[發明專利]同軸測溫成像的激光聚焦系統

無效

• 申請號: 200910273393.2
• 申請日: 2009-12-25
• 公開（公告）號: CN101774089A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 王鋒;呂超;夏文建
• 申請（專利權）人: 武漢凌云光電科技有限責任公司
• 主分類號: B23K26/42
• 分類號: B23K26/42;G02B27/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

技術領域

本發明涉及一種新型激光聚焦系統，特別是涉及一種同軸測溫成像的激光聚焦系統。

背景技術

目前，光纖耦合激光器被廣泛應用于工業焊接、切割、固化等領域，但是光纖直徑一般比較小，光纖端面功率密度非常高，在工業加工環境下，如果光纖直接作用在被加工面上，光纖表面很容易被污染，導致光纖被燒毀；因此在工業應用場合，都會采用激光聚焦頭，通過成像，使激光聚焦于聚焦頭后一定距離，同時也能夠對光纖起保護作用。工業加工中，為了觀察被加工工件，往往需要成像光信號輸出，加裝電荷耦合器件(CCD)，進行檢測甚至定位控制；同時有些被加工工件對溫度較敏感，為了達到最好的加工效果，需要檢測加工位置的實時加工溫度，甚至通過探測被加工工件的溫度結合溫度反饋系統實時控制照射在工件表面的激光功率以達到控制加工實時溫度的目的。一般情況下，聚焦頭、CCD、溫度測量系統是分立的，不僅體積大，而且調節精度也要求非常高。

發明內容

為了彌補現有技術的不足，適應工業加工中實時觀測和溫度控制的需要，使光纖耦合激光器能夠更廣泛更穩定的應用于工業加工、制造等領域，本發明提供一種能夠使激光聚焦系統實現同軸測溫成像的功能、結構緊湊小巧、精度、穩定性、同一性得到根本性提高的同軸測溫成像的激光聚焦系統。

為了實現上述目的本發明采用的技術方案是：根據激光、CCD成像、溫度探測三個光路所采用的光波波長的不同，采用合束鏡，實現同軸測溫成像；三光路共用同一個聚焦鏡，使CCD成像點、激光聚焦點、測溫點重合；激光光路采用成像系統，成像系統內部采用先準直為平行光，再用聚焦鏡聚焦的設計方式，使激光聚焦點光斑大小與激光出纖光斑大小的比例可控。此結構能夠實現激光光路、CCD成像系統、測溫光路等三個光路同軸。具體技術實施方案如下：

激光聚焦系統分為準直系統和聚焦系統，其中準直系統18由單個或多個鏡片組構成，其作用是將從光纖4出來的發散激光準直為近似平行光；聚焦系統是聚焦鏡10，此聚焦鏡可以由單個或多個鏡片組構成，其作用是將準直后的近似平行光聚焦到加工點14；

CCD成像系統由聚焦鏡10、合束鏡8、反射鏡13和調節鏡12組成，其作用是將加工點14的圖像成像于CCD11接收平面；沿光軸17前后調節調節鏡12，可以在CCD11接收平面形成清晰的加工點14的像；合束鏡8位于激光光路光軸16和CCD成像光路光軸17上，將激光和可見光合為一束，實現激光和可見光的同軸傳輸；CCD可以以灰度顯示在顯示設備上，也可以以彩色顯示顯示在顯示設備上；

測溫光路由聚焦鏡2、合束鏡9、反射鏡3和聚焦鏡10組成，其作用將加工點14的溫度光信號采集到溫度探測器1上；沿光軸15前后調節聚焦鏡2可以將溫度光信號采集到溫度探測器上；合束鏡9位于激光光路光軸16、CCD成像光路光軸17和溫度探測光路光軸15上，將激光、可見光和溫度光信號合為一束，實現激光、可見光和溫度光信號的同軸傳輸；溫度光信號波長為中紅外波段，范圍包括但不限于2-15微米；溫度探測器1測量溫度可以使用基于溫度光信號的輻射波長和溫度的對應關系測量，也可基于溫度光信號的輻射強度和溫度的對應關系測量；

所有光學透鏡2、10、12、18都可以是單透鏡，也可以是組合透鏡或多個透鏡系統組成的等效透鏡；

聚焦透鏡10、合束鏡9的材料必須是同時可以透過可見光、近紅外和中紅外的材料，比如ZnSe(硒化鋅)等；

同軸測溫成像的激光聚焦系統，可以保留激光聚焦、測溫、CCD成像全部功能，也可以只保留其中的兩個功能，例如激光聚焦和同軸測溫、激光聚焦和同軸CCD成像以及測溫和同軸CCD成像。

本發明所述的系統，其特征是在一定工作距離上，激光班點的大小可以通過調節組成激光準系統18的全部或部分透鏡和光纖4端面的相對距離來實現。

本發明的有益效果是將激光傳輸、CCD成像和溫度探測實現同軸傳輸，三個功能用同一套裝置實現，整體體積小巧，適用于工業焊接、切割、固化等各種場合。

附圖說明

圖1所示為同軸測溫成像的激光聚焦系統原理圖，圖中，1.溫度探測器，2.聚焦鏡，3.反射鏡，4.光纖，5、6、7.球面鏡，8.合束鏡，9.合束鏡，10.聚焦鏡，11.電荷耦合器件(CCD)，12.調節鏡，13.反射鏡，14.加工點，15.探溫光路光軸，16.激光光路光軸，17.CCD成像光路光軸，18.準直系統。

具體實施方式