一種激光熔池光譜檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種激光熔池光譜檢測裝置，其特征在于：它包括光譜采集透鏡、光纖耦合透鏡組、光柵分光解析裝置、準直透鏡和光纖；光譜采集透鏡設(shè)置在待測激光熔池上方，光譜采集透鏡的正上方同心設(shè)置光纖耦合透鏡組，光柵分光解析裝置的正前方設(shè)置準直透鏡，光纖的輸入端設(shè)置在光纖耦合透鏡組的像平面，光纖的輸出端設(shè)置在準直透鏡的焦平面；待檢測激光熔池的光譜輻射依次經(jīng)過光譜采集透鏡和光纖耦合透鏡組成像并經(jīng)光纖的輸入端進入光纖傳輸，經(jīng)光纖出射的光經(jīng)準直透鏡準直成平行光后發(fā)射到光柵分光解析裝置實現(xiàn)激光熔池光譜檢測。本實用新型可以廣泛應(yīng)用于激光加工中熔池光譜檢測中。
【專利說明】一種激光熔池光譜檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種光譜檢測裝置，特別是關(guān)于一種能夠?qū)\動熔池的光譜實時進行檢測的激光熔池光譜檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，激光加工技術(shù)因高效率、無污染、高精度、熱影響區(qū)小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于焊接、切割、零件修復(fù)、快速成型等領(lǐng)域。然而，該技術(shù)仍處于發(fā)展之中，許多基礎(chǔ)問題尚待深入研究。激光的高能輸入與熔池內(nèi)的物理運輸，存在復(fù)雜的光熱輻射過程，它直接決定了激光加工的精度和性能，因此發(fā)展激光熔池的光熱輻射檢測裝置和深入研究激光熔池中的光熱輻射，對于研究其內(nèi)在規(guī)律及物理機制有重要的科學(xué)價值，對激光制造的工業(yè)應(yīng)用具有指導(dǎo)作用。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中采用轉(zhuǎn)折光路傳輸運動熔池光譜時存在以下問題:光路精度要求較高，運動中物象位置較難控制；熔池溫度較高，光學(xué)元件受溫度影響較大；熔池尺寸較小，光譜輻射有限；激光加工過程中飛濺、煙霧等因素，對熔池光譜產(chǎn)生強烈的吸收，導(dǎo)致檢測到的光譜輻射能量較弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種光譜采集能力強的運動激光熔池光譜檢測裝置。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案:一種激光熔池光譜檢測裝置，其特征在于:它包括一光譜采集透鏡、一光纖耦合透鏡組、一光柵分光解析裝置、一準直透鏡和一光纖；所述光譜采集透鏡設(shè)置在待測激光熔池上方，所述光譜采集透鏡的正上方同心設(shè)置所述光纖耦合透鏡組，所述光柵分光`解析裝置的前方設(shè)置所述準直透鏡，所述光纖的輸入端設(shè)置在光纖耦合透鏡組的像平面，所述光纖的輸出端設(shè)置在準直透鏡的焦平面；待檢測激光熔池的光譜依次經(jīng)過所述光譜采集透鏡和光纖耦合透鏡組進行成像并經(jīng)所述光纖的輸入端進入所述光纖傳輸，經(jīng)所述光纖出射的光經(jīng)所述準直透鏡準直成平行光后發(fā)射到所述光柵分光解析裝置實現(xiàn)激光熔池光譜檢測。
[0006]在一個優(yōu)選的實施例中，所述光纖耦合透鏡組采用一個凸透鏡和一個凹透鏡粘貼--? 。
[0007]在一個優(yōu)選的實施例中，所述光譜采集透鏡采用大孔徑會聚透鏡。
[0008]在一個優(yōu)選的實施例中，所述光柵分光解析裝置采用光柵光譜儀。
[0009]本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本實用新型包括光譜采集透鏡、光纖耦合透鏡組、光柵分光解析裝置、準直透鏡和光纖，待檢測激光熔池的光譜依次經(jīng)過光譜采集透鏡和光纖耦合透鏡組進行成像并經(jīng)光纖的輸入端進入光纖傳輸，由于采用光纖傳輸激光熔池光譜信號，因此可以實現(xiàn)運動熔池的實時測量，避免同軸送粉激光熔覆過程中粉末顆粒對光譜測量的影響，減小熔池光譜測量過程中的噪聲信號，有效提高了同軸送粉激光熔覆過程中檢測到的光譜強度和靈敏度。2、本實用新型在待測量激光熔池上方設(shè)置有光譜采集透鏡和光纖耦合透鏡組，其中，光譜采集透鏡采用大孔徑會聚透鏡，能夠在更大的空間立體角內(nèi)采集光譜，光纖耦合透鏡組采用低折射率的正透鏡和高折射率的負透鏡組成，因此可以降低光路像差，增加光纖的耦合效率，從而增強熔池光譜檢測的靈敏度。本實用新型可以廣泛應(yīng)用于激光加工中熔池光譜檢測中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本實用新型的光纖輸入端的光路原理示意圖；
