CN110702689A - 一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测系统,本发明通过激光来对激光板条与热沉的焊接面实现非接触测量,避免在测量过程中对激光板条造成污染或损伤,并且本发明易于操作便于实现。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域,特别是涉及一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测系统。
背景技术
固体激光器的激光板条封装一般是采用铟、金锡等软焊料实现。铟焊接工艺中,一方面,当焊料熔化时,由于重力作用,板条快速下压到热沉上表面,将熔融的铟焊料无规律地从激光板条和热沉之间挤出,使焊接层的铟厚度不均匀,致使固体激光板条模块散热不均匀;另一方面,热沉上的铟层与板条之间部分接触,铟层与板条之间包围的空气无法排出去,铟层熔化后,当熔融的铟冷却后,空气留在焊接层形成了孔洞,也会导致固体激光板条模块散热不均匀,严重影响固体激光板条模块的光束质量。这两种情况对于大尺寸(≥100mm2)的晶体板条更为明显。
因此,板条和热沉之间焊接面质量检测是必不可缺的,通过焊接面检测可以筛选不合格品,并为焊接工艺改进提供参考。单面焊接的板条和热沉焊接面质量检测目前可用的方法是超声检测,但是超声检测无法给出定量的结果,而且更难以接受的是,超声检测需要将板条和热沉浸入到水中,会对板条上的光学膜造成严重影响,所以只能用样品进行超声检测,正式的板条和热沉焊接面尚无法进行焊接面检测。
发明内容
本发明提供一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测系统,以解决现有技术中通过超声检测激光板条和热沉焊接面易对板条上的光学膜造成影响的问题。
本发明提供了一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测系统,包括:在激光板条与热沉相连接一侧的表面,依次镀有光学膜和金属膜,所述热沉与所述激光板条相连接一侧的表面设有镀金,所述热沉与所述激光板条通过焊接进行连接;
激光发射器,用于将预设激光照射在所述金属膜上;
探测器,用于在所述激光发射器将预设激光照射在所述金属膜上预定时间后,根据所述金属膜反射的预设激光,对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
优选地,该系统还包括:偏振片和四分之一波片,所述激光发射器为加热激光发射器;
所述加热激光发射器,用于将加热激光照射在所述金属膜上;
所述偏振片和所述四分之一波片,用于对所述金属膜反射的加热激光进行过滤;
所述探测器还用于,在加热激光照射在所述金属膜上预定时间后,根据过滤后的加热激光对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
优选地,该系统还包括:透镜,用于将过滤后的预设激光进行准直,并将准直后的加热激光照射到所述探测器上。
优选地,该系统还包括:探测激光发射器;
所述探测激光发射器,用于在所述加热激光发射器将加热激光照射在所述金属膜上加热预定时间后,将探测激光照射在加热后的金属膜上;
所述探测器还用于,根据所述金属膜反射的探测激光,对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
优选地,该系统还包括:偏振片和四分之一波片;
所述偏振片和所述四分之一波片,用于对所述金属膜反射的探测激光进行过滤;
所述探测器还用于,根据过滤后的探测激光,对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
优选地,该系统还包括:透镜,用于将过滤后探测设激光进行准直,并将准直后的探测激光照射到所述探测器上。
优选地,所述激光发射器为固体激光器或者光纤激光器。
优选地,所述探测器为固体激光器、光纤激器、二极管激光器或者气体激光器进行发射;
其中,所述固体激光器发射的探测激光的波长为1064nm,1030nm,532nm或515nm;
所述光纤激器发射的探测激光的波长在1030nm-1080nm之间,输出功率为1mW-10W;
所述二极管激光器发射的探测激光的波长在630nm-1064nm之间,输出功率为1mW-1W;
所述气体激光器发射的探测激光的波长为632.8nm,输出功率为1mW-30mW。
优选地,所述光学膜为二氧化硅膜,厚度为2~5μm。
优选地,在所述激光板条与所述热沉相连接的另一侧的表面镀有保护膜,所述保护膜的厚度为2~5μm。
本发明有益效果如下:
本发明通过激光来对激光板条与热沉的焊接面实现非接触测量,避免在测量过程中对激光板条造成污染或损伤,并且本发明易于操作便于实现。
附图说明
图1是本发明实施例的一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测系统的结构示意图;
