使用图案化反射镜的激光束定位方法与流程

使用图案化反射镜的激光束定位方法

背景技术：

1.激光技术被用于多种多样的应用。其用于日常生活产品(诸如dvd播放器)中以从盘读取信息、条形码读取、手术中以及产品的制造和维护(诸如用于切割、标记或钻孔，例如在光刻中)。
2.在光刻和计算机辅助制造系统的领域中，定位台有时用于干涉定位。例如，us4060315示出了使用差动螺杆致动器和挠曲连接器的精密激光反射镜支架。然而，该系统需要反射镜的手动对准。

技术实现要素：

3.根据第一方面，本发明提供一种激光束对准系统，包括：第一偏转系统和布置在其下游的第二偏转系统，所述偏转系统各自包括：框架，以及具有反射镜表面的反射镜，所述反射镜表面用于将入射在所述反射镜表面上的激光束的一部分反射成经反射光束部分；
4.第一偏转系统还包括连接到框架和反射镜的移动系统，用于相对于框架定位反射镜以调整经反射光束部分相对于反射镜表面的角度；
5.第二偏转系统还包括：
6.以图案布置在第二偏转系统的反射镜表面处的多个元件，用于将入射在元件上的激光束的一部分偏转成与由所述反射镜反射的经反射光束部分不同的经偏转光束部分；以及
7.布置在经反射光束部分的路径外部的一个或多个检测器，用于检测经偏转光束部分的至少一部分；
8.至少一个控制器，配置成与第一反射镜偏转系统的移动系统和第二反射镜偏转系统的一个或多个检测器通信，并且控制所述移动系统以相对于框架定位第一反射镜，以基于经偏转光束部分的检测到的部分在第二反射镜上对准激光束。激光束对准系统允许激光束的主要部分从第一反射镜反射至第二反射镜上，同时持续调整光束入射在第二反射镜上的位置。因此，该系统特别适合于在使用所述激光器例如来用于表面的消融或焊接时保持高功率激光束对准。
9.因此，在一个或多个检测器处检测图案的一部分，这使得能够将第二反射镜上的光束相对于中心反射镜位置的偏移的数值计算为x和y位置值。以此方式，控制器可确定入射在第二反射镜上的光束的x和y的数值偏移，从而允许随后对移动系统应如何位移第一反射镜进行进一步的数值计算。以此方式，可以实现用于激光束的持续对准的数字控制回路。
10.在实施例中，经偏转光束部分与经反射光束部分成至少25度的角度。
11.在实施例中，该多个元件中的元件被布置成用于在基本上垂直于该反射镜表面的方向上将以基本上45度入射在该反射镜表面上的光束反射到该一个或多个偏转器上。一般而言，第一反射镜相对于框架的调整很小，例如关于反射镜的x或y轴小于5度，并且如果第二反射镜也是可移动的，则第二反射镜相对于第二偏转系统的检测器的移动程度也将很小，例如关于反射镜的x或y轴小于5度。由此，即使调整第一或第二反射镜，经偏转光束的至
少一部分也将可能到达一个或多个偏转器。
12.在实施例中，第一和第二偏转系统的反射镜之间的光束路径是至少0.5米，优选地至少5米，更优选地在6和12米之间。在此类系统中，第一反射镜表面的角度的相对小的变化或不准确性可能导致第二反射镜表面上的光束斑的位置的大偏移。本发明允许在激光束操作时补偿这种偏移，因为第一反射镜的角度是基于第二反射镜上的经偏转光束部分的检测到的部分来调整的。
13.在实施例中，第一偏转系统和第二偏转系统的反射镜被布置成使得来自第一偏转系统的反射光束可以直线行进至第二偏转系统的反射镜，例如在这两个偏转系统之间没有中间反射表面。
14.在实施例中，第一偏转系统的反射镜的反射镜表面基本上是平面的，和/或第二偏转系统的反射镜的反射镜表面基本上是平面的。虽然可改为使用弯曲的反射镜表面，但是优选地使用平面反射镜表面，因为这允许在与光束路径平行的方向上调整偏转系统之间的距离，而没有显著改变光束形状。
15.在实施例中，第一和第二偏转系统被适配成对准和反射在至少2分钟的时间段期间具有10kw或更大、优选地20或25kw或更大的平均功率输出的激光束。因此，光束对准系统适合用于在例如使用激光器用于清洁表面和/或用于从表面剥离油漆时保持高功率激光器对准。
16.在实施例中，当在反射镜表面上的投影中查看时，多个元件的组合面积小于多个元件的凸壳的面积的0.5％。由于这些元件的相对小的表面积，大部分激光束能量将被反射成经反射光束部分，而不是被偏转成经偏转光束部分。这确保只有少量的总激光束能量到达一个或多个检测器，从而防止对其的损坏。
17.在实施例中，当在反射镜表面上的投影中查看时，其中多个元件的凸壳的面积是至少90cm2。因此，凸壳跨越的面积显著大于图案的各个元件的面积的总和，从而导致入射在反射镜上的激光束的大部分能量被反射查经反射光束部分。例如，经反射光束部分通常包含经反射能量束部分能量和经偏转能量束部分能量之和的至少99％或至少99.8％。
18.在实施例中，其中多个元件彼此间隔开，优选地其中当在反射镜表面上的投影中查看时，每个元件具有在0.01cm2与0.25cm2之间的面积。通过将元件彼此间隔开，例如间隔开0.2cm与2.5cm之间的距离，这些元件可以由一个或多个检测器单独地检测，从而使得有可能确定激光在图案中的哪个位置处居中。在实施例中，该图案包括以下中的一者或多者：布置成在两条或更多条线上彼此间隔开的元件，这些线彼此成角度，优选地其中这些线彼此成45度的整数倍的角度；以及在同心圆上彼此间隔开地布置的元件。例如，图案可以包括“+”形、和“x”形或以“x”形为中心并重叠在“x”形上的“+”形。
19.在实施例中，第二偏转系统还包括连接至框架和反射镜的移动系统，其用于相对于框架定位反射镜以调整经反射光束部分相对于反射镜表面的角度；该系统还包括位于第二偏转系统的下游的第三偏转系统，第三偏转系统设置有：-框架；-具有反射镜表面的反射镜，该反射镜表面用于将入射在反射镜上的激光束的一部分反射成经反射光束部分；-以图案布置在第二偏转系统的反射镜表面处的多个元件，用于将入射在反射镜上的激光束的一部分偏转成与由所述反射镜反射的经反射光束部分不同的经偏转光束部分；以及-布置在经反射光束部分的路径外部的一个或多个检测器，用于检测经偏转光束部分的至少一部
分；其中至少一个控制器被配置成与第二偏转系统的移动系统和第三偏转系统的一个或多个检测器通信，并且控制第二偏转系统的所述移动系统以相对于框架定位第二反射镜，以基于经偏转光束部分的检测到的部分在第三反射镜上对准激光束。因此，光束对准系统适合用于保持经对准的激光束在多个偏转系统中被反射。将领会，附加的偏转系统可串联地布置在第三偏转系统的下游。
