CN103949774A - 监测激光束质量的激光加工头及实时监测的方法 - Google Patents

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袁建文
闫大鹏
龚均明
何江涛
赵文利
柯攀
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Abstract

本发明涉及一种监测激光束质量的激光加工头及实时监测的方法，监测激光束质量的激光加工头包括激光器输出头连接件、分光模块、激光束监测模块、激光加工头主体，其特征在于：激光器输出头连接件、激光束监测模块、激光切割头主体分别通过螺丝固定在分光模块上，并使输入的激光束穿过激光器输出头连接件进入分光模块，其中分光模块将部分激光束透射沿原方向继续传播到激光束监测模块，部分激光束反射偏转90度方向传播到激光加工头主体。使用本发明可以在激光切割、激光焊接中实时监测激光束质量，几乎没有能量损失，可控性好，操作简单，反应速度快，能保证激光加工质量的一致性，还能促进激光器的改进。

Description

监测激光束质量的激光加工头及实时监测的方法
技术领域
本发明涉及一种激光加工中监测激光束质量的激光加工头及实时监测的方法，可以在激光加工中(如激光切割或激光焊接)实时检测激光束的光束质量，属于激光加工领域。
背景技术
激光具有单色性好，相干性好，方向性好的特点，并且易于与计算机连接实现自动化控制。因此，激光加工技术在现代制造业中占有越来越重要的位置。激光束质量是影响材料加工方式及质量的关键因素。在激光加工过程中常有加工质量不均匀的现象，其原因可能是光束质量不稳定造成的。因此，在激光加工过程中实时监测激光束的稳定性，能够保证加工质量的一致性，还能及时发现激光器的潜在问题，对激光器技术的改进有重要作用。
目前市场上做激光加工头的厂家很多，每年关于激光切割头、激光焊接头的专利有上百个。激光加工头的种类与功能越来越丰富，如带有自动调焦功能、CCD实时观察加工过程中材料变化的功能、自动更换聚焦镜片的功能等，但是没有一款能在加工过程中实时监测激光束质量的激光加工头。
因此，开发一款既能正常加工又能实时监测激光束质量的激光加工头，显得非常必要。
发明内容
本发明旨在解决目前在激光加工过程中实时监测激光束质量的难题，提出一种监测激光束质量的激光加工头及实时监测的方法，该方法将激光加工技术与单独测量激光束质量结合起来，发明一种监测激光束质量的激光加工头。该监测激光束质量的激光加工头既具有传统的激光加工能力，又具有实时监测激光束质量的能力。
本发明的技术方案为：
监测激光束质量的激光加工头，包括激光器输出头连接件、分光模块、激光束监测模块、激光加工头主体，其特征在于：激光器输出头连接件、激光束监测模块、激光切割头主体分别通过螺丝固定在分光模块上，并使输入的激光束穿过激光器输出头连接件进入分光模块，其中分光模块将部分激光束透射沿原方向继续传播到激光束监测模块，部分激光束反射偏转90度方向传播到激光加工头主体。
所述的激光器输出头连接件是带有准直或扩束光学镜片的连接件，能够固定QBH或QCS激光器输出头。
所述的分光模块带有3个相连的通光孔，内部装有分光镜片、镜座、调节螺杆，侧面分别打有固定螺纹孔。
所述的分光镜片是透明材料基底，表面镀反射膜，且反射面与入射光线呈45度夹角。
所述的激光束监测模块内部装有镜片组、激光束质量分析仪，且具有防尘功能。所述的激光束质量分析仪为能与连接计算机的CCD或CMOS激光光束接收器。
所述的镜片组由激光缩束镜和激光衰减片组成。
所述的激光加工头主体是激光切割头主体或激光焊接头主体。
监测激光束质量的激光加工头实时监测的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)、将激光器输出头固定在激光器输出头连接件中；
(2)、从激光器输出头输出的激光束通过激光器输出头连接件中的光学镜片入射到分光模块中的分光镜片上；
(3)、分光镜片能透射部分激光束和反射大部分激光束，透射部分激光束沿原方向继续传播，反射部分激光束传播方向偏转90度；
(4)、透射部分激光束进入激光束监测模块，首先通过一个镜片组，到达激光束质量分析仪；所述的激光束质量分析仪为能与连接计算机的CCD或CMOS激光光束接收器，激光束质量分析仪进行光束质量分析；
(5)、反射部分激光束通过激光加工头主体达到加工材料。
所述的激光束加工材料为激光切割或激光焊接。
本发明的工作原理是：将入射激光束经过光学镜片处理照射到一个分光镜片，通过分光镜进行分光(透射和反射)，将反射的激光束经过聚焦镜用于材料加工，而透射的激光束经过镜片组进入激光束质量分析仪进行实时监测激光束质量。
使用本发明可在激光切割或激光焊接中实时监测激光束质量，几乎没有能量损失，可控性好，操作简单，反应速度快，能保证激光加工质量的一致性，还能及时发现激光器的潜在问题，对激光器技术的改进有重要作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：0-激光器输出头，00-激光束，1-激光器输出头连接件，10-光学镜片，2-分光模块，20-分光镜片，21-镜座，3-激光束监测模块，30-镜片组，31-激光束质量分析仪，4-激光加工头主体，40-激光聚焦镜，41-激光保护镜，5-加工材料。
具体实施方式
首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
实例1
下面结合附图中的实施方案以分光监测激光切割头为实例，进一步阐述：
如图1所示，本发明主要包括激光器输出头连接件1、分光模块2、激光束监测模块3、激光切割头主体4。分光模块2根据激光束的传输方向三面开有通光孔，此三面外侧分别打有4个固定螺丝孔，激光器输出头连接件1、激光束监测模块3、激光切割头主体4通过螺丝固定在分光模块上，形成一个监测激光束质量的激光加工头，并使输入的激光束00穿过激光器输出头连接件1进入分光模块2，其中分光模块2将部分激光束透射沿原方向继续传播到激光束监测模块3，部分激光束反射偏转90度方向传播到激光加工头主体4。
所述的激光器输出头连接件1，内部带有激光准直镜，可以将发散的激光准直为平行光。
所述的分光模块2，三面外侧打有螺纹孔和通光孔，内部装有分光镜片20、镜座21、调节螺杆。分光镜片20通过螺纹压环装在镜座21内，分光镜片的反射面与激光束入射方向呈45度夹角，且分光镜片是透明材料基底，表面镀反射膜。通过调节螺杆能微调45度反射镜与入射激光束的夹角，使反射激光束能够平行入射激光切割头主体4且激光束中心与切割头主体中心同轴。
所述的激光束监测模块3，内部装有镜片组30和CCD激光光束接收器，外部盖有罩子形成密闭空间，具有防尘功能。镜片组30、CCD激光光束接收器均都带有调节螺杆，方便使透射激光全部能被CCD激光光束接收器检测到。CCD激光光束接收器通过数据线与计算机相连。计算机装有激光束质量分析软件并能实时显示CCD激光光束接收器检测激光束数据。
所述的激光切割头主体4，上部与分光模块2相连，下部装有喷嘴，内部装有聚焦镜40、保护镜41，与常规激光切割头主体相同。
监测激光束质量的激光加工头实时监测的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)、将激光器输出头0固定在激光器输出头连接件1中；
(2)、从激光器输出头0输出的激光束通过激光器输出头连接件1中的激光准直镜入射到分光模块2中的分光镜片20上；
(3)、分光镜片20能透射部分激光束和反射大部分激光束，透射部分激光束沿原方向继续传播，反射部分激光束传播方向偏转90度；
(4)、透射部分激光束进入激光束监测模块2，首先通过一个镜片组30，到达CCD激光光束接收器，CCD激光光束接收器通过数据线与计算机相连。计算机装有激光束质量分析软件并能实时显示CCD激光光束接收器检测激光束数据；
(5)、反射部分激光束通过激光加工头主体4达到加工材料5，，激光加工头主体4下部装有喷嘴，内部装有聚焦镜40、保护镜41，进行激光切割或激光焊接。

