CN111122127B

CN111122127B - 一种激光发散角的测量方法

Info

Publication number: CN111122127B
Application number: CN201911414036.3A
Authority: CN
Inventors: 刘洋; 常勇
Original assignee: Guangdong Hongshi Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Hongshi Laser Technology Co Ltd
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2040-03-12
Also published as: CN111122127A

Abstract

本发明提供了一种激光发散角的测量方法，属于激光技术领域，包括工作台、固定座、光纤接头安装座、光阑系统、功率计以及工控计算机。固定座固定在工作台上，光纤接头安装座安装在固定座上，光纤接头安装座上安装有光纤接头；光阑系统可移动安装在固定座上，光阑系统位于光纤接头的出射光路上。功率计安装在工作台上，功率计位于光纤接头的出射光路上、且位于光阑系统下游；工控计算机与功率计电联接。该装置操作简单、测量精度高，可有效节省测量激光发散角的时间。

Description

一种激光发散角的测量方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，更具体的，涉及一种激光发散角的测量方法。

背景技术

随着切割技术的高速发展，激光切割机设备作为一种新型的工具越来越成熟的运用到各种行业，包括激光切割机、激光雕刻机、激光打标机、激光焊接机等。在激光物理领域，激光光束在传播过程中，会发生角度很小的发散。在远离光束最窄点的地方，光束的发散程度与传播距离大致呈线性关系——相当于光束在“远场”形成了一个圆锥。激光的发散程度用激光发散角来表示，作为表征激光除输出特性的一个重要指标，激光发散角在激光通讯、激光切割领域等方面具有十分重要的作用。在激光切割中，光纤接头激光输出的激光发散角就是输出光束质量的判定最重要的因素。激光发散角是否符合质量标准，激光发散角的一致性如何，直接影响切割质量，激光发散角过大，会引起激光切割头发热，甚至会导致激光切割头过热损坏。因此要对激光发散角进行检测，但囿于目前的测试技术限制，集成商几乎没有去对激光发散角做检测，因此设计一种方便操作的激光发散角测量装置十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光发散角的测量方法，该装置操作简单、测量精度高，可有效节省测量激光发散角的时间。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种激光发散角的测量方法，包括工作台、固定座、光纤接头安装座、光阑系统、功率计以及工控计算机；所述固定座固定在所述工作台上，所述光纤接头安装座安装在所述固定座上，所述光纤接头安装座上安装有光纤接头；所述光阑系统可移动安装在所述固定座上，所述光阑系统位于所述光纤接头的出射光路上；所述功率计安装在所述工作台上，所述功率计位于所述光纤接头的出射光路上、且位于所述光阑系统下游；所述工控计算机与所述功率计电联接；

具体步骤如下：

1)、在所述光纤接头安装座装上光纤接头，打开激光器，开启红光，调整所述光纤接头激光束的位置，使激光束落在所述功率计接收端面上；

2)、调整所述光纤接头的水平度，从而在水平方向上调节光纤输出，使光束与所述功率计接收端面垂直；

3)、打开工控计算机，选定光阑直径大小，控制所述光阑系统在所述固定座上做等间隔运动，记录每个间隔点的位置L_i，并在每个间隔点通过工控计算机采集图像、并记录激光输出能量的功率；

4)、打开工控计算机，固定所述光阑系统与所述光纤接头安装座的距离，更换所述光阑，等间隔改变所述光阑的直径D₁，并在不同光阑直径通过工控计算机采集图像、并记录激光输出能量的功率；

5)、工控计算机对步骤3、步骤4得到的图像进行以下处理：

①图像记录与处理系统计算步骤3中每个间隔点处采集图像的光斑的直径、所述光阑的直径以及所述光阑与所述光纤接头安装座的距离，代入公式：

NA＝2arctan((D₁－d₂)÷2÷L_i)×1000 (单位：mm)

其中：NA-激光发散角；D₁-光阑直径；d₂-光纤接头芯径；L_i-光阑与光纤接头安装座的距离；

得到各个间隔点的发散角NA的大小，并取平均数；

②图像记录与处理系统计算步骤4中每个不同光阑时采集图像的光斑的直径、所述光阑的直径以及所述光阑与所述光纤接头安装座之间的距离，代入公式：

NA＝2arctan((D₁－d₂)÷2÷L_i)×1000 (单位：mm)

