一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统及工作方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统及工作方法，包括激光器、调焦镜组、振镜组、工作平台和PC控制系统，所述PC控制系统分别连接所述调焦镜组与振镜组，用于控制调焦镜组与振镜组；所述调焦镜组包括第一衍射光学元件、第二衍射光学元件和驱动装置，所述第一衍射光学元件固定安装，所述第二衍射光学元件与所述驱动装置连接，用于调整与第一衍射光学元件之间的相对角度，改变焦距；所述工作平台用于放置待加工件；通过调整调焦镜组中两个衍射光学元件之间的相对角度改变系统的焦距，高速实现系统的动态调焦。高速实现系统的动态调焦。高速实现系统的动态调焦。

【技术实现步骤摘要】
一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及光学整形和激光加工
，特别涉及一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统及工作方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着激光加工技术的发展，逐渐对三维高精度的激光加工技术和设备提出了更高的要求。
[0003]目前主流的三维激光动态聚焦方案有以下两种：一种是基于二维振镜加Z轴动态聚焦加F
‑
theta透镜的结构，Z轴方向上的动态调焦主要是在普通聚焦镜前加了一个Z方向运动的动态聚焦镜，随着扫描位置的不同而改变动态聚焦镜的前后移动位置，通过微调动态聚焦镜和聚焦之间的距离来实现聚焦补偿，使远离焦点的激光束的光斑直径再次与焦点的光斑达到同样大小，确保扫描平面上的聚焦准确性。
[0004]例如专利：激光动态聚焦机构(专利公开号：CN210121681U)，这种利用机械结构实现动态调焦的方法不仅速度慢，精度低，而且体积大、可靠性和稳定性差。另外，由于透镜尺寸的限制，通过F
‑
theta平场透镜来克服像质一致和等角速度入射光来实现线性扫描，扫描范围不宜过大，扫描范围过大时扫描面边缘光束聚焦特性已经变得很差，而且透镜的入瞳口径越大，成本越高。
[0005]另一种是基于可调焦的液态透镜进行调焦，例如专利：一种三维动态聚焦激光标识系统及工作方法(专利公开号：CN113857655A)所述方法，利用电信号驱动改变透镜的曲率半径，高速实现Z轴方向的动态调焦，但是这种调焦方法易受环境温度的影响，同时，由于激光照射到液态透镜上会导致温度变化，这将影响其聚焦的效果。
[0006]基于上述问题，本专利技术从激光加工的加工原理和处理流程出发进行改进和改善，采用三维动态调焦镜组替代传统机械调焦和液态透镜调焦结构，有利于消除传统机械结构由于大幅度移动造成的不稳定以及温度对液态调焦造成的影响。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统及工作方法，通过调整调焦镜组中两个衍射光学元件之间的相对角度改变系统的焦距，高速实现系统的动态调焦。
[0008]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0009]一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统，包括激光器、调焦镜组、振镜组、工作平台和PC控制系统，所述PC控制系统分别连接所述调焦镜组与振镜组，用于控制调焦镜组与振镜组；所述调焦镜组包括第一衍射光学元件、第二衍射光学元件和驱动装置，所述第一衍射光学元件固定安装，所述第二衍射光学元件与所述驱动装置连接，用于调整与第一衍射光学元件之间的相对角度，改变焦距；所述工作平台用于放置待加工件。
[0010]进一步，所述PC控制系统包括软件控制单元、激光工作单元和调焦驱动单元，所述
调焦驱动单元与调焦镜组连接，用于控制第一衍射光学元件与第二衍射光学元件之间的相对角度；所述激光工作单元与振镜组连接，用于控制X轴振镜与Y轴振转动，将激光反射至聚焦镜。
[0011]进一步，所述第二衍射光学元件外部设有外齿镜框，所述外齿镜框与所述驱动装置连接，通过驱动装置带动第二衍射光学元件转动，进而调整与第一衍射光学元件之间的相对角度，改变焦距。
[0012]进一步，所述振镜组包括X轴振镜和Y轴振镜，所述X轴振镜与Y轴振镜均设有驱动电机，用于转动，将激光反射至聚焦镜。
[0013]进一步，所述激光器与调焦镜组之间设有扩束镜；所述振镜组与工作平台之间设有聚焦镜；所述激光器射出的激光经过扩束镜后射入调焦镜组，经调焦镜组后射到振镜组，经振镜组反射至聚焦镜，经聚焦镜聚焦于工作平台的待加工件表面。
