一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统，包括激光器、扩束镜、DOE、振镜、场镜、第一反射镜、光线收集器、物镜和CCD相机，在所述激光器前方依次设置扩束镜、DOE、振镜，所述振镜的另一端连接有场镜，所述场镜的前方设置有第一反射镜，所述第一反射镜的透射光路上设有物镜和与镜头连接的CCD相机，反射光路上设有光线收集器。本实用新型专利技术有益效果：通过调整物镜的倍率，可以测量任意大小的焦斑，实用性强；极大降低了DOE的安装难度，降低设备调节工作量，改善加工质量；结构简单、性价比高，适合工业大面积推广，巨有很大的市场前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统
本技术属于激光加工
，尤其是涉及一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统。
技术介绍
激光器输出的激光光强分布一般是高斯分布，即光束中心能量最高，越往边缘越弱。在激光加工过程中，由于激光的高斯特性，实际加工会出现加工效果不一致的情况，无法满足高端制造的需求。衍射光学元件(DifractiveOpticalElement，DOE)进行光束整形是近年发展起来的功能强大的光束整形方式。DOE可适用于多种的输入激光参数，通过改变镜片上的相位分布，在激光焦面上形成指定的光斑形状和光强分布，还可以实现在激光传播方向特定的光强分布。其典型的功能包括：产生平顶分布圆光斑或矩形光斑；产生线形分布光斑等。这些光斑调制对提高激光加工效果具有重要的意义，例如对于激光钻孔应用，平顶型光斑有利于提升孔壁的垂直度和边缘锐度，激光切割减少切割区域的崩边、熔边，提升切割质量等。经过DOE调制的激光聚焦光斑可以大大提高光斑的均匀性，改善激光加工效果。为了方便应用和调节，需要在安装DOE时，实时观测聚焦光斑分布，确定DOE的安装和光斑焦面位置。目前应用调试还比较困难，主要原因有两点：聚焦以后的光斑尺寸非常小，一般是几个微米的直径，工业激光器功率都比较高，为几十瓦甚至上百瓦，如此高的功率形成一个极小的热点，会瞬间损坏感光探测器；为了提高激光加工的精度，经过场镜聚焦以后的光斑往往非常小，可达几个微米的直径，而传统的光束测量手段难以测量如此小的光斑直径，这给DOE的安装调节和应用带来困难。在现有的主流测量技术中光束分析仪主要包含CCD相机、专业光束分析软件，价格比较昂贵，且由于CCD工艺技术的限制，单个像元尺寸往往比较大，比较好的可以做到CCD芯片4um多，一般都是9um。而在实际应用过程中，光斑大小与加工精度息息相关。为了提高加工精度，光斑一般小于10um。通常情况下，一个光斑至少用10个以上像元面积感光拟合光斑分布，即需要CCD芯片做到1um甚至零点几微米。这种CCD芯片工艺很难达到，即便做到价格也非常昂贵，难以在工业应用上大面积推广。因此，如何简单、方便地测量聚焦光斑的分布在激光加工技术中具有重大意义。
技术实现思路
有鉴于此，本技术旨在克服现有技术中聚焦光斑分布测量困难的问题，提出一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统，包括激光器、扩束镜、DOE、振镜、场镜、第一反射镜、光线收集器、物镜和CCD相机，在所述激光器前方依次设置扩束镜、DOE、振镜，所述振镜的另一端连接有场镜，所述场镜的前方设置有第一反射镜，所述第一反射镜的透射光路上设有物镜和与物镜连接的CCD相机，反射光路上设有光线收集器。进一步的，所述扩束镜为1-4倍扩束的变倍扩束镜。进一步的，所述DOE和振镜之间还设有光路转折单元。进一步的，所述光路转折单元包括多个第二反射镜，且第一个所述第二反射镜的入射光路上设置DOE，最后一个所述第二反射镜的反射光路上设置振镜，中间位置处所述第二反射镜的入射光路上均设置另一个第二反射镜。进一步的，所述场镜通过螺栓固定连接在振镜的出光孔位置处。进一步的，所述DOE入射光孔径为5mm。进一步的，所述振镜的入射孔径为14mm。进一步的，所述场镜的焦距为100mm。进一步的，所述物镜为10X物镜。