图2是本发明实施例的另一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中通过超声检测激光板条和热沉焊接面易对板条上的光学膜造成影响的问题,本发明提供了一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测方法,通过激光来对激光板条与热沉的焊接面实现非接触测量,避免在测量过程中对激光板条造成污染或损伤。以下结合附图以及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不限定本发明。
本发明实施例提供了一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测系统,该系统包括:在激光板条与热沉相连接一侧的表面,依次镀有光学膜和金属膜,所述热沉与所述激光板条相连接一侧的表面设有镀金,所述热沉与所述激光板条通过焊接进行连接;
激光发射器,用于将预设激光照射在所述金属膜上;
探测器,用于在所述激光发射器将预设激光照射在所述金属膜上预定时间后,根据所述金属膜反射的预设激光,对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
也就是说,本发明实施例是通过激光来对激光板条与热沉的焊接面实现非接触测量,从而避免超声检测在测量过程中对激光板条造成污染或损伤。
具体实施时,该系统还包括:偏振片和四分之一波片,所述激光发射器为加热激光发射器;
所述加热激光发射器,用于将加热激光照射在所述金属膜上;
所述偏振片和所述四分之一波片,用于对所述金属膜反射的加热激光进行过滤;
透镜,用于将过滤后的预设激光进行准直,并将准直后的加热激光照射到所述探测器上。
所述探测器还用于,在加热激光照射在所述金属膜上预定时间后,根据过滤后的加热激光对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
另外,在具体实施时,本发明实施例所述系统还包括:探测激光发射器;
所述探测激光发射器,用于在所述加热激光发射器将加热激光照射在所述金属膜上加热预定时间后,将探测激光照射在加热后的金属膜上;
所述探测器还用于,根据所述金属膜反射的探测激光,对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
该系统还包括:偏振片和四分之一波片;
所述偏振片和所述四分之一波片,用于对所述金属膜反射的探测激光进行过滤;
透镜,用于将过滤后探测设激光进行准直,并将准直后的探测激光照射到所述探测器上。
所述探测器还用于,根据过滤后的探测激光,对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
本发明实施例的检测方法包括下列步骤:
激光板条与热沉连接的表面镀有光学膜和金属膜;
在热沉表面镀金,且内部具有微通道水冷结构的紫铜热沉;
焊接层是铟、金锡、液态金属等;
加热激光照射在激光板条的金属膜上,通过控制加热激光光斑尺寸调整分辨率,控制加热激光功率控制加热点温度;
将探测激光照射在加热点上,利用板条镀金层反射探测激光;
用探测器测量反射后的探测光,记录通过加热点后的探测光强或方向变化量,变化量大的位置相应的焊接质量较差。
移动激光板条和热沉组成的激光模块,使加热激光和探测激光逐点照射在激光板条的不同位置,记录每个点的探测光变化量,最后合成反映整个焊接面质量的二维图。
本发明实施例是将加热激光照射在所述金属膜上加热预定时间后,通过偏振片和四分之一波片对所述金属膜反射的加热激光进行过滤,并通过探测器根据过滤后的加热激光对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测,具体如图1所示。
也就是说,本发明实施例可以仅设置加热激光来同时实现加热和探测的作用。并通过偏振片和四分之一波片对所述金属膜反射的加热激光进行过滤,以使探测器能够对加热激光进行检测,从而实现对焊接面的检测。
另外,本发明实施例也可以设置一束加热激光对焊接面进行加热,并通过一束专门的探测激光来对焊接面进行检测。具体地,本发明实施例是将加热激光照射在所述金属膜上加热预定时间后,将探测激光照射在加热后的金属膜上,根据加热后的金属膜反射的探测激光对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测,具体如图2所示。
具体实施时,本发明实施例中,根据加热后的金属膜反射的探测激光对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测,包括:通过偏振片和四分之一波片对所述金属膜反射的探测激光进行过滤,并通过过滤后的探测激光对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
需要说明的是,本发明实施例的加热激光为采用固体激光器,波长为1064nm,1030nm,532nm或515nm;或者所述加热激光为光纤激光器,波长在1030nm-1080nm之间。
所述探测激光为固体激光器、光纤激器、二极管激光器或者气体激光器;
其中,所述固体激光器的波长为1064nm,1030nm,532nm或515nm;