20.在实施方式中，第二偏转器系统包括安全检测器，用于检测激光束的一部分是否行进通过反射镜而没有入射在反射镜表面或多个元件上，和/或激光束的一部分是否在反射镜的外边缘的预定距离内。安全检测器通常连接到激光器的安全关闭系统，该安全关闭系统被适配成一旦安全检测器中的至少一者检测到激光束的一部分行进穿过反射镜或与边缘具有预定距离就关闭激光器。为了附加的安全性，优选地，提供两组冗余的安全检测器，每组连接到激光器的单独的安全关闭系统。
21.根据第二方面，本发明提供一种机器人系统，其包括其上装载有桅杆的移动基座，其中臂部可移动地装载在该桅杆上，并且其中腕部可移动地装载在该臂部上，该机器人系统还包括根据本发明的激光束对准系统，其中所述激光束对准系统被布置在该桅杆、臂部和/或该腕部内。因此，光束对准系统可被用于在机器人、其臂部、桅杆和/或腕部的移动期间保持激光束对准。当机器人的尺寸相对较大时，这是特别重要的。例如，该机器人系统可以包括装载在该基座上的激光源，其中该桅杆相对于该基座是可旋转的并且具有至少8米的高度。臂部可具有至少8米的长度，并且可沿其纵向方向相对于桅杆平移，其中臂部可沿桅杆的纵向方向平移，和/或其中臂部可绕水平轴线相对于桅杆旋转。移动基座允许机器人绕待在其上施加激光的经反射部分的对象来移动。
22.在实施例中，该机器人系统还包括用于生成在至少2分钟的时间段期间具有至少10kw的平均功率输出的激光的高功率激光发生器。高功率激光发生器通常装载在移动基座上。
23.在实施例中，该激光发生器被适配成用于生成具有大于6cm的直径、优选地具有在7与10cm之间的直径的激光束。
24.在实施例中，该机器人系统还包括低功率激光发生器，用于生成具有小于30w的平均功率输出的可见激光光束，其中该控制器被适配成用于在激活高功率激光发生器之前使用该低功率激光来执行该光束对准系统中的这些反射镜的初始对准。通过在激活高功率激光器之前使用低功率激光器执行偏转系统的粗略对准，降低了高功率激光器的意外错误方向的风险。
25.根据第三方面，本发明提供一种激光束对准方法，包括以下步骤：
26.在第一反射镜中将激光束反射至第二反射镜，
27.其中第一反射镜经由移动系统连接到框架，该移动系统被适配成用于将第一反射镜相对于框架定位以调整激光束从第一反射镜反射至第二反射镜的角度；
28.第二反射镜包括反射镜表面，用于反射入射在所述反射镜表面上的激光束的一部分作为经反射光束部分，并且第二反射镜包括多个元件，该多个元件以图案布置在反射镜表面处以用于偏转入射在所述元件上的激光束的一部分作为与经反射光束部分不同的经偏转光束部分；
29.b)在与经反射光束部分的主轴线间隔开的位置处检测经偏转光束部分的至少一
部分，
30.c)基于经偏转光束部分的检测到的部分，控制移动系统以将第一反射镜相对于框架定位，使得经反射光束部分从第一反射镜反射至第二反射镜上，所述经反射光束部分的主轴线相对于图案位于所需位置处。
31.该方法允许激光束保持对准，即使在激光束被激活时其位置变化几米的偏转系统的相对位置。
32.在实施例中，该方法还包括基于包含图案的一部分的图像的经偏转光束部分，基于所检测到的经偏转光束部分来确定第二反射镜上的光束质心相对于图案的位置，并且其中步骤d)包括基于光束质心与图案的相对位置来控制移动系统。光束质心可例如基于彼此相距最大距离的检测到的元件的位置来确定。
33.在实施例中，激光束是低功率激光束，并且当通过步骤c)已经到达所需位置时，该方法还包括：关闭低功率激光束；打开高功率激光束；以及利用高功率激光束执行步骤a)到c)。
34.在实施例中，激光束是在至少2分钟的时间段期间具有至少10kw的平均功率输出的高功率激光束，其中在所述时间段期间以至少10hz的频率重复步骤a)到c)。优选地，在所述时间段期间激光束的平均功率输出是至少20kw。
35.根据第四方面，提供了一种激光束对准系统，包括：至少一个反射镜，其具有被配置成接收和反射激光束的表面图案；至少一个检测器，被配置成检测来自反射镜的激光束的经偏转部分；以及至少一个控制器，被配置成与至少一个反射镜和至少一个检测器通信，并且基于激光束的经偏转部分来控制反射镜位置。
36.有利地，本发明提供了以准确和安全的方式在一个或多个反射镜上反射或撞击的激光束的精确对准。这对于诸如那些移动或机器人之类的应用尤其有利，并且这些应用需要动态对准以补偿可能导致经静态对准的系统变得不对准的机械偏转、振动、冲击载荷或其他力。
37.本发明可应用于大型机器人激光涂层去除(lcr)系统，诸如本文所述的系统，其中机器人在其移动时将经历结构偏转，且由于机器人结构承载用于激光束递送的反射镜，所以反射镜的重新对准在机器人移动时是必要的，特别是当机器人在激光器被激活时移动时。
38.贯穿本技术，“经反射”将被用于指代以相对于与反射镜表面平面垂直的平面的角度撞击反射镜表面并反射形成相同角度的光束。“经偏转”将被用于指代以下光束：撞击形成一个角度的反射镜表面，并且由于反射镜上的表面图案，该光束被反射形成不同的角度。根据实施例，该至少一个反射镜包括表面图案，并且该至少一个检测器被配置成基于该表面图案来检测激光束的经偏转部分。表面图案被设计成使得它使朝向检测器偏转的光的量最小化并且使光束质心测量的精度最大化。
39.根据该系统的实施例，表面图案是由反射镜表面上的多个凹陷(dimple)形成的图案。例如，凹陷可以是被研磨到反射镜表面中的特征，其有助于将非常少量的激光能量偏转朝向检测器。
40.根据实施例，表面图案是圆形或x形图案。然而，这仅仅是示例，并且本领域技术人员将理解，图案的具体形状可以极大地变化，并且其他合适的表面图案是可能的。根据实施
例，表面图案使得足够数量的凹陷在激光束内。通过能够执行三角测量，这允许更精确的定位。根据实施例，使用对称图案。这允许使用更简单的算法来进行精确的定位。
41.根据实施例，激光束是高功率激光束，例如高功率红外激光束或co2激光束。这对于以下应用是有利的：诸如在需要大量定向能量的大型结构或交通工具(诸如飞行器)中的涂层去除，并且可以通过跨表面扫描激光光斑来使用高功率激光来烧蚀有机涂层。
42.根据实施例，激光束是低功率激光束，例如红光激光束。这对于需要较小定向功率量的应用可能是有利的。还有利的是，对于在大型结构或交通工具(诸如飞行器)中用于去除涂层的应用，作为用于对准系统中的反射镜的附加步骤，例如在接合高功率激光器之前。
43.根据实施例，至少一个检测器包括相机，该相机用于捕获激光束的经偏转部分并用于基于光束的经偏转部分来检测反射镜表面上的激光束位置。检测器可以是任何种类的合适的光检测器。如果检测器是相机，则相机可以接收或捕获激光束的经偏转部分，并且基于所捕获的图像，可以允许检测激光束在反射镜表面上的位置。
