CN220729461U - 一种实时监测激光能量的装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种实时监测激光能量的装置，包括激光器、分光***、能量探测器和光学***，所述分光***的激光反射率为5％～30％，所述分光***的激光透射率为70％～95％。本申请公开的实时监测激光能量的装置通过在装置中增加一个对激光既能反射又能透射的分光***，可以兼顾激光加工以及激光能量监测，在激光能量出现波动时，可以及时排查相关问题，避免激光能量异常对客户量产带来的损失。

Description

一种实时监测激光能量的装置

技术领域

本申请涉及激光技术领域，具体涉及一种实时监测激光能量的装置。

背景技术

激光具有单色性好、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中占有越来越重要的位置。在激光加工过程中经常出现加工质量不均匀的现象，其根本原因是激光器发出的激光能量不稳定造成的。

目前，监测激光能量的方法是将激光照射到能量计上直接测试激光能量，这种监测方法虽然可以测量激光能量，但是无法实时监测激光加工时能量的稳定性，只有在加工效果出现明显差异的情况下，才会测量激光能量。并且，在激光能量测量的过程中，需要切断对生产平台的激光供应，影响正常的生产。在实际生产制造过程中，一旦激光能量有异常无法及时发现问题和解决问题，将会严重影响产品的质量以及生产的效率。

因此，开发一种能够实时监测激光能量的装置成为需要本领域技术人员要解决的技术问题。

实用新型内容

本申请提供了一种实时监测激光能量的装置，可以在激光应用过程中实时监测激光能量。

为解决上述一个或多个技术问题，本申请采用的技术方案是：

本申请提供了一种实时监测激光能量的装置，包括激光器、分光***、能量探测器和光学***；

所述激光器用于输出预设能量的初始激光；

所述初始激光经过所述分光***后，一部分所述初始激光经过所述分光***反射后形成第一激光，所述第一激光进入所述能量探测器中，所述能量探测器对所述第一激光进行能量测量，另一部分所述初始激光经过所述分光***的透射形成第二激光，所述第二激光进入光学***中，所述光学***将所述第二激光转化为预设形状的第三激光，所述第三激光进入加工平台对待处理物品进行加工处理；

或，

所述初始激光经过所述光学***后被转化为预设形状的第四激光，所述第四激光进入所述分光***后，一部分所述第四激光经过所述分光***的反射后形成第五激光，所述第五激光进入所述能量探测器中，所述能量探测器对所述第五激光进行能量测量，另一部分所述第四激光经过所述分光***的透射形成第六激光，所述第六激光进入加工平台对待处理物品进行加工处理；

所述分光***的激光反射率为5％～30％，所述分光***的激光透射率为70％～95％。

进一步的，所述分光***包括分光镜。

进一步的，所述分光镜包括立方体分光镜或平面分光镜。

进一步的，所述分光镜为平面分光镜，所述平面分光镜的表面镀有至少一层光学膜，所述光学膜被配置为将激光反射一部分进入所述能量探测器，以及将激光透射一部分进入加工平台。

进一步的，所述光学膜包括增透膜、反射膜、分光膜、金属膜、防水膜中的至少一种。

进一步的，所述分光镜为平面分光镜，所述平面分光镜的一面镀有分光膜，所述分光膜用于调节所述平面分光镜的激光反射率和激光透射率，所述平面分光镜的另一面镀有增透膜，所述增透膜用于减少光学元件前后表面的反射光相互作用而引起的干涉效应。

