CN110411712A - 一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备和方法，包括波导、二维移动平台和计算机；所述波导设于所述二维移动平台上；所述波导前端设计了防护帽用于避免杂散光干扰，所述计算机用于控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以逐点扫描待测试的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光；获取每个测试点采集的激光的能量或功率，得到所述防护屏的最大辐射点，将所述最大辐射点的辐射值与最大允许辐射MPE比较，以判断所述最大辐射点的辐射值对人眼是否安全。二维移动平台带动波导逐点扫描屏幕的方式测试激光最大辐射，比人手持功率/能量探测器测试效率高，测试数据准确，能准确定位最大辐射区域。
Description
技术领域
本发明实施例涉及激光技术领域，尤其涉及一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备和方法。
背景技术
激光制造作为重要的产业升级新兴技术，广泛应用于日常生活、工业、科研、国防等领域。激光技术已经和我们的日常生活分不开，小到激光笔、车载激光设备，大到激光焊接设备，随着激光应用的发展，激光辐射的危害时常发生。目前我国激光加工中事故频发，对激光加工装置的安全防护越来越严格，国内外很多激光加工设备配备了专用的激光防护屏，测试防护屏后的激光辐射是否在人眼允许的最大激光辐射范围内，如何快速、准确评估该激光的安全意义重大。
目前，测试激光加工过程中，经过激光防护屏防护后的激光对人眼是否安全，是否在国际标准提出的最大允许辐射(Maximum Permissile Exposure，MPE)内，通过人手持探测器(功率计、能量计、光谱仪、光电探测器)，探测各个指定区域的激光功率、波长、工作模式，根据国际标准IEC60825计算各个区域的激光辐射，汇总得出最大辐射区域，与标准给定的MPE值比较，如果小于MPE，激光防护屏后的激光对人眼安全，如果大于标准给定的MPE值，激光防护屏后的激光对人眼危害。
申请公布号为“CN 108844627A”的中国发明专利公开了用于人眼安全的激光测试方法及电子设备，该装置将激光投射到接收面，利用摄像头拍摄接收面的激光灰度值，判断最大灰度值是否小于预设安全值。测试原理是通过相机拍摄激光投射后亮度判断的方式，通过灰度间接判断，测试过程和方法与本过程和方法不同。该专利测试不涉及激光功率、波长、模式等参数的测试，由于激光的安全是对激光综合参数的判断，该专利仅对灰度值判断针对的是该专利所提供的激光，不能用于各种激光器的安全辐射判定。美国专利“US10230929B2”公开了一种装有激光安全保护电路的激光投影机，用光电探测器探测激光功率信号，当激光二极管探测到的激光功率超过安全阈值，开关中断激光电源。该激光安全保护电路仅针对该系统，通过单一的功率值来判断激光安全，与本测试装置有本质的区别。美国专利“US 2017/0346347 A1”公开了带安全测试的激光无线功率传输系统，该系统涉及的激光安全仅针对本系统的激光功率是否超出安全范围，不是针对面阵激光辐射安全的评估装置。申请公布号为“CN 102735349A”的中国发明专利一种激光多参数测量装置，该装置集成测试单脉冲激光的能量、能量稳定性、波长、光谱分布、脉冲宽度、脉冲波形、近场光斑、软化因子、进场调制度、M2因子、发散角、指向性、输出信噪比、偏振方向、偏振度、束腰位置、像传递面位置、瑞利距离的测量和计算。这种测量装置用来测量激光的多种参数，没有涉及面阵激光的安全评估。
发明内容
本发明实施例提供一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备和方法，用以解决现有技术中手动测试的精度和稳定性得不到保障，测试的准确性得不到保障，测试过程受到杂散光干扰，无法准确获得辐射最高值，不能准确评估激光的最大辐射的缺陷，实现所有面形激光辐射对人眼的安全评估。
第一方面，本发明实施例提供一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备，包括第一波导、二维移动平台和计算机；
所述第一波导前端有防护帽，所述第一波导设于所述二维移动平台上；
所述计算机用于控制所述二维移动平台带动所述第一波导前端二维移动，以逐点扫描待测试的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光；获取每个测试点采集的激光的能量或功率，得到所述防护屏的最大辐射点，将所述最大辐射点的辐射值与最大允许辐射MPE比较，以判断所述最大辐射点的辐射值对人眼是否安全。