44.根据实施例，相机可以是红外相机和/或可见波长相机。红外相机可被用于检测高功率激光束的经偏转部分，并且可见波长相机可被用于检测低功率激光束的经偏转部分。
45.根据实施例，至少一个检测器包括第一检测器和第二检测器，第一检测器被配置成检测来自反射镜的第一激光束的经偏转部分，而第二检测器被配置成在低功率激光束的位置已被控制之后检测高功率激光束的经偏转部分。该系统可以包括两个检测器：第一检测器，其最初被用于检测从至少一个反射镜偏转的低功率激光束的光，以便执行该激光束的初始对准；以及第二检测器，其在激光束已被初始对准并且高功率激光束已被开启之后使用。第二检测器(或简称为检测器或至少一个检测器)被用于检测来自至少一个反射镜的高功率激光束的经偏转部分。
46.根据实施例，该至少一个反射镜包括以级联配置放置的多个反射镜，并且该至少一个检测器包括多个检测器，其中至少一个检测器对应于每个反射镜。该系统可以还包括一个反射镜，其接收直接来自激光束源的光并且将其反射至该激光束的最终目的地(诸如末端工具)，或者它可以包括多个反射镜。在后一种情况下，第一反射镜可被配置成接收来自激光束源的激光束，并且将激光束反射至第二反射镜。然后，该第二反射镜可被配置成进一步反射激光束，并且该配置可包括尽可能多的反射镜，这些反射镜可被适应例如包括不同可移动部分的并且激光束必须行进穿过的机器人臂部的结构。
47.根据第五方面，并且根据上文所述的优点和效果，提供了一种激光束对准方法，包括以下步骤：
48.从反射镜表面偏转激光束的一部分；
49.基于经偏转部分来检测激光束在反射镜表面上的位置，以及
50.基于所检测到的位置以及基于反射镜表面上的所需位置来控制激光束。
51.该激光束对准方法允许以准确且安全的方式将反射到一个或多个反射镜上的激光束精确对准。该动态和自动对准方法提供了用于使用反射镜系统进行激光束对准的简单又准确的机制。
52.根据实施例，激光束是低功率激光束，并且当通过步骤c)已经到达所需位置时，该方法还包括关闭低功率激光束，打开高功率激光束以及利用高功率激光束执行步骤a)到c)。
53.因此，根据实施例的方法可被用于首先控制低功率激光束的位置，并且一旦到达所需位置，就使用相同的方法步骤控制高功率激光束的位置。这有利地允许使用低功率激光束来初始对准系统中的一个或多个反射镜，这在反射镜初始位置可能显著偏离所需位置的情况下对于初始对准更安全且更合适。当一个或多个反射镜已经最初对准时，可以安全地使用高功率激光束。
54.根据实施例，控制激光束包括控制激光束以移动至接近所需位置。所需位置例如可以是反射镜表面的中心。然而，反射镜表面中的其他特定位置可以是所需位置，其可在对准期间预定义或确定。
55.根据实施例，从反射镜表面偏转激光束的一部分的步骤包括使用反射镜表面上的表面图案从反射镜表面偏转激光束的一部分。
56.根据实施例，检测激光束在反射镜表面上的位置包括获得激光束的中心与反射镜表面上的所需位置之间的偏移值。这允许执行该方法的系统容易且高效地确定激光束需要被移动和/或倾斜多少以及在哪个方向和角度上被移动和/或倾斜以便校正该位置。
57.根据实施例，执行该方法的系统包括多个反射镜，并且对于每个反射镜执行步骤a)到c)。
58.根据实施例，步骤c)包括通过调整和/或移动先前的反射镜以改变反射镜上的反射位置(在该反射镜上检测到该位置)，基于检测到的位置和反射镜表面上的所需位置来控制激光束。
59.根据实施例，步骤b)包括基于捕获激光束的经偏转部分的相机来检测激光束在反射镜表面上的位置。
60.根据本发明的第六方面，提供了一种用于激光束对准系统的反射镜，该反射镜包括：框架；由框架支撑的能够反射激光束非反射镜表面；以及反射镜表面上的用于使激光束偏转的图案。根据实施例，该反射镜还包括用于移动反射镜并且连接到该反射镜和/或该框架的一个或多个移动系统。根据实施例，反射镜还包括朝向反射镜表面并连接到框架的一个或多个检测器。
附图说明
61.图1解说了用于大型交通工具的表面处理的机器人系统的透视图。
62.图2a示出了穿过根据本发明的图1的机器人系统的激光路径的视图。
63.图2b-2e示出了根据本发明的图2a的特写部分。
64.图3示意性地示出了根据本发明的激光束对准系统。
65.图4示意性地示出了根据本发明的另一激光束对准系统。
66.图5示出了解说根据本发明的激光束对准方法的流程图。
67.图6示出了解说根据本发明的激光束对准方法的示图。
68.图7a示出了从顶侧的根据本发明的激光对准系统的透视图。
69.图7b示出了从下侧的图7a的激光对准系统的透视图。
70.图8a解说了根据本发明的实施例的反射镜的透视图。
71.图8b解说了根据本发明的实施例的反射镜的透视图。
72.附图仅用于解说性目的，并且不用作对由权利要求规定的范围或保护的限制。
73.详细描述
74.图1解说了用于大型交通工具的表面处理的机器人系统10的透视图。尽管系统10被显示和描述为通过跨飞行器12的表面扫描激光来使用高功率激光烧蚀涂层的涂料去除系统，应当理解，系统10可被用于提供许多不同的表面处理，诸如涂刷(painting)、砂磨、直接印刷、施加或去除其他涂层或表面处理、洗涤、擦拭、表面扫描或检查和修理。另外，系统10可以与其他交通工具或结构一起使用，诸如直升机、轮船、卡车、汽车、水下交通工具、宇宙飞船；或涉及大面积和/或复杂定位以到达所有表面的任何交通工具或结构。
75.系统10是自含式表面处理系统，具有连接到全方向支架16的移动基座14。基座使用四个转向架16，通过使用与每个转向架16相关联的两组mecanum轮和柔性悬挂系统，可以在任何方向上移动四个转向架16，以允许平稳驾驶和稳定停车以供操作。
76.可以经由可连接到基座14上的脐带联接件34的系带提供任何需要的设施，诸如电力、冷却水和气体。在一些情况下，将仅需要一些设施或甚至不需要这些设施(例如，电力由基座上的电池提供)，从而使得系统10对于在各种位置处的操作而言是灵活的，并且可在无需大量线绳或连接的情况下容易地操纵。