得到不同光阑直径时的发散角NA的大小，并取平均数；

③工控计算机通过软件计算不同光阑直径与激光功率的对应关系，得到不同的所述光阑拦截了不同的激光功率(激光器输出功率-功率计接收功率＝光阑拦截的功率)。

在本发明较佳地技术方案中，所述光阑系统包括光阑、滑动平台、控制系统以及数显装置，所述滑动平台安装在所述固定座上与所述固定座滑动配合，所述光阑安装在所述滑动平台上，所述数显装置设置在所述滑动平台一侧。

在本发明较佳地技术方案中，所述滑动平台包括滑动座和两条滑轨，两条所述滑轨并行固定在所述固定座上，所述滑动座安装在两条所述滑轨上与所述滑轨滑配合。

在本发明较佳地技术方案中，所述控制系统包括丝杆、丝杆支座、连接块以及调节手轮，所述丝杆支座固定在所述工作台上，所述丝杆安装在所述丝杆支座上，且可沿自身轴线转动，所述丝杆的长度方向与两条所述滑轨的长度方向相同，所述连接块安装在所述丝杆上，所述连接块与所述滑动座固定连接；所述调节手轮安装在所述丝杆支座上，与所述丝杆连接。

在本发明较佳地技术方案中，所述控制系统包括丝杆、丝杆支座、连接块以及电机，所述丝杆支座固定在所述工作台上，所述丝杆安装在所述丝杆支座上，且可沿自身轴线转动，所述丝杆的长度方向与两条所述滑轨的长度方向相同，所述连接块安装在所述丝杆上，所述连接块与所述滑动座固定连接；所述电机安装在所述丝杆支座上，所述电机输出端通过联轴器与所述丝杆连接。

在本发明较佳地技术方案中，所述光阑外围设有水冷座，所述水冷座固定在所述滑动座上且将所述光阑侧壁完全包覆，所述水冷座上设有水冷接头。

在本发明较佳地技术方案中，所述数显装置包括标尺和游标，所述标尺的长度方向与所述滑轨的长度方向一致，所述游标设置在所述标尺上，所述游标与所述连接块固定连接。

在本发明较佳地技术方案中，所述标尺的零刻度处位于所述丝杆支座处。

在本发明较佳地技术方案中，所述光纤接头安装座底部设有用于调节高度的调节螺钉。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种激光发散角的测量方法，该装置通过调节光阑系统的位置以及更换光阑的直径，简化了测量激光发散角的操作步骤，规避了原有测量激光发散角苛刻要求，能方便简捷地测量激光发散角，而且测量精度高，能直观了解到输出能量的分布特性，可有效节省测量激光发散角的时间。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

其中：

图1是本发明提供的一种激光发散角的测量方法的立体图；

图2是本发明提供的光阑系统安装在工作台上的立体图；

图3是本发明提供的光阑的结构示意图；

图4是本发明提供的的一种激光发散角的测量方法的正视图。

附图标记：

1、工作台；2、固定座；3、光纤接头安装座；4、光阑系统；5、功率计；6、工控计算机；21、调节螺钉；31、光纤接头；41、数显装置；42、控制系统；43、光阑；44、滑动平台；45、水冷座；411、标尺；412、游标；421、手轮；422、丝杆支座；423、连接块；424、丝杆；441、滑轨；442、滑动座；451、水冷接头。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

如图1-图4所示，一种激光发散角的测量方法，包括工作台1、固定座2、光纤接头31安装座3、光阑系统4、功率计5以及工控计算机6。所述固定座2固定在所述工作台1上，所述光纤接头31安装座3安装在所述固定座2上，所述光纤接头31安装座3上安装有光纤接头31；所述固定座2固定在所述工作台1上，加强了所述工作台1的强度。所述光线接头安装座有多种接口，可以适应市面上的QBH接头、QD接头、Q+接头的安装。所述光阑系统4可移动安装在所述固定座2上，所述光阑系统4位于所述光纤接头31的出射光路上；所述功率计5安装在所述工作台1上，所述功率计5位于所述光纤接头31的出射光路上、且位于所述光阑系统4下游；所述工控计算机6与所述功率计5电联接。通过工控计算机6与所述功率计5建立连接关系，便于直观反映出所述功率计5的数据，并通过图像处理软件直接进行处理，节省了后期处理数据的时间。

具体步骤如下：

1)、在所述光纤接头安装座3装上光纤接头31，打开激光器，开启红光，调整所述光纤接头31激光束的位置，使激光束落在所述功率计5接收端面上；

2)、调整所述光纤接头31的水平度，从而在水平方向上调节光纤输出，使光束与所述功率计5接收端面垂直；

3)、打开工控计算机6，选定光阑直径大小，控制所述光阑系统4在所述固定座上做等间隔运动，记录每个间隔点的位置L_i，并在每个间隔点通过工控计算机采集图像、并记录激光输出能量的功率；