进一步地，还包括第二波导和第三波导，所述第二波导和所述第三波导设于所述防护屏的前端。
进一步地，所述第一波导的芯径为7mm；所述第二波导和所述第三波导的芯径为10～12mm。
进一步地，所述第一波导、第二波导和第三波导的前端还设有防护帽。
进一步地，所述第一波导连接有功率计或能量计，所述功率计或能量计设于封闭的黑盒内；所述第二波导连接光谱仪；所述第三波导连接有光电探测器和示波器；所述功率计或能量计、所述光谱仪、所述光电探测器和所述示波器分别连接所述计算机。
进一步地，所述计算机包括数据处理及计算模块和波导控制模块；
所述波导控制模块用于控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动；
所述数据处理及计算模块用于获取每个测试点采集的激光的能量或功率，得到所述防护屏的最大辐射点，将所述最大辐射点的辐射值与最大允许辐射MPE比较，以判断所述最大辐射点的辐射值对人眼是否安全。
进一步地，所述计算机具体用于控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以进行粗扫描获取防护屏上能量或功率最大辐射区域，并在所述最大辐射区域内进行精扫描，以逐点扫描精确获取最大辐射点。
第二方面，本发明实施例提供一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试方法，包括：
通过波导逐点扫描待检测的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光，并获取每个测试点采集的激光的能量或功率；
基于每个测试点采集的激光的能量或功率得到所述防护屏的最大辐射点，将所述最大辐射点的辐射值与最大允许辐射MPE比较，以判断所述最大辐射点的辐射值对人眼是否安全。
进一步地，通过波导逐点扫描待检测的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光，并获取每个测试点采集的激光的能量或功率，具体包括：
将第一波导设于二维移动平台上，控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以逐点扫描待测试的防护屏，采集经过防护屏的激光，以获取激光的能量或功率；
将第二波导和第三波导设于防护屏的前端，以同步获取激光的波长、脉宽和频率。
进一步地，通过波导逐点扫描待检测的防护屏，具体包括：
控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以进行粗扫描获取防护屏上能量或功率的最大辐射区域，并在所述最大辐射区域内进行精扫描，以逐点扫描精确获取最大辐射点。
本发明实施例提供的一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备和方法，为了屏蔽测试的干扰，用波导导出测试点的激光辐射，为了防止干扰光，波导前面设计了防护帽，然后通过接口置于暗盒内测试激光的功率/能量值；二维移动平台带动波导逐点扫描屏幕的方式测试激光最大辐射，测试中为了提高测试效率，初步锁定最大辐射区域，然后在锁定区域内第二次精确扫描，确定整个屏幕的最大辐射点，比人手持功率/能量探测器测试效率高，测试数据准确，测试覆盖区域精确，能准确定位最大辐射区域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为根据本发明实施例的扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备示意图；
图2为根据本发明实施例的波导粗扫整个防护屏示意图；
图3为根据本发明实施例的波导精确扫描最大功率/能量区域示意图；
图4为根据本发明实施例的计算机控制及计算示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前测试防护屏后激光辐射安全的测试方法，是人手持激光功率计、能量计、光谱仪、光电探测器，测试各防护屏防护激光后的激光参数，计算对应激光模式下的激光辐射，与标准给定的MPE值比较。这种方式测试防护屏整个面的辐射，通过人移动探测器，探测位置不稳定，测试速度低，而且手动调节的精度和稳定性得不到保障，测试的准确性得不到保障，无法准确获得辐射最高值，不能准确评估激光的最大辐射。因此，本发明实施例为了屏蔽测试的干扰，用波导导出测试点的激光辐射，为了防止干扰光，波导前面设计了防护帽，然后通过接口置于暗盒内测试激光的功率/能量值；二维移动平台带动波导逐点扫描屏幕的方式测试激光最大辐射，测试中为了提高测试效率，初步锁定最大辐射区域，然后在锁定区域内第二次精确扫描，确定整个屏幕的最大辐射点，比人手持功率/能量探测器测试效率高，测试数据准确，测试覆盖区域精确，能准确定位最大辐射区域。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