77.移动基座14通过相对紧凑但稳定而能够适应各种飞行器和机库变化，从而使得其可以开到飞行器12上，“停放”自身并且提供稳定基座以用于操作。全向转向架16和柔性悬挂系统使得移动基座14能够均匀地分布系统10的大负载，同时还能够平稳地导航不水平的或具有障碍物的区域。转向架16的柔性悬挂系统允许基座14处于驱动模式(见图1b)，其中基座和起重器38升高到地面水平之上(具有用于障碍物的足够间隙)，并且随后允许插孔38(以及可能地整个基座14)降低，使得系统10重量搁置在起重器38上以用于停放模式(见图1c)，并且转向架16上的轮在操作期间承载系统10的很少重量甚至不承载系统10的重量。这确保了稳定的基座，使得臂部20和腕部22的移动在操作期间被支撑以使对处理表面的损坏的风险最小化。
78.系统10还包括基座14上与特定表面处理有关的多个其他组件，在该系统中是激光发生器24、激光功率单元26、控制系统机柜28、气罐30、过滤单元32、脐带联接件34、热交换器35、扫描仪36、液压系统37以及起重器38。作为在基座14上示出的组件的补充或替换，其他系统可以包括由基座支撑的其他组件。这些可以包括例如排气过滤器、电池、涂料和/或涂料线等。
79.表面处理通过桅杆18、肩部19、臂部20和腕部22从基座14传递，在这种情况下，桅杆18、肩部19、臂部20和腕部22一起提供结构以使得激光束能够从基座14传送到飞行器12表面上的任何所需点。桅杆18和臂部20是可延伸的并且能够旋转(例如，通过线性齿轮21和旋转齿轮17)，尽管桅杆18的旋转可以通过基座14的移动或旋转。肩部19允许臂部20相对于桅杆18旋转和平移。在一些实施例中，臂部20可以是伸缩臂部而不是平移臂部。臂部20也能够通过线性齿轮21向上和向下移动通过桅杆18的长度。腕部22提供更多的柔性轴线，例如3个，以向系统10提供到达和处理飞行器12的所有表面的能力。所示的移动系统可取决于桅杆18、肩部19、臂部20和腕部22的构造、处理表面和/或其他要求而变化。
80.激光通过桅杆18、臂部20和腕部22的中空部分从基座14传送到腕部22，并由具有反射镜控制和对准系统的一系列反射镜引导以确保准确的激光束定位，如相关于图2a-3b所详述的。系统10还包括用于通过桅杆18、臂部20和腕部22的内部去除流出物的排气系统；
以及用于相对于飞行器12定位和取向所有系统10组件的系统。
81.机器人系统10的控制可以是自动或手动的。通常，在操作开始时，选择飞行器12(或其他结构)的类型。定位系统被用于确定飞行器12的位置和取向。这通常涉及将多个目标悬挂在飞行器上的已知位置处，并且使用(诸)扫描仪36将目标定位与已知的飞行器尺寸和配置相映射，使得机器人系统能够准确地定位腕部22的输出23以将激光引导到飞行器12的任何表面处而不接触该表面。由于飞行器12的大尺寸和复杂的几何形状，以及由于任何接触对飞行器12表面的损伤的敏感性，这是重要的。
82.一旦定位是已知的，机器人系统可以被移动到所需的起始位置。转向架16可将基座驱动到第一位置(例如，靠近飞行器12的前部并且在已知臂部20和腕部22可延伸的长度的情况下输出23能够到达最前方的位置处)。然后可将基座14置于停放模式(见图1c)，其中转向架16的柔性悬挂系统降低基座14和起重器38，使得基座14至少主要由起重器38(而不是轮)支撑。然后可以开始操作。臂部20和腕部22定位在起始位置。检查激光对准，并且随后可开启高功率激光束。机器人系统臂部20和腕部22的移动可以遵循预编程的路径以确保所有表面被充分地处理，并且如果需要，可以使用多于一遍。也可以调整激光使得仅去除某些层。光学传感器(或其他传感器装置)可被用于确保激光避开障碍物(例如，窗口)。
83.激光可以非常快速地扫掠，例如每秒200次，以确保高效的表面处理，尽管飞行器12的表面积较大且复杂。另外，相机或其他传感器可被用于确保激光有效地去除所需层。这可以例如通过使用每扫掠拍摄一次或多次照片来进行颜和外观分析。激光功率、以及机器人移动和速度可以基于这种感测和分析来持续地更新。
84.在激光操作期间，流出物去除系统也起作用以去除所生成的气体。流出物去除通道具有从基座14(例如，通过基座14上的过滤系统)生成的负压，使得流出物通过腕部、臂部和桅杆被抽吸至基座14，在该基座处，流出物可被清洁(例如，通过过滤单元32中的过滤器)并且被适当地废弃(例如，在过滤器中清洁之后释放清洁气体)。所提供的抽吸必须处于这样的水平：使得废气和激光去除点处的微污染与废气一起被带入流出物去除通道中。输出23可具有特定配置，诸如流出物通道输入完全包围激光通道输出，以促进所有废气的完全抽吸。然后，这种配置可过渡到臂部的图4a中所示的通道(其通常也是形成腕部22的通道)中。过滤单元32还可提供额外的空气或其他情况用于冷却流出物。流出物通道可包括在不同位置处的叶片，以帮助气体在正确方向上移动，特别是当移动绕过紧密拐角(tight corner)时，诸如从臂部20到竖直桅杆18的行程。
85.当机器人系统10已经去除了臂部20和腕部22的触及范围内的所有涂层时，系统10可以相对于飞行器12移动到第二位置，使得其可以到达未处理表面。相同的规程被用于移动、停放以及随后操作。当已经处理了飞行器的整个表面时，机器人系统10可以移动至不同的位置以用于存放或开始新的操作。
86.用于在飞行器上去除油漆的现有表面处理系统通常涉及手动施加溶剂或砂磨。机器人系统10提供一种用于表面处理的高效方法，该方法能够处理飞行器的复杂表面几何形状，同时最小化损坏飞行器的风险和所需的人工劳动。高功率激光器的使用可以高效地并且有效地去除涂层，并且基座14、桅杆18、肩部19、臂部20以及腕部22的移动系统使得激光能够到达所需位置而不需要人工干预。激光对准系统通过使用可移动反射镜确保激光保持正确地对准，尽管存在到达不同表面的所有移动和转动，从而确保即使当正在使用高功率
激光束时也是安全系统。移动基座14允许容易且灵活地移动到所需位置以适应许多不同的飞行器和机库(或其他处理位置)变化。
87.图2a示出了穿过根据本发明的图10的机器人系统的激光路径的视图，图2b-2e示出了激光路径的特写部分。
88.激光路径由激光束对准系统(也称为偏转系统40)引导，该激光束对准系统位于激光需要偏转的每个点处，以遵循从激光源到飞行器12上的所需表面处理点的所需路径。在系统10中，激光束被基座14上的八个激光束对准系统40(如图2b-2c所示)偏转，以在所需位置(在激光通道的中心)进入桅杆18。激光被沿桅杆垂直向上偏转到到肩部19，在那里激光然后被水平偏转以进入臂部20，并随后被偏转以朝向腕部22延伸(图2d中所示)。在腕部22处，激光被两个不同的激光束对准系统偏转，并且随后由在腕部22的输出23处的一个或多个反射镜41来反射朝向飞行器12的表面(或其他所需表面)。