4)、打开工控计算机6，固定所述光阑系统4与所述光纤接头安装座3的距离，更换所述光阑43，等间隔改变所述光阑的直径D₁，并在不同光阑直径通过工控计算机采集图像、并记录激光输出能量的功率；

5)、工控计算机6对步骤3、步骤4得到的图像进行以下处理：

①图像记录与处理系统计算步骤3中每个间隔点处采集图像的光斑的直径、所述光阑的直径以及所述光阑43与所述光纤接头安装座3的距离，代入公式：

NA＝2arctan((D₁－d₂)÷2÷L_i)×1000 (单位：mm)

得到各个间隔点的发散角NA的大小，并取平均数；

NA＝2arctan((D₁－d₂)÷2÷L_i)×1000 (单位：mm)

得到不同光阑直径时的发散角NA的大小，并取平均数；

③工控计算机6通过软件计算不同光阑直径与激光功率的对应关系，得到不同的所述光阑拦截了不同的激光功率(激光器输出功率-功率计接收功率＝光阑拦截的功率)。

通过以上步骤①②③得到的激光发散角，并将各个数据进行对比，平均后即可取得激光发散角的最优值，减少测量误差。

上述的一种激光发散角的测量方法，该装置通过调节所述光阑系统4的位置以及更换所述光阑43的直径，简化了测量激光发散角的操作步骤，规避了原有测量激光发散角苛刻要求，能方便简捷地测量激光发散角，而且测量精度高，能直观了解到输出能量的分布特性，可有效节省测量激光发散角的时间。

更具体地，所述光纤接头31安装在所述光纤接头31安装座3后，开启电源，调整所述光纤接头31安装座3的位置，使所述光纤接头31的激光束通过所述光阑43，落在所述功率计5上，所述功率计5测得的信息传递到所述工控计算机6处，所述工控计算机6作为该装置的大脑，可以记录并输出所述光阑43孔径与激光能量的对应关系，计算激光发散角、对激光能量分布进行评估。

进一步地，如图2所示，所述光阑系统4包括光阑43、滑动平台44、控制系统42以及数显装置41，所述滑动平台44安装在所述固定座2上与所述固定座2滑动配合，所述光阑43安装在所述滑动平台44上，所述数显装置41设置在所述滑动平台44一侧。更进一步地，所述滑动平台44包括滑动座442和两条滑轨441，两条所述滑轨441并行固定在所述固定座2上，所述滑动座442安装在两条所述滑轨441上与所述滑轨441滑配合。所述光阑43安装在所述滑动平台44后，滑动方便，在测量过程中可以按不同间隔点改变所述光阑43与所述光纤接头安装座3的相对位置，更便于测量。

进一步地，所述控制系统42包括丝杆424、丝杆424支座422、连接块423以及调节手轮421，所述丝杆424支座422固定在所述工作台1上，所述丝杆424安装在所述丝杆424支座422上，且可沿自身轴线转动，所述丝杆424的长度方向与两条所述滑轨441的长度方向相同，所述连接块423安装在所述丝杆424上，所述连接块423与所述滑动座442固定连接；所述调节手轮421安装在所述丝杆424支座422上，与所述丝杆424连接。转动所述手轮421，即可带动所述丝杆424转动，所述丝杆424带动所述连接块423前进，所述连接块423带动所述滑动平台44在所述滑轨441上滑动，改变所述光阑43与所述光纤接头安装座3的距离。

进一步地，所述控制系统42包括丝杆424、丝杆424支座422、连接块423以及电机，所述丝杆424支座422固定在所述工作台1上，所述丝杆424安装在所述丝杆424支座422上，且可沿自身轴线转动，所述丝杆424的长度方向与两条所述滑轨441的长度方向相同，所述连接块423安装在所述丝杆424上，所述连接块423与所述滑动座442固定连接；所述电机安装在所述丝杆424支座422上，所述电机输出端通过联轴器与所述丝杆424连接。所述电机采用伺服电机，所述丝杆424与所述伺服电机对接，即可自动调节所述光阑43位置，然后读取电机编码器的数据，再导入预先编写的算法程序，可以实现自动计算；批量生产管理。

进一步地，所述光阑43外围设有水冷座45，所述水冷座45固定在所述滑动座442上且将所述光阑43侧壁完全包覆，所述水冷座45上设有水冷接头451。所述水冷接头451外接冷水源后，可以对所述光阑43进行冷却，避免所述光阑43温度过高而损坏。