图1为根据本发明实施例的一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备，包括第一波导、二维移动平台和计算机；
所述第一波导前端有防护帽，所述第一波导设于所述二维移动平台上；
所述计算机用于控制所述二维移动平台带动所述第一波导前端二维移动，以逐点扫描待测试的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光；获取每个测试点采集的激光的能量或功率，得到所述防护屏的最大辐射点，将所述最大辐射点的辐射值与最大允许辐射MPE比较，以判断所述最大辐射点的辐射值对人眼是否安全。
在本实施例中，激光工作车间的激光经过防护屏后才会射入人眼，通过二维移动平台带动波导扫描采集指定区域的激光辐射，比人手持功率/能量探测器测试效率高，测试数据准确，测试覆盖区域精确，能准确定位最大辐射区域；与对应的激光最大允许辐射比对，判定激光辐射是否人眼安全；可用于各类激光防护屏对人眼的安全评估，也可用于其它面阵的激光对人眼的安全评估，包括准直光源和扩展光源。波导的激光传输效率达到90％；能够采集所测试区域的激光辐射安全评估涉及的各个参数，自动捕获最大辐射点，与人眼MPE值比较，评估激光对人眼是否安全，适合于激光防护屏、防护窗等强激光防护后的测试，也可用于面阵激光对人眼辐射是否安全的评估。对强激光现场激光安全评估具有很好的实际意义。
如图1中所示，用于测量激光能量或功率的波导通过夹持件安装于二维移动平台上，二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以逐点扫描待测试的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光。
在本实施例中，作为一种优选的实施方式，根据国际标准IEC60825的要求，波导的芯径为7mm。
在上述各实施例的基础上，如图1中所示，所述波导包括第一波导、第二波导和第三波导；所述第一波导设于所述二维移动平台上，所述第二波导和所述第三波导设于所述防护屏的前端。
在本实施例中，作为一种优选的实施方式，所述第一波导的芯径为7mm；所述第二波导和所述第三波导的芯径为10～12mm。
在本实施例中，作为一种优选的实施方式，激光采集口，为了高效，准确采集待测激光的辐射，用一根波导(即第一波导)收集待测试激光，用二维移动平台带动波导前端二维移动，二维移动平台逐点扫描待测试区域，计算机控制二维移动平台面扫防护屏幕。波导的激光传输效率达到90％。根据国际标准IEC60825的要求，波导的芯径为7mm。另外两根波导(第二波导和第三波导)也置于防护屏前端，通过波导导出激光，分别连接光电探测器和光谱仪，测试激光的脉宽和波长参数。为了防止采集激光时周围光的干扰，在波导前端设计了圆形的防护罩，防护罩直径大于波导直径，为10mm。
在上述各实施例的基础上，所述第一波导、第二波导和第三波导的前端还设有防护帽。
在本实施例中，作为一种优选的实施方式，为了屏蔽测试的干扰，用波导导出测试点的激光辐射，为了防止干扰光，波导前面设计了防护帽，然后通过接口置于暗盒内测试激光的功率/能量值。
在上述各实施例的基础上，如图2和图3中所示，图2为波导(即第一波导)粗扫整个防护屏示意图，图3为波导精确扫描最大功率/能量区域示意图；所述计算机具体用于控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以进行粗扫描获取防护屏上能量或功率的最大辐射区域，并在所述最大辐射区域内进行精扫描，以逐点扫描获取所述最大辐射点。
在本实施例中，作为一种优选的实施方式，为了提高测试效率，波导先粗扫整个防护屏，然后锁定功率/能量最高的区域，进行细扫描，得出最大的功率/能量值。
在上述各实施例的基础上，如图4中所示，所述第一波导连接有功率计或能量计，所述功率计或能量计设于封闭的黑盒内；所述第二波导连接光谱仪；所述第三波导连接有光电探测器和示波器；所述功率计或能量计、所述光谱仪、所述光电探测器和所述示波器分别连接所述计算机。
在本实施例中，作为一种优选的实施方式，由于经过防护屏后波导采集的激光辐射一般比较弱，在测试弱激光时，为了防止杂散光的干扰，本实施例中用波导导出待测激光，在波导传输激光输出的测试点端用黑盒封闭后测试激光功率/能量参数；测试点端波导与黑盒的连接处设计有旋转接口，黑盒内设置有功率计、能量计。
光谱仪、光电探测器+示波器置于黑盒外端，第二波导和第三波导分别从防护屏处采集激光，波导的输出端分别连接光谱仪和光电探测器，光谱仪测试激光波长，光电探测器+示波器测试激光出光模式，出光模式有脉冲和连续，脉冲下测试激光脉宽和频率，作为计算MPE值的输入参数。