相对于现有技术，本技术具有以下优势：本技术所述的基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统通过激光器发射激光，通过DOE改变焦斑分布，焦斑光线通过振镜和场镜射出后，得到聚焦光束，即焦斑变得很小，此时再经过第一反射镜将绝大部分激光能量反射进光线收集器里面，避免激光能量过高损坏CCD和物镜，剩余的透射部分的光线最后通过物镜对焦斑放大并成像到CCD相机中，即可通过相机控制软件观察焦斑分布，进行DOE作用的分析；同时通过调整DOE的位置和场镜的高度，找到最佳焦斑，此时固定DOE调整架，DOE安装完成；该系统通过调整物镜的倍率，可以测量任意大小的焦斑，实用性强；极大降低了DOE的安装难度，降低设备调节工作量，改善加工质量；结构简单、性价比高，适合工业大面积推广，巨有很大的市场前景。附图说明构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术实施例所述的基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统结构示意图。附图标记说明：1-激光器；2-扩束镜；3-DOE；4-光路转折单元；5-振镜；6-场镜；7-第一反射镜；8-光线收集器；9-物镜；10-CCD相机。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。如图1所示，一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统，包括激光器1、扩束镜2、DOE3、振镜5、场镜6、第一反射镜7、光线收集器8、物镜9和CCD相机10，在激光器1前方依次设置扩束镜2、DOE3、振镜5，振镜5的另一端连接有场镜6，场镜6的前方设置有第一反射镜7，第一反射镜7的透射光路上设有物镜9和与物镜9连接的CCD相机10，反射光路上设有光线收集器8。本实施例中，扩束镜2为1-4倍扩束的变倍扩束镜，通过调整扩束镜2，可以得到适合DOE3入射直径的光束。本实施例中，在DOE3和振镜5之间还设有光路转折单元4，用于改变光路方向，转折光路缩小系统的体积。光路转折单元4包括多个第二反射镜，且第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统，其特征在于：包括激光器(1)、扩束镜(2)、DOE(3)、振镜(5)、场镜(6)、第一反射镜(7)、光线收集器(8)、物镜(9)和CCD相机(10)，在所述激光器(1)前方依次设置扩束镜(2)、DOE(3)、振镜(5)，所述振镜(5)的另一端连接有场镜(6)，所述场镜(6)的前方设置有第一反射镜(7)，所述第一反射镜(7)的透射光路上设有物镜(9)和与物镜(9)连接的CCD相机(10)，反射光路上设有光线收集器(8)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统，其特征在于：包括激光器(1)、扩束镜(2)、DOE(3)、振镜(5)、场镜(6)、第一反射镜(7)、光线收集器(8)、物镜(9)和CCD相机(10)，在所述激光器(1)前方依次设置扩束镜(2)、DOE(3)、振镜(5)，所述振镜(5)的另一端连接有场镜(6)，所述场镜(6)的前方设置有第一反射镜(7)，所述第一反射镜(7)的透射光路上设有物镜(9)和与物镜(9)连接的CCD相机(10)，反射光路上设有光线收集器(8)。


2.根据权利要求1所述的一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统，其特征在于：所述扩束镜(2)为1-4倍扩束的变倍扩束镜。


3.根据权利要求1所述的一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统，其特征在于：所述DOE(3)和振镜(5)之间还设有光路转折单元(4)，用于改变光路方向。


4.根据权利要求3所述的一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统，其特征在于：所述光路转折...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秋月，张云龙，
申请(专利权)人：德中天津技术发展股份有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12