89.图3示意性地示出了根据本发明的激光束对准系统40。
90.图3的对准系统40可以位于由如图1的系统所示的桅杆18、肩部19、臂部20和/或腕部22形成的中空结构内部，并且因此可以对应于如图2中所示的激光束对准系统之一。对准系统40是动态激光束对准系统，该动态激光束对准系统可以集成在图1的系统(或其他系统)中以独立于结构偏转来维持激光束传输。对准系统40包括第一反射镜48、第二反射镜50、用于第二反射镜50的第一检测器52a、用于第二反射镜50的第二检测器52b和控制器46。来自激光源(例如激光发生器24)的激光束44被示意性指示，并且从第一反射镜48反射至第二反射镜50。
91.激光束44可以是高功率激光束、或低功率激光束、或任何合适类型的激光束。如果激光束是高功率激光束，则它可以是红外激光束。高功率激光束可以是20kw的co2激光，具有例如约9厘米的直径，其可以被开发以从包括金属和复合基板的许多表面去除各种各样的涂层。低功率激光束可以是可见光激光束，诸如红激光束或红光束。
92.第一反射镜48可位于中空结构内的第一位置处，使得来自激光束源的激光束将首先撞击第一反射镜48。第二反射镜50然后定位在中空结构内距激光束源比第一反射镜48的位置更远的位置处。第一反射镜48被配置成接收激光束44并在第二反射镜的方向上反射激光束，第二反射镜50被配置成接收从第一反射镜48反射的激光束并在另一反射镜的方向上或在末端工具或系统的输出的方向上反射激光束。
93.用于第二反射镜50的第一检测器52a是可基本上位于第二反射镜50的反射镜表面前方、指向反射镜表面的检测器。作为示例，第一检测器52a可以直接装载在第二反射镜50上方。第一检测器52a被配置成检测从第二反射镜50偏转的低功率激光束的至少一部分。因为不是所有的激光束都具有相同的特性(能量、光束宽度)，所以特定的检测器可被适配成仅检测来自某些激光束类型的能量。第一反射镜48和第二反射镜50之间的距离可改变，并且在实施例中，其可从最小50厘米(诸如在对应于图1的腕部22的节段中)到最大15米(诸如在对应于图1的桅杆18的节段中)。然而，该距离可更小或更大，只要其允许激光束正确地撞击反射镜表面即可。
94.用于第二反射镜50的第二检测器52b相对于第二反射镜50位于与第一检测器52a相似的位置处。第二检测器52b被配置成检测从第二反射镜50偏转的高功率激光束的至少一部分。该光束的经偏转部分可以是非常小的，例如从大约2w(可以表示该激光束总功率的
大约0.01％)到该激光束总功率的大约0.1％。因为经偏转的光的总量小，所以不需要高功率检测器。
95.第一检测器52a和第二检测器52b被配置成基于经偏转的激光束部分，来确定入射在第二反射镜50中的激光束的位置。检测器可以是任何种类的合适的光检测器，例如被配置成接收或捕获激光束的经偏转部分并且它们可以基于所捕获的图像来检测激光束在反射镜表面上的位置的相机。检测器可具有保护检测器免于从反射镜接收太多能量的屏蔽或保护层。
96.第一检测器52a和第二检测器52b可以各自集成在印刷电路板中，或一起集成在同一印刷电路板中，并且所述印刷电路板还可以包括处理由这些检测器检测到的位置的微处理器。如果检测器是相机，则微处理器可被配置成执行图像处理，或者这样的图像处理可在通过有线或无线连接与检测器通信的远程位置处执行。
97.控制器46被配置成控制对准和校正操作。当激光束到达反射镜的表面时，取决于反射镜的取向，激光束将从反射镜的表面朝向特定方向反射。重要的是，激光所遵循的方向是正确的，使得其不会到达不希望的表面(这可能导致损坏)。当激光束被用于需要高精度水平的应用时，例如当使用多个反射镜时，这是特别关键的。在图3的实施例中，控制器46被配置成从第一检测器52a和第二检测器52b接收激光束撞击的第二反射镜50的反射镜表面上的所检测位置。因此，控制器46可从第一检测器52a接收关于低功率激光束的检测到的位置的信息，并且从第二检测器52b接收关于高功率激光束的检测到的位置的信息。使用该信息，控制器46可将检测到的位置与反射镜表面上的激光束44的所需位置进行比较。
98.然后，控制器46可能够基于比较的结果来确定第一反射镜48必须移动和/或倾斜的方向和距离，以便入射在第一反射镜48上的激光束朝向第二反射镜50反射，使得激光束撞击在第二反射镜50的所需位置上。然后，控制器可控制第一反射镜48在所确定的方向和距离上移动和/或倾斜，以对准激光位置。
99.另外，尽管未在图3中示出，但该系统可包括提供信号(诸如二进制信号)以肯定地指示高功率激光束正在撞击反射镜的一个或多个额外安全传感器。算法可由控制器46实施以确定激光束质心位置和截面形状作为光束质量的指示。控制器46可包括图像处理算法，其计算来自凹陷的激光反射的质心(见图7a-7b)，从而提供激光束位置的测量。其他算法计算激光反射的形状，这提供光束质量的指示。其他算法可被用于检测激光束的强度，以测量激光功率和检测其他异常，诸如脏反射镜。
100.反射镜表面上的所需位置是使得激光束朝向用于系统的最佳运转的方向反射的位置。该所需位置可以是允许激光束尽可能平行于包围结构(中空结构)的壁反射的位置。所需位置可以是反射镜表面的中心，或者与反射镜表面的中心相距特定距离的点。
101.尽管未在图3中示出，实施例也可包括位于与第一检测器52a和第二检测器52b相似位置处的至少一个附加检测器(其可以是相机)，以便确定光束是否已被中断且未到达第二反射镜50。这可以向系统提供附加的安全机制，因为检测器52a和/或52b可以检测经偏转光与系统的正常运转不对应的一部分。根据实施例，可以使用一个以上附加检测器来进一步提高系统的安全性。
102.图4示意性地示出了根据本发明的另一激光束对准系统40。
103.图4的系统类似于图3的系统，其中附加的第三反射镜42被放置在例如中空结构内
的一位置处，该位置比第二反射镜50的位置距激光束源更远。第三反射镜42被配置成接收从第二反射镜50反射的激光束，并将其反射至另一反射镜或系统的输出。检测器43a和43b可类似于检测器52a和52b，并且它们被构造成检测入射在第三反射镜42上的经偏转激光束的至少一部分。根据该实施例，控制器46还配置成接收来自检测器43a和43b的激光束位置。虽然图4将控制器46表示为两个分开的元件，但是本领域技术人员将容易理解，控制器可以由一个元件或彼此通信的多个元件形成。