进一步的，所述分光膜的厚度为1.2-1.6μm，所述增透膜的厚度为1.2-1.6μm。

进一步的，所述光学膜的厚度为2-5μm。

进一步的，所述分光镜为平面分光镜，所述激光相对所述平面分光镜的入射角度为35-55度。

优选的，所述激光相对所述分光***的入射角度为45度。

进一步的，所述分光***的激光反射率为10％，所述分光***的激光透射率为90％。

进一步的，所述光学***包括光束整形组件和反射镜组件。

进一步的，所述能量探测器包括能量计。

进一步的，所述装置还包括物镜，所述物镜设置在所述加工平台的前端，所述物镜用于对所述激光进行聚焦以加工处理所述加工平台上的所述待处理物品。

根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

本申请提供了一种实时监测激光能量的装置，在装置中增加一个对激光既能反射又能透射的分光***，经过分光***的激光一部分会被反射进入能量探测器用于实时监测激光能量，另一部分激光会被分光***透射进入加工平台用于加工待处理物品。通过在装置中增加一个对激光既能反射又能透射的分光***，可以兼顾激光加工以及激光能量监测，在激光能量出现波动时，可以及时排查相关问题，避免激光能量异常对客户量产带来的损失。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的实时监测激光能量的装置的结构示意图；

图2为本申请实施例二提供的实时监测激光能量的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如背景技术所述，在使用激光进行加工生产过程中无法实时监测激光能量的稳定性，只有加工效果出现差异时，才会去排查激光能量异常问题，效率比较低，而且还会对客户端造成比较大的损失。对此，本申请提供了一种实时监测激光能量的装置，通过在装置中增加一个对激光既能反射又能透射的分光***，可以兼顾激光加工以及激光能量监测，在激光能量出现波动时，可以及时排查相关问题，避免激光能量异常对客户量产带来的损失。

以下将通过具体实施例进行介绍。

实施例一

针对上述问题，本申请实施例创造性地提出了一种实时监测激光能量的装置。图1为本申请实施例一提供的实时监测激光能量的装置的结构示意图。

如图1所示，所述实时监测激光能量的装置包括激光器、分光***、能量探测器、光学***、物镜和加工平台。

所述激光器用于输出预设能量的初始激光，所述初始激光经过一系列光学元件后照射到待处理物品的表面，按照一定的激光加工路径对待处理物品的表面进行加工。所述激光器包括但不限于纳秒激光器、皮秒激光器等，并且本申请实施例中不对激光器发射的激光波长做具体限制，用户可以根据实际需求进行选择。

所述分光***对激光具有一定的反射率与透射率，经过分光***的初始激光一部分会被反射形成第一激光，第一激光进入能量探测器中，能量探测器对所述第一激光进行实时能量测量，另一部分激光会被分光***透射形成第二激光，所述第二激光进入光学***中，所述光学***将所述第二激光转化为预设形状的第三激光，所述第三激光进入加工平台对待处理物品进行加工处理。进一步的，所述分光***的激光反射率为5％～30％，所述分光***的激光透射率为70％～95％。具体地，所述分光***的激光反射率可以为5％、8％、10％、15％、20％、25％或30％，以及上述点值之间的具体点值，优选为10％，所述分光***的激光透射率可以为70％、75％、80％、85％、90％、92％或95％，以及上述点值之间的具体点值，优选为90％，限于篇幅及出于简明的考虑，本申请不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

进一步的，所述分光***包括分光镜，所述分光镜包括立方体分光镜或平面分光镜。所述平面分光镜的表面镀有至少一层光学膜，所述光学膜对激光既能反射又能透射，激光经过所述光学膜的作用后，一部分激光经过反射后进入能量探测器中进行激光能量实时监测，另一部分激光经过透射后进入加工平台用于对加工平台上的待处理物品进行加工处理。所述平面分光镜表面的光学膜的层数可以为一层或者多层，用户可以根据实际需求进行选择，这里不做具体限定。所述光学膜的厚度为2-5μm，更加具体地，所述光学膜的厚度可以为2、2.5、3、3.5、4、4.5或5μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本申请不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。所述光学膜的材料包括金属或金属化合物等，用户可以根据实际需求进行选择，这里不做具体限定。