所述光纤激器的波长在1030nm-1080nm之间,输出功率为1mW-10W;
所述二极管激光器的波长在630nm-1064nm之间,输出功率为1mW-1W;
所述气体激光器的波长为632.8nm,输出功率为1mW-30mW。
具体实施时,本发明实施例中,所述光学膜为二氧化硅膜,厚度为2~5μm。
在具体实施时,本发明实施例所述方法还包括:在所述激光板条与所述热沉相连接的另一侧的表面镀保护膜,厚度为2~5μm。
需要说明的是,本发明实施例所述金属膜为钛金膜,其中钛膜厚度为100~300nm,金膜厚度为300~800nm。
下面将通过几个具体的例子对本发明进行详细说明:
具体实施例一,如图1所示,本发明实施例的加热激光2选用功率10W,波长1064nm激光,通过透镜聚9焦成0.2mm光斑,照射在激光板条4下表面、热沉7上焊接层6的上表面上的金属膜5上;探测激光1用功率30mW,波长532nm激光,通过透镜8使照射光斑为0.5mm,与通过透镜10后的加热激光2光斑同心,光轴夹角为5°;探测器3为光电二极管;激光板条4为Nd:YAG晶体板条,尺寸为3mm×40mm×140mm,Nd:YAG晶体板条的光学膜厚为4μm,金属膜6中的金属钛膜厚为300nm,金膜厚5为800nm,焊接铟层厚度为40μm,面积为38mm×120mm,将焊接面分成38×120个点阵,分别测量每一点,首先仅开探测激光1,通过探测器3记录此时的反射光强,然后开启加热激光2至10W,0.5s后关闭加热激光2,探测器3记录最大光强变化量,焊接面每一个测量点都测量后,测量过程结束。
具体实施例二,本发明实施例的加热激光选用功率100W,波长940nm激光,通过透镜照射成0.8mm光斑,照射在激光板条下表面金属膜上;探测激光用功率1W,波长1064nm激光,通过透镜使照射光斑为1mm,与加热激光光斑同心,光轴夹角10°;探测器为激光功率计;激光板条为Yb:YAG复合结构晶体板条,尺寸2mm×10mm×50mm,掺杂区位于板条下部,尺寸0.3mm×10mm×40mm,Yb:YAG晶体板条下表面的光学膜厚为3μm,金属钛膜厚为100nm,金膜厚为500nm,焊接铟层厚度为100μm,面积为9mm×46mm,热沉通水,将焊接面分成5×20个点阵,分别测量每一点,首先仅开探测激光,通过探测器记录此时的反射光强,然后开启加热激光至100W,0.2s后关闭加热激光,探测器记录最大光强变化量,焊接面每一个测量点都测量后,测量过程结束。
具体实施例三,如图2所示,本发明实施例的加热激光1选用功率20W,波长1064nm线偏振激光,通过偏振片11和四分之一波片12后变成圆偏振光,经透镜8照射成0.5mm光斑,照射在激光板条下表面金属膜上;经过金属膜反射后原路返回,返回激光经过透镜8准直,再经过四分之一波片12偏振态与原激光偏振态垂直,被偏振片反射进入探测器3,探测器3为光电二极管;激光板条为Nd:YVO4晶体板条,尺寸1mm×10mm×14mm,Nd:YVO4晶体板条的光学膜厚为2μm,金属膜5的钛膜厚为100nm,金膜厚为400nm,焊接铟层厚度为80μm,面积为9mm×12mm,,将焊接面分成9×12的点阵,分别测量每一点,首先开加热激光1,通过探测器3记录此时的反射光强,然后开启加热激光1至20W,0.3s后关闭加热激光1,探测器3记录最大光强变化量,焊接面每一个测量点都测量后,测量过程结束。
本发明针对固体激光器的激光板条和热沉焊接面检测方法,不仅能够实现非接触测量,避免在测量过程中对激光板条造成污染或损伤;还通过将焊接面热传导系数与探测光变化量建立联系,可以定量分析焊接面每个点的热传导能力,有助于建立激光板条动态工作状态的温场分布。本发明易于操作及实现。
总体来说,本发明所解决的技术问题是提供一种大尺寸激光板条和热沉焊接面检测方法,用一束激光照射镀金层,镀金层金属吸收激光后发热,热量就会在激光板条内部后产生一个温度场,在通过另一束探测激光照射在这个区域,利用镀金层反射探测光,由于激光板条不同温度区域的折射率不同,所以会使探测激光发散角或方向发生变化,通过小孔进入探测器的激光光强会发生变化,记录这一变化就可以反映出测量点温度,焊接层缺陷越大,热量越不容易传导到热沉里面,激光板条内温度越高,因此测量点的温度可以反映出焊接层质量。
本发明的主要目的在于提供一种大尺寸激光板条和热沉焊接面检测方法,该方法能够实现非接触测量,避免在测量过程中对激光板条造成污染或损伤。另外,本发明通过将焊接面热传导系数与探测光变化量建立联系,可以定量分析焊接面每个点的热传导能力,有助于建立激光板条动态工作状态的温场分布。
本发明实施例提供了一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测系统,其中,本发明实施例的所述激光板条与热沉相连接一侧的表面,依次镀有光学膜和金属膜,所述热沉与所述激光板条相连接一侧的表面镀有金膜;
本发明实施例的检测系统包括:
激光发射器,用于将预设激光照射在所述金属膜上;
偏振片和四分之一波片,用于对所述金属膜反射的预设激光进行过滤;
透镜,用于将过滤后的预设激光进行准直和照射到探测器上;
