光束的强度获得第一探测数据，所述第二探测装置投射到第二探测装置上的第二幅射光束的强度获得第二探测数据，所述信号放大器模块将所述第一探测数据、所述第二探测数据进行放大并传输至所述信号数显模块，所述信号数显模块显示所述放大后的所述第一探测数据、所述第二探测数据，所述信号放大器模块对所述第一探测数据、所述第二探测数据进行差值比较获得所述对比数据。

5.根据权利要求4所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述比对数据为第一探测数据减所述第二探测数据。

6.根据权利要求5所述的，其特征在于，若所述对比数据为正值，则所述驱动装置控制所述升降装置上移所述加工平台；

若所述对比数据为负，则所述驱动装置控制所述升降装置下移所述加工平台；

若所述对比数据为0，则所述加工平台不移动。

7.根据权利要求4所述的，其特征在于，所述对比数据为第二探测数据减所述第一探测数据。

8.根据权利要求7所述的，其特征在于，若所述对比数据为正，则所述驱动装置控制所述升降装置下移所述加工平台；

若所述对比数据为负，则所述驱动装置控制所述升降装置上移所述加工平台；

若所述对比数据为0，则所述加工平台不移动。

9.根据权利要求2所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述信号放大器模块连接所述信号数显模块、所述驱动装置，所述信号放大器模块将放大后的所述第一探测数据和第二探测数据传输值所述信号数显模块，所述信号数显模块显示放大后的所述第一探测数据和第二探测数据；信号放大器模块将所述对比数据传输至所述驱动装置，所述驱动装置根据所述对比数据控制所述升降装置上升或下移所述加工平台。

10.根据权利要求2所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述辐射光束包括第一最小束腰点和第二最小束腰点，所述第一最小束腰点位于所述第一小孔光栅片与所述第一探测装置之间，所述第二小孔光栅片设置于所述第二探测装置与所述第二最小束腰点之间，所述第一探测装置与所述第一最小束腰点之间的距离等于所述第二探测装置与所述第二最小束腰点之间的距离。

11.根据权利要求2所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述合束镜透过所述激光束，所述合束镜反射所述辐射光束。

12.根据权利要求1所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述反射聚焦装置包括振镜和场镜，所述振镜内部设置有反射镜，所述反射镜用于将所述激光束进行与原传播方向呈90°的反射。

13.根据权利要求1所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述反射聚焦装置包括激光切割头和激光聚焦镜，所述激光切割头设置有内部反射镜，所述内部反射镜用于将所述激光束进行与原传播方向呈90°的反射，所述激光聚焦镜用于聚焦所述激光束。

14.根据权利要求1所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述升降装置包括底座和升降杆，所述加工平台沿所述升降杆上移或下移，所述升降杆固定于所述底座。

15.一种激光焦点校准方法，其特征在于，包括激光器、扩束装置、焦点偏差检测装置、反射聚焦装置、驱动装置、升降装置、加工平台；

所述激光器发射激光束；

所述扩束装置校准和扩大所述激光束；

所述焦点偏差检测装置透过所述激光束；

所述反射聚焦装置反射所述激光束并对所述激光束进行聚焦；

所述加工平台上放置待加工件，聚焦后的所述激光束加工所述待加工件，并产生辐射光束，所述辐射光束沿所述激光束传播方向逆向传播；

所述反射聚焦装置反射所述辐射光束至所述焦点偏差检测装置；

所述焦点偏差检测装置对所述辐射光束进行所述焦点偏差检测获得探测数据，并对所述探测数据进行放大；

所述焦点偏差检测设备显示所述放大后的探测数据，所述焦点偏差检测装置将所述探测数据进行对比获得对比数据，并将所述对比数据传输至所述驱动装置；

所述驱动装置根据所述对比数据控制所述升降装置上移或下移所述加工平台。

16.根据权利要求15所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述焦点偏差检测装置包括壳体、合束镜、聚焦镜、半反半透镜、第一小孔光栅片、第二小孔光栅片、第一探测装置、第二探测装置、信号放大器模块、信号数显模块；