所述光学膜包括增透膜、反射膜、分光膜、金属膜、防水膜中的至少一种。作为一种较优的实施方式，所述平面分光镜的一面镀有分光膜，所述分光膜用于调节所述平面分光镜对激光的反射率和透射率，一部分激光经过反射后进入能量探测器中进行激光能量实时监测，另一部分激光经过透射后进入加工平台用于对加工平台上的待处理物品进行加工处理；所述平面分光镜的另一面镀有增透膜，所述增透膜可以用于减少光学元件前后表面的反射光相互作用而引起的干涉效应(即重影)。本申请实施例中，所述分光膜的厚度为1.2-1.6μm，所述增透膜的厚度为1.2-1.6μm。

所述激光相对所述分光***的入射角度为35-55度，优选为45度。当激光相对所述分光***的入射角度为45度时，经过分光***反射的激光的传播方向垂直于入射激光的传播方向，有助于精确控制反射激光的反射角度，使得入射激光和反射激光的光路更加规整。

能量探测器用于接收并测量所述分光***反射后形成的第一激光的能量，能量探测器接收第一激光信号之后产生电信号，电信号的大小与第一激光能量的大小正相关，经过标定之后，通过电信号就可以确定第一激光的能量。

所述光学***包括光束整形组件和反射镜组件，在本申请实施例中，所述光学***设置在所述分光***和物镜之间。光束整形组件可以将激光器发射出来的高斯光束转化为预设形状的激光，比如：圆形、正方形、长方形等。由于各种光学元件之间需要有一定的距离，为了使整个装置更加小巧，本申请通过反射镜组件改变激光的传播路径。

作为一种实施方式，本申请实施例中，所述装置还包括照明组件，所述照明组件用于出射照明光束，照明光束入射至待处理物品上，用于在加工待处理物品的过程中提供照明。

为了能够更加清晰地观察待处理物品表面的激光加工过程，本申请提供的装置还设置了成像组件，成像组件用于对待处理物品表面进行成像，操作人员可以根据待处理物品表面的图像调整激光的照射强度、激光的照射时间等参数，便于后续的激光加工过程。具体地，所述成像组件包括相机。

在激光加工过程中，通常待处理物品的表面待加工处理的区域非常小，普通的成像组件难以拍摄清楚，通过在装置中设置物镜，可以使得成像更清晰，能够精准地确认待处理物品表面待加工区域的位置和数量。然后，再切换到高倍物镜下，利用高倍物镜对激光具有聚焦光斑的作用，缩小激光光斑大小，从而提高加工精度。进一步的，所述物镜包括2倍物镜、5倍物镜、10倍物镜、20倍物镜或50倍物镜等。

加工平台用于承载待处理物品，在激光加工过程中，可以通过移动加工平台使待处理物品与激光有效配合，达到高精度加工的目的。

进一步的，所述实时监测激光能量的装置对待处理物品进行加工的同时测试激光能量的具体过程如下：

首先，激光器发出预设能量的初始激光，初始激光入射到分光***上；接着，一部分初始激光通过分光***反射后形成第一激光，所述第一激光进入到能量探测器中，能量探测器对所述第一激光进行能量测量，同时，另外一部分初始激光通过分光***透射形成第二激光，所述第二激光进入到光学***中，所述光学***将所述第二激光转化为预设形状的第三激光；最后，通过物镜对第三激光进行聚焦，聚焦后的激光对加工平台上的待处理物品进行加工处理。

本申请实施例中，在装置中增加一个对激光既能反射又能透射的分光***，经过分光***的激光一部分会被反射进入能量探测器用于实时监测激光能量，另一部分激光会被分光***透射进入加工平台用于加工待处理物品。一旦监测到激光能量出现波动时，就可以及时排查激光器的相关问题，避免没有及时发现激光器问题造成的损失。