所述探测器,用于在预设激光照射在所述金属膜上预定时间后,根据所述透镜照射来的预设激光,对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
本发明通过激光来对激光板条与热沉的焊接面实现非接触测量,避免在测量过程中对激光板条造成污染或损伤,并且本发明易于操作便于实现。
系统实施例的相关内容可参见方法实施例进行理解,在此不做详细论述。
尽管为示例目的,已经公开了本发明的优选实施例,本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的,因此,本发明的范围应当不限于上述实施例。
Claims (10)
1.一种对固体激光器的激光板条和热沉焊接面的检测系统,其特征在于,包括:在激光板条与热沉相连接一侧的表面,依次镀有光学膜和金属膜,所述热沉与所述激光板条相连接一侧的表面设有镀金,所述热沉与所述激光板条通过焊接进行连接;
激光发射器,用于将预设激光照射在所述金属膜上;
探测器,用于在所述激光发射器将预设激光照射在所述金属膜上预定时间后,根据所述金属膜反射的预设激光,对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,该系统还包括:偏振片和四分之一波片,所述激光发射器为加热激光发射器;
所述加热激光发射器,用于将加热激光照射在所述金属膜上;
所述偏振片和所述四分之一波片,用于对所述金属膜反射的加热激光进行过滤;
所述探测器还用于,在加热激光照射在所述金属膜上预定时间后,根据过滤后的加热激光对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,该系统还包括:
透镜,用于将过滤后的预设激光进行准直,并将准直后的加热激光照射到所述探测器上。
4.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,该系统还包括:探测激光发射器;
所述探测激光发射器,用于在所述加热激光发射器将加热激光照射在所述金属膜上加热预定时间后,将探测激光照射在加热后的金属膜上;
所述探测器还用于,根据所述金属膜反射的探测激光,对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,该系统还包括:偏振片和四分之一波片;
所述偏振片和所述四分之一波片,用于对所述金属膜反射的探测激光进行过滤;
所述探测器还用于,根据过滤后的探测激光,对所述激光板条和所述热沉的焊接面进行检测。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,该系统还包括:
透镜,用于将过滤后的探测设激光进行准直,并将准直后的探测激光照射到所述探测器上。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统,其特征在于,
所述激光发射器为固体激光器或者光纤激光器。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的系统,其特征在于,
所述探测器为固体激光器、光纤激器、二极管激光器或者气体激光器进行发射;
其中,所述固体激光器发射的探测激光的波长为1064nm,1030nm,532nm或515nm;
所述光纤激器发射的探测激光的波长在1030nm-1080nm之间,输出功率为1mW-10W;
所述二极管激光器发射的探测激光的波长在630nm-1064nm之间,输出功率为1mW-1W;
所述气体激光器发射的探测激光的波长为632.8nm,输出功率为1mW-30mW。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的系统,其特征在于,
所述光学膜为二氧化硅膜,厚度为2~5μm。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的系统,其特征在于,
在所述激光板条与所述热沉相连接的另一侧的表面镀有保护膜,所述保护膜的厚度为2~5μm。
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
CN112557396A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-03-26 | 东软睿驰汽车技术(沈阳)有限公司 | 一种检测方法及相关设备 |
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2019
- 2019-10-29 CN CN201911034488.9A patent/CN110702689A/zh active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112557396A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-03-26 | 东软睿驰汽车技术(沈阳)有限公司 | 一种检测方法及相关设备 |
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