104.图4还示出了用于第一反射镜48的第一检测器49a和第二检测器49b。用于第一反射镜48的检测器可检测第一反射镜48的表面上的激光束的位置，使得控制器46还可使用检测到的位置来调整第一反射镜48和/或激光束源。
105.尽管图3和图4分别表示具有两个和三个反射镜的系统，但是根据本发明的激光对准系统还可以包括多于三个反射镜，其将激光束从图1中描绘的机器人的基座中的源通过由机器人部件形成的中空结构引导至系统的末端工具。
106.图5包括解说根据本发明的激光束对准方法500的流程图。作为示例，将参照图3的系统来解释该方法，但是应当明显的是，类似的方法将被应用于其他系统，例如包括更多反射镜的系统，诸如图4的系统。
107.在第一步骤501中，使用低功率激光束执行初始反射镜对准。在此初始步骤中，构成系统的反射镜可能未对准。因为如果激光束在不希望的表面上反射，高功率激光束可能更危险，所以对于其中反射镜的未对准可能相当大的初始对准，高功率激光束被关闭，并且使用低功率激光束。即使严重未对准并且被引导向不希望的表面，这种低功率的激光束也会导致很小的损坏或没有损坏。
108.在第一步骤期间，第二反射镜50的第一检测器52a检测反射镜表面上激光束撞击的位置。这可以通过检测激光束在第一检测器52a的方向上的经偏转部分，并且基于该经偏转部分来获得激光束在反射镜表面上的位置来完成。此后，第一检测器52a将检测到的位置传送给控制器46，并且控制器可确定激光束需要移动的距离和方向，以便在所需位置(其可以是反射镜表面的中心)处到达反射镜表面。然后，控制器46可控制第一反射镜48移动和/或倾斜，以使激光束在到达第二反射镜50的表面上的所需位置的方向上反射。该过程可类似地针对图4的第三反射镜42实现，在步骤502中自动且动态地实现，直到用于每个反射镜的检测器检测到入射在反射镜表面上的低功率激光束在所需位置上如此做为止。虽然这被论述为“所需位置”，但本领域技术人员将理解，取决于系统、激光等，这可涵盖在可接受位置范围内的反射镜表面上的多个位置。一旦对准已经完成，高功率激光束可被用于所需的应用，诸如从诸如飞行器之类的交通工具去除涂层。为此，实现步骤503，其中关闭低功率激光束，并且打开高功率激光束。最初，反射镜从前一步骤中已对准，但是由于机器人结构的桅杆18和臂部20均可移动，以移动腕部并输出到不同的所需位置，此位移将使反射镜失准，并且因此(通过调整反射镜)需要自动和动态地执行激光束的恒定对准和重新对准。然后启动步骤504，其中在该情形中第二检测器52b将检测入射到第二反射镜50的反射镜表面上的激光束的位置。该步骤与步骤501类似，仅使用高功率激光束代替低功率激光束。
109.虽然方法500对于低功率激光束对准和高功率激光束对准以类似的方式执行，但低功率激光允许操作员手动粗略调整反射镜。这种以低功率激光束开始确保了在打开高功率激光束之前实现正确的起始对准和系统正常运转。因此，该方法得到了安全的系统，该系
统避免使用可能会损坏系统或周围组件的高功率激光束，直到系统被认为正确对准并安全工作。
110.图6示出了解说根据本发明的实施例的激光束对准方法的示图。
111.更具体地，图6示出了系统中检测器、控制器和反射镜之间的相互作用。将参考图3的系统作为示例并由于其简单性来说明图6的示意图，但它将以相同的方式应用于具有更多反射镜的系统中。
112.第二反射镜50在步骤601中接收低功率激光束。然后，来自激光束的大部分能量将朝向下一反射镜或末端工具或输出反射。在步骤602中，激光束的一部分将朝向第二反射镜的第一检测器52a偏转。由于反射镜表面上存在表面图案，该部分的偏转与激光束的其余部分不同。表面图案可以是位于反射镜表面上的特定位置处的凹陷的图案。凹陷可以是研磨到反射镜表面中的特征，其限定了到检测器的非常少量的激光能量。高功率激光束和低功率激光束可以源自同一个源，并且它们最初都可以具有例如30毫米的直径。然后，低功率激光束可穿过准直器，准直器可将其光束扩展至约6厘米，从而与约9厘米的高功率激光系统紧密匹配。进行这种扩展使得低功率激光束也可以覆盖反射镜上的表面图案，并且检测器可以基于表面图案来有效地检测光束在反射镜表面上的位置。第一检测器52a在步骤603中检测激光束由于表面图案而已经偏转的部分，并在步骤604中基于经偏转部分来检测激光在反射镜表面上的位置和激光束的中心。在步骤605中，第一检测器52a将检测到的位置传送给控制器46。
113.在步骤606中，控制器使用从第一检测器52a接收到的激光束位置，获得激光束中心(光束中心线)和所需位置(诸如反射镜中心线)之间的“偏移”。然后在步骤607中使用激光偏移位置来改变第一反射镜48的角度和/或位置，使得激光束与测量反射镜的中心对准。第一反射镜48和第二反射镜50之间的距离(已知)也与激光束偏移一起使用，以获得所需角度变化的幅度。在位置信息的下一次更新之前，第一反射镜48的运动控制系统(关于图7a-7b更详细地描述)然后在非常短的时间表内(例如，100毫秒的时间表)移动反射镜。存在死区或偏移公差范围，其中即使检测到偏移，控制器也不会指令第一反射镜48移动和/或倾斜，以便避免低效的性能，其中需要过多的功率才能将第一反射镜移动非常小的距离和/或倾斜度。因此，在偏移的公差范围内不发生任何运动，并且仅当检测到的偏移高于特定阈值时，控制器才指令第一反射镜48移动和/或倾斜。
114.图7a示出了从顶侧的激光对准系统的偏转系统70的透视图，而图7b示出了从底侧的偏转系统70的透视图。偏转系统70包括框架72、反射镜90(可对应于上述第二反射镜50)、用于相对于框架定位反射镜90的移动系统74(具有电机76和传动系78)以及相机72a、72b(可对应于上述检测器52a和52b)。反射镜90包括以图案布置的多个元件，其中这些元件作为凹陷94施加在反射镜表面91上。镜子还包括用于冷却剂的入口96和出口98，以便在使用期间冷却反射镜。
115.反射镜表面91通常是铝或铜，但可以使用其他合适的材料。入口96和出口98用于冷却剂(例如水或气体)的循环以确保反射镜90在反射激光束时在操作期间不过热。凹陷94可以是任何固定图案，并且用于偏转激光束的小部分，使得相机72a、72b能够检测到激光束撞击反射镜表面以及光束在反射镜表面91上的位置。反射镜表面90还包括两组73a、73c和73b、73d，这些组中的每一组适配成在检测到激光束到达反射镜90的边缘的预定距离之内
或延伸超过该边缘时独立地发送用于自动关闭激光器的信号。这可以包括例如，监测反射镜90的边缘或角落上的热负载的一个或多个安全传感器。