[0012]圖3為本實用新型的是光纖輸出端的光路原理示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0014]如圖1所示，本實用新型的激光熔池光譜檢測裝置包括一光譜采集透鏡1、一光纖率禹合透鏡組2、一光柵分光解析裝置3、一準直透鏡4和一光纖5。
[0015]光譜采集透鏡I設(shè)置在待測激光熔池上方，光譜采集透鏡I的正上方同心設(shè)置光纖耦合透鏡組2，光柵分光解析裝置3的正前方設(shè)置準直透鏡4，光纖5的輸入端設(shè)置在光纖耦合透鏡組2的像平面，光纖5的輸出端設(shè)置在準直透鏡4的焦平面。
[0016]如圖2、3所示，本實用新型的工作原理為:待檢測激光熔池的光譜輻射依次經(jīng)過光譜采集透鏡I和光纖耦合透鏡組2成像并經(jīng)光纖5的輸入端進入光纖5傳輸，經(jīng)光纖5出射的光經(jīng)準直透鏡4準直成平行光后發(fā)射到光柵分光解析裝置3實現(xiàn)激光熔池光譜檢測。
[0017]在一個優(yōu)選的實施例中，光纖耦合透鏡組2可以采用一個凸透鏡21和一個凹透鏡22粘貼而成，即由低射率的正透鏡和高折射率的負透鏡組成。
[0018]在一個優(yōu)選的實施例中，光譜采集透鏡I可以采用大孔徑會聚透鏡，使用中可以將光譜采集透鏡I和光纖耦合透鏡組2固定安裝在激光工作頭上，完成激光熔池光譜的采集和光纖耦合。光譜采集透鏡I與光纖耦合透鏡組2之間的間距由透鏡的焦距和物像關(guān)系進行確定，可以根據(jù)實際所測量的激光熔池進行調(diào)節(jié)，在此不作限定。
[0019]在一個優(yōu)選的實施例中，光柵分光解析裝置3可以根據(jù)實際需要采用現(xiàn)有的光譜儀，本實施中的光柵分光解析裝置3可以采用光柵光譜儀。
[0020]上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中所有光學(xué)器件可以根據(jù)實際情況采用外部支架進行固定，且光學(xué)器件的結(jié)構(gòu)和連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本實用新型的保護范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種激光熔池光譜檢測裝置，其特征在于:它包括一光譜采集透鏡、一光纖耦合透鏡組、一光柵分光解析裝置、一準直透鏡和一光纖；所述光譜采集透鏡設(shè)置在待測激光熔池上方，所述光譜采集透鏡的上方同心設(shè)置所述光纖耦合透鏡組，所述光柵分光解析裝置的前方設(shè)置所述準直透鏡，所述光纖的輸入端設(shè)置在光纖耦合透鏡組的像平面，所述光纖的輸出端設(shè)置在準直透鏡的焦平面；待檢測激光熔池的光譜依次經(jīng)過所述光譜采集透鏡和光纖耦合透鏡組進行成像并經(jīng)所述光纖的輸入端進入所述光纖傳輸，經(jīng)所述光纖出射的光經(jīng)所述準直透鏡準直成平行光后發(fā)射到所述光柵分光解析裝置實現(xiàn)激光熔池光譜檢測。
2.如權(quán)利要求1所述的一種激光熔池光譜檢測裝置，其特征在于:所述光纖耦合透鏡組采用一個凸透鏡和一個凹透鏡膠合而成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種激光熔池光譜檢測裝置，其特征在于:所述光譜采集透鏡采用大孔徑會聚透鏡。
4.如權(quán)利要求2所述的一種激光熔池光譜檢測裝置，其特征在于:所述光譜采集透鏡采用大孔徑會聚透鏡。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種激光熔池光譜檢測裝置，其特征在于:所述光柵分光解析裝置采用光柵光譜儀。
【文檔編號】G01N21/25GK203672783SQ201320883151
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】雷劍波, 張傳鵬, 胡鵬, 王云山 申請人:天津工業(yè)大學(xué)