所述聚焦镜与所述合束镜呈45°，所述半反半透镜与所述合束镜平行，所述第一小孔光栅片、所述第一探测装置与所述聚焦镜平行，所述第二小孔光栅片、所述第二探测装置与所述聚焦镜呈90°，所述第一探测装置、所述第二探测装置设置于所述壳体内壁上，所述信号放大器模块设置于所述壳体底部，所述信号数显模块设置于所述壳体上侧。

17.根据权利要求16所述的激光焦点校准方法，其特征在于，所述辐射光束沿所述激光束传播路径反向传播至所述焦点偏差检测装置；

所述合束镜与所述幅射光束呈45°，所述合束镜呈90°反射所述辐射光束；

所述聚焦镜用于聚焦所述辐射光束，所述半反半透镜在所述辐射光束形成焦点前透过一半所述幅射光束，形成第一辐射光束，所述第一幅射光束形成焦点之前穿过所述第一小孔光栅片，投射至所述第一探测装置；

所述半反半透镜在所述辐射光束形成焦点前呈90°反射一半辐射光束，形成第二辐射光束，所述第二辐射光束在形成焦点之后穿过所述第二小孔光栅片，投射至所述第二探测装置。

18.根据权利要求16所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述第一探测装置、所述第二探测装置连接所述信号放大器模块，所述第一探测装置根据投射到第一探测装置上的第一幅射光束的强度获得第一探测数据，所述第二探测装置投射到第二探测装置上的第二幅射光束的强度获得第二探测数据，所述信号放大器模块将所述第一探测数据、所述第二探测数据进行放大并传输至所述信号数显模块，所述信号数显模块显示所述放大后的所述第一探测数据、所述第二探测数据，所述信号放大器模块对所述第一探测数据、所述第二探测数据进行差值比较获得所述对比数据。

19.根据权利要求18所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述比对数据为第一探测数据减所述第二探测数据。

20.根据权利要求19所述的，其特征在于，若所述对比数据为正值，则所述驱动装置控制所述升降装置上移所述加工平台；

若所述对比数据为负，则所述驱动装置控制所述升降装置下移所述加工平台；

若所述对比数据为0，则所述加工平台不移动。

21.根据权利要求18所述的，其特征在于，所述对比数据为第二探测数据减所述第一探测数据。

22.根据权利要求21所述的，其特征在于，若所述对比数据为正，则所述驱动装置控制所述升降装置下移所述加工平台；

若所述对比数据为负，则所述驱动装置控制所述升降装置上移所述加工平台；

若所述对比数据为0，则所述加工平台不移动。

23.根据权利要求16所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述信号放大器模块连接所述信号数显模块、所述驱动装置，所述信号放大器模块将放大后的所述第一探测数据和第二探测数据传输值所述信号数显模块，所述信号数显模块显示放大后的所述第一探测数据和第二探测数据，所述信号放大器模块将所述对比数据传输至所述驱动装置，所述驱动装置根据所述对比数据控制所述升降装置上升或下移所述加工平台。

24.根据权利要求16所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述辐射光束包括第一最小束腰点和第二最小束腰点，所述第一最小束腰点位于所述第一小孔光栅片与所述第一探测装置之间，所述第二小孔光栅片设置于所述第二探测装置与所述第二最小束腰点之间，所述第一探测装置与所述第一最小束腰点之间的距离等于所述第二探测装置与所述第二最小束腰点之间的距离。

25.根据权利要求16所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述合束镜透过所述激光束，所述合束镜反射所述辐射光束。

26.根据权利要求15所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述反射聚焦装置包括振镜和场镜，所述振镜内部设置有反射镜，所述反射镜用于将所述激光束进行与原传播方向呈90°的反射。

27.根据权利要求15所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述反射聚焦装置包括激光切割头和激光聚焦镜，所述激光切割头设置有内部反射镜，所述内部反射镜用于将所述激光束进行与原传播方向呈90°的反射，所述激光聚焦镜用于聚焦所述激光束。

28.根据权利要求15所述的激光焦点校准装置，其特征在于，所述升降装置包括底座和升降杆，所述加工平台沿所述升降杆上移或下移，所述升降杆固定于所述底座。