[實用新型]一種激光熔池光譜檢測裝置

有效

• 申請號: 201320883151.7
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN203672783U
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 雷劍波;張傳鵬;胡鵬;王云山
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種光譜檢測裝置，特別是關于一種能夠對運動熔池的光譜實時進行檢測的激光熔池光譜檢測裝置。

背景技術

目前，激光加工技術因高效率、無污染、高精度、熱影響區小等優點，廣泛應用于焊接、切割、零件修復、快速成型等領域。然而，該技術仍處于發展之中，許多基礎問題尚待深入研究。激光的高能輸入與熔池內的物理運輸，存在復雜的光熱輻射過程，它直接決定了激光加工的精度和性能，因此發展激光熔池的光熱輻射檢測裝置和深入研究激光熔池中的光熱輻射，對于研究其內在規律及物理機制有重要的科學價值，對激光制造的工業應用具有指導作用。

現有技術中采用轉折光路傳輸運動熔池光譜時存在以下問題：光路精度要求較高，運動中物象位置較難控制；熔池溫度較高，光學元件受溫度影響較大；熔池尺寸較小，光譜輻射有限；激光加工過程中飛濺、煙霧等因素，對熔池光譜產生強烈的吸收，導致檢測到的光譜輻射能量較弱。

發明內容

針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種光譜采集能力強的運動激光熔池光譜檢測裝置。

為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案：一種激光熔池光譜檢測裝置，其特征在于：它包括一光譜采集透鏡、一光纖耦合透鏡組、一光柵分光解析裝置、一準直透鏡和一光纖；所述光譜采集透鏡設置在待測激光熔池上方，所述光譜采集透鏡的正上方同心設置所述光纖耦合透鏡組，所述光柵分光解析裝置的前方設置所述準直透鏡，所述光纖的輸入端設置在光纖耦合透鏡組的像平面，所述光纖的輸出端設置在準直透鏡的焦平面；待檢測激光熔池的光譜依次經過所述光譜采集透鏡和光纖耦合透鏡組進行成像并經所述光纖的輸入端進入所述光纖傳輸，經所述光纖出射的光經所述準直透鏡準直成平行光后發射到所述光柵分光解析裝置實現激光熔池光譜檢測。

在一個優選的實施例中，所述光纖耦合透鏡組采用一個凸透鏡和一個凹透鏡粘貼而成。

在一個優選的實施例中，所述光譜采集透鏡采用大孔徑會聚透鏡。

在一個優選的實施例中，所述光柵分光解析裝置采用光柵光譜儀。

本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本實用新型包括光譜采集透鏡、光纖耦合透鏡組、光柵分光解析裝置、準直透鏡和光纖，待檢測激光熔池的光譜依次經過光譜采集透鏡和光纖耦合透鏡組進行成像并經光纖的輸入端進入光纖傳輸，由于采用光纖傳輸激光熔池光譜信號，因此可以實現運動熔池的實時測量，避免同軸送粉激光熔覆過程中粉末顆粒對光譜測量的影響，減小熔池光譜測量過程中的噪聲信號，有效提高了同軸送粉激光熔覆過程中檢測到的光譜強度和靈敏度。2、本實用新型在待測量激光熔池上方設置有光譜采集透鏡和光纖耦合透鏡組，其中，光譜采集透鏡采用大孔徑會聚透鏡，能夠在更大的空間立體角內采集光譜，光纖耦合透鏡組采用低折射率的正透鏡和高折射率的負透鏡組成，因此可以降低光路像差，增加光纖的耦合效率，從而增強熔池光譜檢測的靈敏度。本實用新型可以廣泛應用于激光加工中熔池光譜檢測中。

附圖說明

圖1為本實用新型的整體結構示意圖；

圖2為本實用新型的光纖輸入端的光路原理示意圖；

圖3為本實用新型的是光纖輸出端的光路原理示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。

如圖1所示，本實用新型的激光熔池光譜檢測裝置包括一光譜采集透鏡1、一光纖耦合透鏡組2、一光柵分光解析裝置3、一準直透鏡4和一光纖5。

光譜采集透鏡1設置在待測激光熔池上方，光譜采集透鏡1的正上方同心設置光纖耦合透鏡組2，光柵分光解析裝置3的正前方設置準直透鏡4，光纖5的輸入端設置在光纖耦合透鏡組2的像平面，光纖5的輸出端設置在準直透鏡4的焦平面。

如圖2、3所示，本實用新型的工作原理為：待檢測激光熔池的光譜輻射依次經過光譜采集透鏡1和光纖耦合透鏡組2成像并經光纖5的輸入端進入光纖5傳輸，經光纖5出射的光經準直透鏡4準直成平行光后發射到光柵分光解析裝置3實現激光熔池光譜檢測。

在一個優選的實施例中，光纖耦合透鏡組2可以采用一個凸透鏡21和一個凹透鏡22粘貼而成，即由低射率的正透鏡和高折射率的負透鏡組成。

在一個優選的實施例中，光譜采集透鏡1可以采用大孔徑會聚透鏡，使用中可以將光譜采集透鏡1和光纖耦合透鏡組2固定安裝在激光工作頭上，完成激光熔池光譜的采集和光纖耦合。光譜采集透鏡1與光纖耦合透鏡組2之間的間距由透鏡的焦距和物像關系進行確定，可以根據實際所測量的激光熔池進行調節，在此不作限定。