实施例二

实施例二和实施例一的区别在于光学***设置在激光器和分光***之间。

本申请实施例中，能量探测器监测的能量为激光通过光学***后再经过分光***反射出来的激光能量。在激光加工过程中，由于光学元件较多，激光能量的波动不一定全是激光器异常造成的，通过将光学***设置在激光器和分光***之间，可以同时监测激光器和光学***的稳定性。

本申请实施例中，所述实时监测激光能量的装置对待处理物品进行加工的同时测试激光能量的具体过程如下：

首先，激光器发出预设能量的初始激光，初始激光入射到光学***后被转化为预设形状的第四激光；接着，从光学***中出来的第四激光入射到分光***上，一部分第四激光通过分光***反射后形成第五激光，所述第五激光进入到能量探测器中，能量探测器对所述第五激光进行能量测量，同时，另一部分第四激光经过分光***的透射形成第六激光，所述第六激光通过物镜进行聚焦，聚焦后的激光对加工平台上的待处理物品进行加工处理。

关于实施例二中的未详述部分如激光器、分光***、能量探测器、光学***、物镜和加工平台等属性，可以参见实施例一的记载，这里不再赘述。

以上对本申请所提供的一种实时监测激光能量的装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“垂直”“平行”“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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实时监测激光能量的装置，其特征在于，包括激光器、分光***、能量探测器和光学***；

所述激光器用于输出预设能量的初始激光；

所述初始激光经过所述分光***后，一部分所述初始激光经过所述分光***反射后形成第一激光，所述第一激光进入所述能量探测器中，所述能量探测器对所述第一激光进行能量测量，另一部分所述初始激光经过所述分光***的透射形成第二激光，所述第二激光进入光学***中，所述光学***将所述第二激光转化为预设形状的第三激光，所述第三激光进入加工平台对待处理物品进行加工处理；

或，

所述初始激光经过所述光学***后被转化为预设形状的第四激光，所述第四激光进入所述分光***后，一部分所述第四激光经过所述分光***的反射后形成第五激光，所述第五激光进入所述能量探测器中，所述能量探测器对所述第五激光进行能量测量，另一部分所述第四激光经过所述分光***的透射形成第六激光，所述第六激光进入加工平台对待处理物品进行加工处理；

所述分光***的激光反射率为5％～30％，所述分光***的激光透射率为70％～95％。

2.根据权利要求1所述的实时监测激光能量的装置，其特征在于，所述分光***包括分光镜。

3.根据权利要求2所述的实时监测激光能量的装置，其特征在于，所述分光镜包括立方体分光镜或平面分光镜。

4.根据权利要求2所述的实时监测激光能量的装置，其特征在于，所述分光镜为平面分光镜，所述平面分光镜的表面镀有至少一层光学膜，所述光学膜被配置为将激光反射一部分进入所述能量探测器，以及将激光透射一部分进入加工平台。

5.根据权利要求4所述的实时监测激光能量的装置，其特征在于，所述光学膜包括增透膜、反射膜、分光膜、金属膜、防水膜中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的实时监测激光能量的装置，其特征在于，所述分光镜为平面分光镜，所述平面分光镜的一面镀有分光膜，所述分光膜用于调节所述平面分光镜的激光反射率和激光透射率，所述平面分光镜的另一面镀有增透膜，所述增透膜用于减少光学元件前后表面的反射光相互作用而引起的干涉效应。

7.根据权利要求4所述的实时监测激光能量的装置，其特征在于，所述光学膜的厚度为2-5μm。

8.根据权利要求2所述的实时监测激光能量的装置，其特征在于，所述分光镜为平面分光镜，所述激光相对所述平面分光镜的入射角度为35-55度。

9.根据权利要求1所述的实时监测激光能量的装置，其特征在于，所述分光***的激光反射率为10％，所述分光***的激光透射率为90％。

10.根据权利要求1所述的实时监测激光能量的装置，其特征在于，所述装置还包括物镜，所述物镜设置在所述加工平台的前端，所述物镜用于对所述激光进行聚焦以加工处理所述加工平台上的所述待处理物品。