测试的功率/能量、波长、脉宽、频率信号通过计算机处理，计算激光的功率/能量与对应参数下的MPE值比较，如果大于MPE值，对人眼有危害，如果小于MPE值，对人眼安全。
上述探测器集成在防护屏上实现扫描激光光束，探测器不限于功率计、能量计、光电探测器、光谱/波长测试仪、光束质量分析仪(CCD)等。不仅用于激光防护屏，还可用于所有面形激光辐射对人眼的安全评估。
在上述各实施例的基础上，所述计算机包括数据处理及计算模块和波导控制模块；
所述波导控制模块用于控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动；
所述数据处理及计算模块用于获取每个测试点采集的激光的能量或功率，得到所述防护屏的最大辐射点，将所述最大辐射点的辐射值与最大允许辐射MPE比较，以判断所述最大辐射点的辐射值对人眼是否安全。
在本实施例中，由一台计算机控制，同时功率计/能量计所测的最大辐射、光谱仪测试的波长、激光出光模式测试的脉宽信号输入计算机处理，计算最大辐射与对应的MPE值比较。判断所测试激光区域的激光辐射对人眼是否安全。
本实施例中还提供了一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试方法，包括：
通过波导逐点扫描待检测的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光，并获取每个测试点采集的激光的能量或功率；
基于每个测试点采集的激光的能量或功率得到所述防护屏的最大辐射点，将所述最大辐射点的辐射值与最大允许辐射MPE比较，以判断所述最大辐射点的辐射值对人眼是否安全。
在本实施例中，作为一种优选的实施方式，通过二维移动平台带动波导扫描采集指定区域的激光辐射，比人手持功率/能量探测器测试效率高，测试数据准确，测试覆盖区域精确，能准确定位最大辐射区域；与对应的激光最大允许辐射比对，判定激光辐射是否人眼安全；可用于各类激光防护屏对人眼的安全评估，也可用于其它面阵的激光对人眼的安全评估，包括准直光源和扩展光源。波导的激光传输效率达到90％；能够采集所测试区域的激光辐射安全评估涉及的各个参数，自动捕获最大辐射点，与人眼MPE值比较，评估激光对人眼是否安全，适合于激光防护屏、防护窗等强激光防护后的测试，也可用于面阵激光对人眼辐射是否安全的评估。对强激光现场激光安全评估具有很好的实际意义。
在上述各实施例的基础上，通过波导逐点扫描待检测的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光，并获取每个测试点采集的激光的能量或功率，具体包括：
将第一波导设于二维移动平台上，控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以逐点扫描待测试的防护屏，采集经过防护屏的激光，以获取激光的能量或功率；
将第二波导和第三波导设于防护屏的前端，以同步获取激光的波长、脉宽和频率。
在本实施例中，作为一种优选的实施方式，激光采集口，为了高效，准确采集待测激光的辐射，用一根波导(即第一波导)收集待测试激光，用二维移动平台带动波导前端二维移动，二维移动平台逐点扫描待测试区域，计算机控制二维移动平台面扫防护屏幕。波导的激光传输效率达到90％。根据国际标准IEC60825的要求，波导的芯径为7mm。另外两根波导(第二波导和第三波导)也置于防护屏前端，通过波导导出激光，分别连接光电探测器和光谱仪，测试激光的脉宽和波长参数。为了防止采集激光时周围光的干扰，在波导前端设计了圆形的防护罩，防护罩直径大于波导直径，为10mm。
在上述各实施例的基础上，所述第一波导、第二波导和第三波导的前端还设有防护帽。
在本实施例中，作为一种优选的实施方式，为了屏蔽测试的干扰，用波导导出测试点的激光辐射，为了防止干扰光，波导前面设计了防护帽，然后通过接口置于暗盒内测试激光的功率/能量值。
在上述各实施例的基础上，通过波导逐点扫描待检测的防护屏，具体包括：
控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以进行粗扫描获取防护屏上能量或功率的最大辐射区域，并在所述最大辐射区域内进行精扫描，以逐点精确扫描获取所述最大辐射点。
在本实施例中，作为一种优选的实施方式，为了提高测试效率，波导先粗扫整个防护屏，然后锁定功率/能量最高的区域，进行细扫描，得出最大的功率/能量值。