进一步地，所述数显装置41包括标尺411和游标412，所述标尺411的长度方向与所述滑轨441的长度方向一致，所述游标412设置在所述标尺411上，所述游标412与所述连接块423固定连接。更进一步地，所述标尺411的零刻度处位于所述丝杆424支座422处。所述标尺411用于显示所述光阑43的距离，所述光纤接头31安装座3与所述功率计5之间的距离一定，通过读出所述光阑43的位置，即可知道所述光阑43与所述光纤接头安装座3之间的距离，即可用于计算光纤接头31的激光发散角。

进一步地，如图4所示，所述光纤接头31安装座3底部设有用于调节高度的调节螺钉21。所述调节螺钉21深入所述工作台1，通过调节所述调节螺钉21伸入所述工作台1的深度，即可调整所述光纤接头31安装座3的高度与水平度，使激光束与所述功率计5的接收平面垂直。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种激光发散角的测量方法，其特征在于：包括工作台、固定座、光纤接头安装座、光阑系统、功率计以及工控计算机；所述固定座固定在所述工作台上，所述光纤接头安装座安装在所述固定座上，所述光纤接头安装座上安装有光纤接头；所述光阑系统可移动安装在所述固定座上，所述光阑系统位于所述光纤接头的出射光路上；所述功率计安装在所述工作台上，所述功率计位于所述光纤接头的出射光路上、且位于所述光阑系统下游；所述工控计算机与所述功率计电联接；

具体步骤如下：

5)、工控计算机对步骤3、步骤4得到的图像进行以下处理：

NA＝2arctan((D₁－d₂)÷2÷L_i)×1000 单位：mm

得到各个间隔点的发散角NA的大小，并取平均数；

NA＝2arctan((D₁－d₂)÷2÷L_i)×1000单位：mm

得到不同光阑直径时的发散角NA的大小，并取平均数；

③工控计算机通过软件计算不同光阑直径与激光功率的对应关系，得到不同的所述光阑拦截了不同的激光功率。

2.根据权利要求1所述的激光发散角的测量方法，其特征在于：

所述光阑系统包括光阑、滑动平台、控制系统以及数显装置，所述滑动平台安装在所述固定座上与所述固定座滑动配合，所述光阑安装在所述滑动平台上，所述数显装置设置在所述滑动平台一侧。

3.根据权利要求2所述的激光发散角的测量方法，其特征在于：

所述滑动平台包括滑动座和两条滑轨，两条所述滑轨并行固定在所述固定座上，所述滑动座安装在两条所述滑轨上与所述滑轨滑配合。

4.根据权利要求3所述的激光发散角的测量方法，其特征在于：

所述控制系统包括丝杆、丝杆支座、连接块以及调节手轮，所述丝杆支座固定在所述工作台上，所述丝杆安装在所述丝杆支座上，且可沿自身轴线转动，所述丝杆的长度方向与两条所述滑轨的长度方向相同，所述连接块安装在所述丝杆上，所述连接块与所述滑动座固定连接；所述调节手轮安装在所述丝杆支座上，与所述丝杆连接。

5.根据权利要求3所述的激光发散角的测量方法，其特征在于：

所述控制系统包括丝杆、丝杆支座、连接块以及电机，所述丝杆支座固定在所述工作台上，所述丝杆安装在所述丝杆支座上，且可沿自身轴线转动，所述丝杆的长度方向与两条所述滑轨的长度方向相同，所述连接块安装在所述丝杆上，所述连接块与所述滑动座固定连接；所述电机安装在所述丝杆支座上，所述电机输出端通过联轴器与所述丝杆连接。

6.根据权利要求5所述的激光发散角的测量方法，其特征在于：

所述光阑外围设有水冷座，所述水冷座固定在所述滑动座上且将所述光阑侧壁完全包覆，所述水冷座上设有水冷接头。

7.根据权利要求4-6任一项所述的激光发散角的测量方法，其特征在于：

所述数显装置包括标尺和游标，所述标尺的长度方向与所述滑轨的长度方向一致，所述游标设置在所述标尺上，所述游标与所述连接块固定连接。

8.根据权利要求7所述的激光发散角的测量方法，其特征在于：

所述标尺的零刻度处位于所述丝杆支座处。

9.根据权利要求1所述的激光发散角的测量方法，其特征在于：

所述光纤接头安装座底部设有用于调节高度的调节螺钉。