Claims (10)

1.监测激光束质量的激光加工头，包括激光器输出头连接件、分光模块、激光束监测模块、激光加工头主体，其特征在于：激光器输出头连接件、激光束监测模块、激光切割头主体分别通过螺丝固定在分光模块上，并使输入的激光束穿过激光器输出头连接件进入分光模块，其中分光模块将部分激光束透射沿原方向继续传播到激光束监测模块，部分激光束反射偏转90度方向传播到激光加工头主体。
2.按照权利要求1所述的监测激光束质量的激光加工头，其特征在于：所述的激光器输出头连接件是带有准直或扩束光学镜片的连接件，能够固定QBH或QCS激光器输出头。
3.按照权利要求1所述的监测激光束质量的激光加工头，其特征在于：所述的分光模块带有3个相连的通光孔，内部装有分光镜片、镜座、调节螺杆，侧面分别打有固定螺纹孔。
4.按照权利要求3所述的监测激光束质量的激光加工头，其特征在于：所述的分光镜片是透明材料基底，表面镀反射膜，且反射面与入射光线呈45度夹角。
5.按照权利要求1所述的监测激光束质量的激光加工头，其特征在于：所述的激光束监测模块内部装有镜片组、激光束质量分析仪，且具有防尘功能。
6.按照权利要求5所述的监测激光束质量的激光加工头，其特征在于：所述的镜片组由激光缩束镜和激光衰减片组成。
7.按照权利要求1所述的监测激光束质量的激光加工头，其特征在于：所述的激光束质量分析仪为能与连接计算机的CCD或CMOS激光光束接收器。
8.按照权利要求1所述的监测激光束质量的激光加工头，其特征在于：所述的激光加工头主体是激光切割头主体或激光焊接头主体。
9.按照权利要求1-8之一所述的监测激光束质量的激光加工头实时监测的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)、将激光器输出头固定在激光器输出头连接件中；
(2)、从激光器输出头输出的激光束通过激光器输出头连接件中的光学镜片入射到分光模块中的分光镜片上；
(3)、分光镜片能透射部分激光束和反射大部分激光束，透射部分激光束沿原方向继续传播，反射部分激光束传播方向偏转90度；
(4)、透射部分激光束进入激光束监测模块，首先通过一个镜片组，到达激光束质量分析仪；所述的激光束质量分析仪为能与连接计算机的CCD或CMOS激光光束接收器，激光束质量分析仪进行光束质量分析；
(5)、反射部分激光束通过激光加工头主体达到加工材料。
10.按照权利要求8所述的监测激光束质量的激光加工头实时监测的方法，其特征在于：所述的激光束加工材料为激光切割或激光焊接。
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