[發明專利]用于激光加工的多功能監測系統及監測方法、指向方法

在審

• 申請號: 201810835297.1
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN108747001A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 張凱勝;楊小君;趙華龍;康偉;朱文宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: B23K26/067
• 分類號: B23K26/067;B23K26/70;B23K26/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

本發明涉及一種用于激光加工的多功能監測系統及監測方法、指向方法，解決現有激光加工方式數據處理速度慢、成本高、體積大和集成難度高等問題。該系統包括分光模塊、監測鏡頭、成像組件、運動模塊和信號處理模塊；分光模塊安裝在激光加工光路中，激光光束經分光模塊分為兩路，其中一路被分光模塊折轉90°進入監測鏡頭，另一路穿過分光模塊實現激光加工；監測鏡頭、成像組件設置在分光模塊的反射光路上；運動模塊實現成像組件的移動；監測鏡頭包括光學系統；成像組件包括探測器和成像電路板；信號處理模塊與探測器連接。同時，本發明還提供了一種基于上述系統的監測方法及實現加工激光的位置指向方法。

技術領域

本發明涉及激光加工技術領域，特別涉及一些對激光功率、能量分布及光束指向要求高的激光加工領域，具體涉及一種用于激光加工的多功能監測系統及監測方法、指向方法。

背景技術

激光加工具有加工精度高、質量好、柔性化等特點，因此在鋼鐵、機械、汽車和半導體等工業領域得到了廣泛應用。對于激光加工設備，其可靠性取決于激光加工光路的穩定性，激光加工過程是激光與物質相互作用的結果，加工質量的優劣受到激光功率、能量分布和光束指向等工藝參數的影響。只有達到有效的工藝參數，才能夠保證實現最佳的加工質量。

隨著激光加工技術逐漸自動化、智能化，激光加工監測裝置已成為國內外激光技術領域研究的熱點。將監測裝置引入激光加工設備中，在設備工作過程中對加工光束功率、能量分布和光束指向進行監測，可有效的提高激光加工的可控性，改善加工質量。

目前，在激光加工設備中，要實現激光功率、能量分布和光束指向等工藝參數測量，需要至少三種監測裝置，此種方式導致數據處理速度慢，難于集成，同時引入多個監測裝置，帶來了成本高、體積大和集成難度高等問題。有鑒于此，有必要提供一種能夠解決上述技術問題的監測裝置，用于對激光功率、能量分布和光束指向等工藝參數監測的裝置。

發明內容

本發明的目的是解決現有激光加工監測裝置數據處理速度慢、成本高、體積大和集成難度高等技術問題，提供一種用于激光加工的多功能監測系統及監測方法、指向方法，可實現對激光功率、能量分布和光束指向等工藝參數測量的多功能監測。

本發明的技術方案是：

一種用于激光加工的多功能監測系統，包括分光模塊、監測鏡頭、成像組件、運動模塊和信號處理模塊；所述分光模塊安裝在激光加工光路中，激光光束經分光模塊分為兩路，其中一路被分光模塊折轉90°進入監測鏡頭，另一路穿過分光模塊實現激光加工；所述監測鏡頭和成像組件設置在分光模塊的反射光路上；所述運動模塊實現成像組件的移動；所述監測鏡頭包括光學系統；所述成像組件包括探測器和成像電路板；所述信號處理模塊與探測器連接，用于對采集到的圖像進行分析，得到激光功率、能量分布和光束指向等工藝參數，及時反饋給數控系統。

進一步地，所述光學系統為遠心平場鏡頭，包括從物面到像面依次設置的光闌、第一正透鏡、第一負透鏡和第二正透鏡。

進一步地，所述第一正透鏡的折射率nd>1.75、色散系數vd<50；所述第一負透鏡的折射率nd<1.65、色散系數vd>30；所述第二正透鏡的折射率nd>1.75、色散系數vd<50。

進一步地，所述第一正透鏡的厚度為3.109mm，入光面的曲率半徑為11.969mm，半口徑為5.03mm，出光面的曲率半徑為19.639mm，半口徑為4.47mm；所述第一負透鏡的厚度為4mm，入光面的曲率半徑為-6.789mm，半口徑為2.73mm，出光面的曲率半徑為-13.119mm，半口徑為3.28mm；所述第二正透鏡的厚度為3.151mm，入光面的曲率半徑為33.207mm，半口徑為3.35mm，出光面的曲率半徑為-35.899mm，半口徑為3.24mm；所述第一正透鏡與第一負透鏡的距離是12.59mm，所述第一負透鏡和第二正透鏡的距離是3.114mm；所述第二正透鏡與像面的距離為12mm。