[0014]一种所述的基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统的工作方法，包括如下步骤：
[0015]激光器射出激光，PC控制系统开始工作；
[0016]软件控制单元将加工图形的参数转化成坐标位置信息分别传送至激光工作单元与调焦驱动单元；
[0017]激光工作单元分别控制驱动电机带动X轴振镜与Y轴振镜转动；调焦驱动单元控制驱动装置带动外齿镜框旋转，使第二衍射光学元件旋转，从而改变焦距；
[0018]激光器射出的激光经过扩束镜后射入调焦镜组，经调焦镜组后射到振镜组，经振镜组反射至聚焦镜，经聚焦镜聚焦于工作平台的待加工件表面。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020]1.本专利技术所述的基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统，解决了基于二维振镜加Z轴动态聚焦加F
‑
theta透镜的结构所暴露出的速度慢，精度低，体积大、可靠性和稳定性差等问题，并消除了基于可调焦液态镜头结构易受温度影响的缺点，本系统结构紧凑，体积小简化了光学系统的同时扩大了系统的加工范围。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术所述的基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统的结构原理示意图。
[0023]图2为本专利技术所述的基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统的调焦镜组爆炸图。
[0024]图中：
[0025]1‑
激光器；2
‑
调焦镜组；2
‑1‑
第一衍射光学元件；2
‑2‑
第二衍射光学元件；2
‑3‑
可驱动电控齿轮；2
‑4‑
外齿镜框；3
‑
振镜组；3
‑1‑
X轴振镜；3
‑2‑
Y轴振镜；4
‑
聚焦镜；5
‑
工作平台；6
‑
PC控制系统；6
‑1‑
软件控制单元；6
‑2‑
激光工作单元；6
‑3‑
调焦驱动单元；7
‑
扩束镜；
8
‑
固定装置。
具体实施方式
[0026]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0027]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0028]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“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专利技术和简化描述，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、以特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统，其特征在于，包括激光器(1)、调焦镜组(2)、振镜组(3)、工作平台(5)和PC控制系统(6)，所述PC控制系统(6)分别连接所述调焦镜组(2)与振镜组(3)，用于控制调焦镜组(2)与振镜组(3)；所述调焦镜组(2)包括第一衍射光学元件(2
‑
1)、第二衍射光学元件(2
‑
2)和驱动装置，所述第一衍射光学元件(2
‑
1)固定安装，所述第二衍射光学元件(2
‑
2)与所述驱动装置连接，用于调整与第一衍射光学元件(2
‑
1)之间的相对角度，改变焦距；所述工作平台(5)用于放置待加工件。2.根据权利要求1所述的基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统，其特征在于，所述PC控制系统(6)包括软件控制单元(6
‑
1)、激光工作单元(6
‑
2)和调焦驱动单元(6
‑
3)，所述调焦驱动单元(6
‑
3)与调焦镜组(2)连接，用于控制第一衍射光学元件(2
‑
1)与第二衍射光学元件(2
‑
2)之间的相对角度；所述激光工作单元(6
‑
2)与振镜组(3)连接，用于控制X轴振镜(3
‑
1)与Y轴振镜(3
‑
2)转动。3.根据权利要求1所述的基于衍射光学元件的激光三维动态聚焦系统，其特征在于，所述第二衍射光学元件(2
‑
2)外部设有外齿镜框(2
‑
4)，所述外齿镜框(2
‑
4)与所述驱动装置连接。4.根据权利要求1所述的基于衍...

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，黄舒，李品，阮子祥，晁栓，周双留，徐炜，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：