CN108889728A - 一种激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头 - Google Patents

Abstract

一种激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头，包括：石英端帽；主输出光纤，一端与石英端帽熔接；辅助探测光纤，与主输出光纤一起熔接在石英端帽的同一端或与主输出光纤包层熔接在一起；聚焦透镜，安装于辅助探测光纤的另一端，用于聚集待加工件返射的并沿辅助探测光纤传输的激光；光电探测器，安装于所述聚焦透镜的一侧焦点处，用于探测沿辅助探测光纤返回并被聚焦透镜聚集的激光量，并将返回激光转换成电信号进行监测，以缓解现有技术中进行激光加工时返回的激光束烧坏光纤激光器泵浦源，光电探测器误报警等技术问题。

Description

一种激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头

技术领域

本公开涉及高功率激光加工器具领域，尤其涉及一种激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头。

背景技术

采用脉冲光纤激光器进行激光清洗应用具有非常多的优势：1、光纤激光器体积相对较小，电光效率较高；2、激光可通过光纤进行远距离传输，提高了其应用范围；3、光纤激光器内部各光学器件间均采用光纤进行连接，相对空间光路具有非常高的稳定性和可靠性。但是在采用光纤激光器进行激光加工应用时，光纤激光器内部泵浦源非常容易被加工对象反射会的激光损坏，尤其在采用脉冲激光器进行工业加工应用时，由于脉冲激光具有瞬时能量极高的特点，被所加工对象返回后更容易损坏泵浦源。目前，解决泵浦源被返回激光损坏的方法包括两种：一种为主动法包括在被加工对象表面涂抹高吸收率材料，降低加工对象对激光的反射率；采用芯径和数值孔径更加小的光纤进行激光传输，减少返回激光沿光纤传输的数量，但是该方法只适用于光束质量较好的激光光源，对于光束质量较差的光源只能采用大芯径大数值孔径光纤传输的光源，实用性很低，高功率清洗用脉冲光纤激光器就属于只能采用大芯径大数值孔径传输的一类光源。另外一种为被动法，包括安装光电探测器件实时监测被加工零件返回的激光量，当大于一定数值时报警或关断激光器电源。该方法包括在光纤输出端附件安装一光电探测器，但是探测器位置不能很好地还原输出光纤与被加工件之间的真实情况，因此为了保证可靠性通常降低光电探测器的报警阈值，故误报警率较高，对于很多反射率较高的材料不能够进行正常加工，因此在主动降低返回光的基础上发明一种更加真实准确探测光纤芯径返回激光量的方法很有必要。

公开内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头，以缓解现有技术中进行激光加工时返回的激光束烧坏光纤激光器泵浦源，光电探测器误报警等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头，包括：石英端帽；主输出光纤，一端与石英端帽熔接；辅助探测光纤，与主输出光纤一起熔接在石英端帽的同一端；聚焦透镜，安装于辅助探测光纤的另一端，用于聚集待加工件返射的并沿辅助探测光纤传输的激光；以及光电探测器，安装于所述聚焦透镜的一侧焦点处，用于探测沿辅助探测光纤返回并被聚焦透镜聚集的激光量，并将返回激光转换成电信号。

在本公开实施例中，所述的光纤输出端头，还包括：辅助激光器，用于发出人眼可见，功率低的可见激光；以及反射透射镜，安装于聚焦透镜另一端，对可见激光进行反射，进而使得可见激光传输到待加工件上，用于指示不可见的输出激光的位置。

在本公开实施例中，所述主输出光纤包括：芯径，包层，以及涂覆层。

在本公开实施例中，所述辅助探测光纤与主输出光纤的包层熔接到一起。

在本公开实施例中，所述辅助探测光纤的芯径数值孔径大于等于主输出光纤芯径数值孔径。

在本公开实施例中，所述辅助探测光纤的设置数量大于等于1。

在本公开实施例中，所述芯径和包层均为石英基材料。

在本公开实施例中，所述包层的数值孔径大于芯径的数值孔径。

在本公开实施例中，所述返回激光转换成电信号值超过设定的阈值时，激光器电源被切断并发出报警。

在本公开实施例中，返回激光转换成的电信号值超过设定的阈值时发出报警的形式包括：灯光或铃声。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)避免返回的激光束烧坏光纤激光器泵浦源；

(2)真实准确探测光纤芯径返回的激光量。

(3)提高了激光器在激光加工时的效率。

附图说明

图1为本公开实施例主输出光纤、辅助探测光纤与石英端帽熔接的光纤输出端头示意图。

图2为本公开实施例辅助探测光纤与主输出光纤熔接的光纤输出端头示意图。

图3为本公开实施例安装有辅助激光器和反射透射镜的光纤输出端头示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

10-石英端帽；

20-主输出光纤；

21-芯径；22-包层；23-涂覆层；

30-辅助探测光纤；40-聚焦透镜；50-光电探测器；

60-辅助激光器；70-反射透射镜。

具体实施方式

本公开提供了一种激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头，可以通过能够更加真实准确探测光纤芯径返回激光量的光纤输出端头，进行监测，来避免返回的激光束烧坏光纤激光器泵浦源，也避免误报警，提高激光器的实用性。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，图1为主输出光纤、辅助探测光纤与石英端帽熔接的光纤输出端头示意图，如图1所示，所述的光纤输出端头，包括：