116.反射镜90通过移动系统74连接到框架72，移动系统74能够相对于框架72移动或倾斜反射镜90。该移动可以通过一个或多个电机76、传动系78和其他组件(例如连接器、支架、齿轮)在一个或更多个方向上进行，这些组件连接在框架72和反射镜90之间，以可控地移动或倾斜反射镜90。反射镜90能够使用两个电机76和两个传动系78在两个方向上倾斜，但其他偏转系统可以包括更多或更少的移动或倾斜选项。该移动由控制器46控制，如结合先前附图所说明的。取决于偏转系统70位于图2a中示出的激光路径内哪里，移动和控制可以变化。例如，直接位于激光源之后的第一偏转系统通常可能涉及非常小的移动，但位于腕部22中的激光束偏转系统可能能够在更大的一个或多个范围内移动或倾斜，以适应该位置的所有不同运动。
117.相机72a、72b通常是红外相机或其他类型的检测器，其能够检测反射镜90上的激光和反射镜90上激光的位置。相机72a、72b在上部连接到框架72，从而允许针对反射镜90上的正确检测的充分距离，并提供相对于反射镜90保持位置的稳定。一个相机72a可被用于检测仅用于对准的低功率光束，而一个相机72b可被用于检测主激光束或高功率激光束，如关于先前附图中所见。其他实施例可以具有更多或更少的相机，例如纯用于光束检测的附加相机(例如，为了安全以确保光束尚未被中断或以其他方式受损)，而(诸)第一相机被用于凹陷检测。出于冗余和安全原因，也可以使用额外的相机，以在主相机故障的情况下具有备用相机。反射镜具有位于反射镜正面上的带有间隔开的多个元件的表面图案，并且所述表面图案允许入射激光束的至少一部分朝向相机偏转。该表面图案可以是凹陷图案。表面图案，例如凹陷94，导致一些激光能量未沿光束路径反射，从而使得激光束在反射镜表面上更可观察，因为撞击凹陷94的激光束部分以不同的方式反射，从而允许其更容易被相机72a和72b捕获。反射镜90上的凹陷94被配置和布置成仅使光束的一小部分朝向相机偏转，例如光束总功率的0.01％至0.1％。这种小偏转还可以确保朝向相机72a、72b偏转的激光能量不处于会损坏相机72a和72b的水平。在一些实施例中，相机72a、72b可以具有屏蔽以进一步确保激光偏转不会损坏相机及其运转的能力。虽然描述了相机72a、72b，但是可以使用能够检测激光束和反射镜上位置的另一种类型的检测器，例如其他类型的合适光检测器。
118.反射镜90可定向成使得激光束相对于垂直于反射镜表面平面的平面以例如45度撞击反射镜表面91。通常，所有的激光束能量也将以45度的角度从反射镜反射。
119.然而，为了检测激光束位置，凹陷94被设计成使得激光束撞击凹陷的部分在不同方向偏转，换言之，朝向检测器(相机)72a、72b偏转。如果检测器位于反射镜表面91的对面，则凹陷可被设计成使得它们在反射镜的表面上形成为切口，该切口与垂直于反射镜表面平面的平面形成特定角度，使得入射在凹陷中的光束的一部分在检测器(相机)72a、72b的方向上偏转。
120.取决于机器人系统10的特定配置，框架72可以连接到基座14、桅杆18、肩部19、臂部20和腕部22内的各个部分。连接必须使得框架保持稳定，并配置成使得激光束进入框架72的一侧，被反射镜90偏转，并随后离开框架72的另一侧，通常朝向后续偏转系统70、反射镜或处理表面。此外，偏转系统70的数量和配置可取决于系统10尺寸和要求而变化。
121.反射镜90相对于其框架72的移动或倾斜确保尽管存在相对部件的任何移动(例
如，臂部20相对于桅杆18的倾斜或平移)激光束也被偏转到下一所需反射镜(或其他系统或表面)。由于用于表面处理且被反射镜偏转的激光束通常非常强大(例如，20kw或更大)，因此重要的是确保激光束仅被正确地引导在所需位置，以避免损坏机器人系统10的组件或其他附近系统。框架72、相机72a、72b、布置在反射镜表面91处的图案中的元件94、移动系统74以及控制和对准系统确保激光束在反射镜90上的定位可被检测，并且定位信息用于移动或倾斜先前的和/或随后的反射镜90，使得激光束实现与系统中的一个或多个反射镜90的正确对准。
122.图8a解说了根据本发明的反射镜表面的透视图，并且图8b解说了根据本发明的反射镜表面的另一透视图。
123.可以是反射镜上的凹陷94的图案的表面图案可以是对称的，例如，如图8a中所示的同心圆中的间隔开的元件94a的图案，或如图7a中所示的x形图案54b，或如图8b中所示的线图案。这些仅是示例，并且对于技术人员而言将明显的是，许多其他图案也是可能的。
124.如果检测器是红外相机，则红外相机被用于观察来自反射镜表面91上的凹陷94a、94b的经偏转光。因为大部分激光功率被反射镜引导开，所以凹陷94a、94b作为热点出现在红外相机上。并非所有的凹陷一次都在激光路径中，因此观察照射质心可以给出激光束中心的指示。
125.根据本发明的反射镜可具有矩形形状，每条边的长度最小是25毫米。反射镜可以由不同的材料制成，诸如在外表面上具有金涂层的铜或铝基座，然后将其水冷。
126.如在前面的描述中所见，两阶段定位系统和方法的使用(其中在第一定位步骤中，反射镜用第一相机通过低功率激光束来对准)允许精确且高效地对准和重新对准通过复杂系统的激光束。在其中高功率激光束操作的第二步骤期间，通过将小部分激光偏转离开光束路径至检测器系统(诸如相机系统(第二相机))以将光束的质心维持在所需位置(其可以是反射镜的中间位置)而将反射镜维持在适当位置。通过不断地检测和调整反射镜，无论激光束和/或交通工具或将激光束传递给输出端的其他组件所经受的移动的数量和/或轴线改变如何，都可以实现激光束的正确对准。这得到非常安全且准确的定位系统，从而允许使用高功率激光束，而没有由于未对准而损坏周围部件的风险。表面图案，诸如凹陷图案(反射镜表面上的特征)可被用于最小化所偏转的光的量，其使质心测量的精度最大化，从而进一步确保精确对准以及当对准和反射时良好地保持在反射镜表面内的能力。
127.虽然已参照示例性实施例对本发明进行了描述，然而本领域的技术人员将理解，可作出各种变化并且可用等效物替代其中的要素而不背离本发明的范围。此外，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导而不脱离本发明的本质范围。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，但是本发明将包括落入随附权利要求的范围内的所有实施例。