综上所述，本发明实施例提供的一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备和方法，为了屏蔽测试的干扰，用波导导出测试点的激光辐射，为了防止干扰光，波导前面设计了防护帽，然后通过接口置于暗盒内测试激光的功率/能量值；二维移动平台带动波导逐点扫描屏幕的方式测试激光最大辐射，测试中为了提高测试效率，初步锁定最大辐射区域，然后在锁定区域内第二次精确扫描，确定整个屏幕的最大辐射点，比人手持功率/能量探测器测试效率高，测试数据准确，测试覆盖区域精确，能准确定位最大辐射区域。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备，其特征在于，包括第一波导、二维移动平台和计算机；
所述第一波导前端有防护帽，所述第一波导设于所述二维移动平台上；
所述计算机用于控制所述二维移动平台带动所述第一波导前端二维移动，以逐点扫描待测试的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光；获取每个测试点采集的激光的能量或功率，得到所述防护屏的最大辐射点，将所述最大辐射点的辐射值与最大允许辐射MPE比较，以判断所述最大辐射点的辐射值对人眼是否安全。
2.根据权利要求1所述的扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备，其特征在于，还包括第二波导和第三波导，所述第二波导和所述第三波导设于所述防护屏的前端。
3.根据权利要求2所述的扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备，其特征在于，所述第一波导的芯径为7mm；所述第二波导和所述第三波导的芯径为10～12mm。
4.根据权利要求2所述的扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备，其特征在于，所述第二波导和第三波导的前端还设有防护帽。
5.根据权利要求2所述的扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备，其特征在于，所述第一波导连接有功率计或能量计，所述功率计或能量计设于封闭的黑盒内；所述第二波导连接光谱仪；所述第三波导连接有光电探测器和示波器；所述功率计或能量计、所述光谱仪、所述光电探测器和所述示波器分别连接所述计算机。
6.根据权利要求1所述的扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备，其特征在于，所述计算机包括数据处理及计算模块和波导控制模块；
所述波导控制模块用于控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动；
所述数据处理及计算模块用于获取每个测试点采集的激光的能量或功率，得到所述防护屏的最大辐射点，将所述最大辐射点的辐射值与最大允许辐射MPE比较，以判断所述最大辐射点的辐射值对人眼是否安全。
7.根据权利要求1所述的扫描式评估防护屏激光辐射安全测试设备，其特征在于，所述计算机具体用于控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以进行粗扫描获取防护屏上能量或功率大于预设能量阈值或功率阈值的最大辐射区域，并在所述最大辐射区域内进行精扫描，以逐点扫描所述最大辐射区域。
8.一种扫描式评估防护屏激光辐射安全测试方法，其特征在于，包括：
通过波导逐点扫描待检测的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光，并获取每个测试点采集的激光的能量或功率；
基于每个测试点采集的激光的能量或功率得到所述防护屏的最大辐射点，将所述最大辐射点的辐射值与最大允许辐射MPE比较，以判断所述最大辐射点的辐射值对人眼是否安全。
9.根据权利要求8所述的扫描式评估防护屏激光辐射安全测试方法，其特征在于，通过波导逐点扫描待检测的防护屏，采集每个测试点处经过防护屏的激光，并获取每个测试点采集的激光的能量或功率，具体包括：
将第一波导设于二维移动平台上，控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以逐点扫描待测试的防护屏，采集经过防护屏的激光，以获取激光的能量或功率；
将第二波导和第三波导设于防护屏的前端，以同步获取激光的波长、脉宽和频率。
10.根据权利要求9所述的扫描式评估防护屏激光辐射安全测试方法，其特征在于，通过波导逐点扫描待检测的防护屏，具体包括：
控制所述二维移动平台带动所述波导前端二维移动，以进行粗扫描获取防护屏上能量或功率最大辐射区域，并在所述最大辐射区域内进行精扫描，以逐点扫描精确定位并获取最大辐射点。
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2019
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