石英端帽10；

主输出光纤20，一端与石英端帽10熔接；

辅助探测光纤30，与主输出光纤20一起熔接在石英端帽10的同一端；

聚焦透镜40，安装于辅助探测光纤30的另一端，用于收集沿辅助探测光纤30传回的待加工件返射回的激光。

光电探测器50，安装于所述聚焦透镜40的一侧焦点处，用于探测沿辅助探测光纤30返回并被聚焦透镜40聚集的激光量，并将返回激光转换成电信号。

所述石英端帽10一侧面向具有较高激光反射率的待加工件，脉冲激光经主输出光纤20、石英端帽10形成输出激光照射到待加工件进行加工应用。辅助探测光纤30与主输出光纤20一起熔接在石英端帽10的同一端，两者距离越近越好，辅助探测光纤30另一端，安装一返回激光收集用聚焦透镜40，用具尽可能多的收集沿辅助探测光纤30传回的待加工件返射回的激光，聚焦透镜40的另一端焦点处安装一光电探测器50，用于探测沿辅助探测光纤30返回的激光量，将返回激光转换成电信号，当电信号值超过设定的阈值时，切断激光器电源并发出报警，所述报警包括灯光或铃声，辅助探测光纤30的芯径和数值孔径大于主输出光纤20的芯径和数值孔径，使得返射回的返回激光优先进入辅助探测光纤30中，并经聚焦透镜40的聚焦进入光电探测器50中，完成返回光的监测。

为了更准确的使辅助探测光纤30的激光反应主输出光纤20的激光，除使辅助探测光纤30与主输出光纤20距离接近外，可以设置多条辅助探测光纤30。

在本公开实施例中，图2为辅助探测光纤与主输出光纤熔接的光纤输出端头示意图，如图2所示，主输出光纤20包括：

芯径21，位于输出光纤20的最内部的中心；

包层22，包覆于芯径21的外部；以及

涂覆层，包覆于包层22的外部。

将探测光纤30与主输出光纤20的包层直接进行熔接，通常主输出光纤20的包层数值孔径大于其芯径的数值孔径，因此返回的激光更多的会从包层传输返回，因此可以将探测光纤30与主输出光纤20的包层直接进行熔接进行探测返回激光。

所述芯径21和包层22均为石英基材料，包层23的数值孔径大于芯径21的数值孔径，而由待加工件返回的激光照射到主输出光纤20端面上的角度范围很大，只有小于光纤芯径21和包层22数值孔径的返回激光才能沿主输出光纤20返回，并损坏泵浦源，将辅助探测光纤30与主输出光纤20的包层22熔接到一起，直接探测沿包层22返回的返回激光，这样可以更加真实的反应沿芯径21返回的返回激光，因此虽然包层22的面积相对芯径21较小，但仍有较多返回激光进入包层22。

在本公开实施例中，图3为安装有辅助激光器的光纤输出端头示意图，如图3所示，通常加工用激光为人眼不可见波长激光，因此为了使操作人员时刻知道激光照射到待加工件上的位置，通常通过增加一辅助激光器60，所述辅助激光器60发出一束人眼可见、功率非常低并且与输出激光同轴的可见激光进行指示，辅助激光器60发出的可见激光经过反射透射镜70进行反射，辅助探测光纤30同时可以作为位置指示用可见激光的传输光纤，将可见激光传输到主输出光纤20的包层22进行传输，用于指示输出激光束的位置。

所述反射透射镜70对可见激光进行反射，对进行加工作业的输出激光透射。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头，可以通过能够更加真实准确探测光纤芯径返回激光量的光纤输出端头，来避免返回的激光束烧坏光纤激光器泵浦源，也避免误报警，提高激光器的实用性。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光清洗用、具有返回光监测功能的光纤输出端头，包括：

石英端帽(10)；

主输出光纤(20)，一端与石英端帽(10)熔接；

辅助探测光纤(30)，与主输出光纤(20)一起熔接在石英端帽(10)的同一端；

聚焦透镜(40)，安装于辅助探测光纤(30)的另一端，用于聚集待加工件返射的并沿辅助探测光纤(30)传输的激光；以及

光电探测器(50)，安装于所述聚焦透镜(40)的一侧焦点处，用于探测沿辅助探测光纤(30)返回并被聚焦透镜(40)聚集的激光量，并将返回激光转换成电信号。

2.根据权利要求1所述的光纤输出端头，还包括：

辅助激光器(60)，用于发出人眼可见，功率低的可见激光；以及反射透射镜(70)，安装于聚焦透镜(40)另一端，对可见激光进行反射，进而使得可见激光传输到待加工件上，用于指示不可见的输出激光的位置。

3.根据权利要求1所述的光纤输出端头，所述主输出光纤(20)包括：芯径(21)，包层(22)，以及涂覆层(23)。

4.根据权利要求1所述的光纤输出端头，所述辅助探测光纤(30)与主输出光纤(20)的包层(22)熔接到一起。

5.根据权利要求1所述的光纤输出端头，所述辅助探测光纤(30)芯径数值孔径大于等于主输出光纤(20)芯径数值孔径。

6.根据权利要求1所述的光纤输出端头，所述辅助探测光纤(30)的设置数量大于等于1。

7.根据权利要求3所述的光纤输出端头，所述芯径(21)和包层(22)均为石英基材料。

8.根据权利要求3所述的光纤输出端头，所述包层(22)的数值孔径大于芯径(21)的数值孔径。

9.根据权利要求1所述的光纤输出端头，所述返回激光转换成电信号值超过设定的阈值时，激光器电源被切断并发出报警。

10.根据权利要求9所述的光纤输出端头，返回激光转换成的电信号值超过设定的阈值时发出报警的形式包括：灯光或铃声。