技术特征：

1.一种激光束对准系统，包括：第一偏转系统和布置在其下游的第二偏转系统，所述偏转系统各自包括：框架，以及具有反射镜表面的反射镜，所述反射镜表面用于将入射在所述反射镜表面上的激光束的一部分反射成经反射光束部分；所述第一偏转系统还包括连接到所述框架和所述反射镜的移动系统，所述移动系统用于相对于所述框架定位所述反射镜以调整所述经反射光束部分相对于所述反射镜表面的角度；所述第二偏转系统还包括：-以图案布置在所述第二偏转系统的所述反射镜表面处的多个元件，所述多个元件用于将入射在所述元件上的所述激光束的一部分偏转成与由所述反射镜反射的所述经反射光束部分不同的经偏转光束部分；以及-布置在所述经反射光束部分的路径外部的一个或多个检测器，所述一个或多个检测器用于检测所述经偏转光束部分的至少一部分；至少一个控制器，配置成与所述第一反射镜偏转系统的所述移动系统和所述第二反射镜偏转系统的所述一个或多个检测器通信，并且控制所述移动系统以相对于所述框架定位所述第一反射镜，以基于所述经偏转光束部分的检测到的部分在所述第二反射镜上对准所述激光束。2.如权利要求1所述的激光束对准系统，其特征在于，所述第一和第二偏振系统的反射镜之间的光束路径是至少0.5米，优选地至少5米。3.如权利要求1所述的激光束对准系统，其特征在于，所述第一和第二偏振系统的反射镜被布置成使得来自所述第一偏转系统的所述经反射光束能直线行进至所述第二偏转系统的所述反射镜。4.如权利要求1所述的激光束对准系统，其特征在于，所述第一偏转系统的所述反射镜的反射镜表面基本上是平面的，和/或其中所述第二偏转系统的所述反射镜的反射镜表面基本上是平面的。5.如权利要求1所述的激光束对准系统，其特征在于，所述第一和第二偏转系统被适配成用于对准和反射在至少2分钟的时间段期间具有10kw或更多的平均功率输出的激光束。6.如权利要求1所述的激光束对准系统，其特征在于，当在所述反射镜表面上的投影中查看时，所述多个元件的组合面积小于所述多个元件的凸壳的面积的0.5％。7.如权利要求1所述的激光束对准系统，其特征在于，当在所述反射镜表面上的投影中查看时，所述多个元件的凸壳的面积是至少90cm2。8.如权利要求1所述的激光束对准系统，其特征在于，所述多个元件彼此间隔开，优选地其中当在反射镜表面上的投影中查看时，每个元件具有在0.01cm2与0.25cm2之间的面积。9.如权利要求1所述的激光束对准系统，其特征在于，所述图案包括以下中的一者或多者：布置成在两条或更多条线上彼此间隔开的元件，这些线彼此成角度，优选地其中这些线彼此成45度的整数倍的角度；以及在同心圆上彼此间隔开地布置的元件。10.如权利要求1所述的激光束对准系统，其特征在于，所述第二偏转系统还包括连接
到所述框架和所述反射镜的移动系统，所述移动系统用于相对于所述框架定位所述反射镜以调整所述经反射光束部分相对于所述反射镜表面的角度；所述系统还包括所述第二偏转系统的下游的第三偏转系统，所述第三偏转系统设置有：-框架，-具有反射镜表面的反射镜，所述反射镜表面用于将入射在所述反射镜上的激光束的一部分反射成经反射光束部分；-以图案布置在所述第二偏转系统的所述反射镜表面处的多个元件，所述多个元件用于将入射在所述反射镜上的激光束的一部分偏转成与由所述反射镜反射的所述经反射光束部分不同的经偏转光束部分；以及-布置在所述经反射光束部分的路径外部的一个或多个检测器，所述一个或多个检测器用于检测所述经偏转光束部分的至少一部分；其中所述至少一个控制器被配置成与所述第二偏转系统的所述移动系统和所述第三偏转系统的所述一个或多个检测器通信，并且控制所述移动系统以相对于所述框架定位所述第二反射镜，以基于所述经偏转光束部分的检测到的部分在所述第三反射镜上对准所述激光束。11.如权利要求1所述的激光束对准系统，其特征在于，所述第二偏转器系统包括安全检测器，所述安全检测器用于检测所述激光束的一部分是否行进通过所述反射镜而没有入射在所述反射镜表面或所述多个元件上，和/或所述激光束的一部分是否在所述反射镜的外边缘的预定距离内。12.一种机器人系统，包括其上装载有桅杆的移动基座，其中臂部可移动地装载在所述桅杆上，并且其中腕部可移动地装载在所述臂部上，所述机器人系统还包括根据权利要求1所述的激光束对准系统，其中所述激光束对准系统被布置在所述桅杆、臂部和/或所述腕部内。13.如权利要求12所述的机器人系统，其特征在于，还包括用于生成在至少2分钟的时间段期间具有至少10kw的平均功率输出的激光的高功率激光发生器。14.如权利要求12所述的机器人系统，其特征在于，还包括用于生成具有小于30w的平均功率输出的可见激光光束的低功率激光发生器，其中所述控制器被适配成用于在激活高功率激光发生器之前使用所述低功率激光来执行所述光束对准系统中的所述反射镜的初始对准。15.一种激光束对准方法，包括以下步骤：a)在第一反射镜中将激光束反射至第二反射镜，其中所述第一反射镜经由移动系统连接到框架，所述移动系统被适配成用于将所述第一反射镜相对于所述框架定位以调整所述激光束从第一反射镜反射至所述第二反射镜的角度；所述第二反射镜包括反射镜表面，所述反射镜表面用于反射入射在所述反射镜表面上的激光束的一部分作为经反射光束部分，并且所述第二反射镜包括多个元件，所述多个元件以图案布置在所述反射镜表面处以用于偏转入射在所述元件上的激光束的一部分作为与所述经反射光束部分不同的经偏转光束部分；
b)在与所述经反射光束部分的主轴线间隔开的位置处检测所述经偏转光束部分的至少一部分，c)基于所述经偏转光束部分的检测到的部分，控制所述移动系统以将所述第一反射镜相对于所述框架定位，使得所述经反射光束部分从所述第一反射镜反射至所述第二反射镜上，所述经反射光束部分的主轴线相对于所述图案位于所需位置处。16.如权利要求15所述的激光束对准方法，其特征在于，包括基于包含所述图案的一部分的图像的经偏转光束部分，基于所检测到的经偏转光束部分来确定所述第二反射镜上的光束质心相对于所述图案的位置，并且其中步骤d)包括基于所述光束质心与所述图案的相对位置来控制所述移动系统。17.如权利要求15所述的激光束对准方法，其特征在于，所述激光束是低功率激光束，并且当通过步骤c)已经到达所述所需位置时，所述方法还包括：关闭所述低功率激光束；打开高功率激光束；以及用所述高功率激光束执行步骤a)到c)。18.如权利要求15所述的激光束对准方法，其特征在于，所述激光束是在至少2分钟的时间段期间具有至少10kw的平均功率输出的高功率激光束，其中在所述时间段期间以至少10hz的频率重复步骤a)到c)。

技术总结

一种激光束对准系统，包括：至少一个反射镜，其具有被配置成接收和反射激光束的表面图案；至少一个检测器，被配置成检测来自反射镜的激光束的经偏转部分；以及至少一个控制器，被配置成与至少一个反射镜和至少一个检测器通信，并且基于激光束的经偏转部分来控制反射镜位置。镜位置。镜位置。

技术研发人员：

S

受保护的技术使用者：

西南研究会

技术研发日：

2020.12.18

技术公布日：

2022/11/22