CN114354135A - 一种激光器光斑测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光器光斑测量装置及其测量方法，所述激光器光斑测量装置包括依次设置在激光器的输出光路中的光阑调整模块和光功率计，所述光阑调整模块包括四维光学调整支架、光阑支架以及光阑，其中所述光阑支架经由所述四维光学调整支架实现沿X、Y、Z轴的轴向位移以及沿绕Z轴的水平旋转，且所述光阑能够绕其中心轴线在所述光阑支架上转动；所述光阑的中心位置设置有大小和形状与目标测量的激光器光斑的大小和形状一致的通孔，通过在光阑上加工出与待测量光斑的形状和大小相一致的通孔并更换光阑的方式，即可实现对不同形状的光斑进行测量，测量方式可靠性高而且操作简单、对操作人员专业性要求较低，易于使用。

Description

一种激光器光斑测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及激光光斑测量技术领域，特别是涉及一种激光器光斑测量装置及其测量方法。

背景技术

目前激光器在工业加工领域的应该用越来越广泛，随着激光产品对各行各业不断渗透以及对加工工艺研究的不断深入，不同行业对激光器作用光斑的规格、指标等提出了更具体更多样化的需求，特别是对光斑大小、形状、能量、工作距离等。针对不同应用场景的个性化需求，需要对激光器作用光斑的各项指标进行测量以确认实际光斑的各项参数是否与需求相符。目前采用的测量方法是通过CCD相机结合图像分析技术来完成，操作过程复杂，对操作人员专业性要求较高、价格昂贵。而且目前的测量方法具有局限性，无法对不同形状的光斑进行测量。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种激光器光斑测量装置及其测量方法，所述激光器光斑测量装置结构简单、操作方便、成本低且可靠性高，能够满足不同形状和大小的光斑的测量需求。

本发明在一方面提供了一种激光器光斑测量装置，包括依次设置在激光器的输出光路中的光阑调整模块和光功率计，所述光阑调整模块包括四维光学调整支架、设置于所述四维光学调整支架上的光阑支架、以及可拆卸地安装于所述光阑支架上的光阑，其中所述光阑支架经由所述四维光学调整支架实现沿X、Y、Z轴的轴向位移以及沿绕Z轴的水平旋转，从而实现对所述光阑的位姿的调整；所述光阑的中心位置设置有通孔，所述通孔的大小和形状与目标测量的激光器光斑的大小和形状一致，其中所述激光器的光束穿过所述光阑的所述通孔后落在所述光功率计的探测面，经由所述光功率计测量光功率。

在本发明的一实施例中，所述激光器的光斑为非对称异形光斑，所述光阑的所述通孔的形状和大小与所述非对称异形光斑的形状和大小一致。

在本发明的一实施例中，所述光阑支架设置有安装槽，所述光阑经由光阑固定件安装于所述安装槽。

在本发明的一实施例中，所述光阑为圆形结构，所述安装槽具有与所述圆形结构相适配的弧形边缘，以供所述光阑能够与所述安装槽之间形成间隙配合的状态。

在本发明的一实施例中，所述光阑固定件包括固定螺钉和固定于所述固定螺钉的弹簧垫片。

在本发明的一实施例中，所述光阑设置有弧形槽，所述光阑支架设置有安装孔，所述光阑固定件部分穿过所述弧形槽地安装于所述安装孔，且所述光阑固定件能够于所述弧形槽滑动，以允许所述光阑能够沿其中心轴线转动。

在本发明的一实施例中，所述光阑支架包括光阑安装板和垂直延伸自所述光阑安装板的连接板，所述连接板通过光阑支架固定件安装在所述四维光学调整支架上。

在本发明的一实施例中，所述光阑安装板的宽度小于所述光阑的直径。

在本发明的一实施例中，所述四维光学调整支架包括X轴调整组件、Y轴调整组件以及Z轴调整组件，所述X轴调整组件用于调整所述光阑支架沿X轴方向的轴向移动，所述Y轴调整组件用于调整所述光阑支架沿X轴方向的轴向移动，所述Z轴调整组件用于调整所述光阑支架沿Z轴方向的轴向移动以及所述光阑支架绕Z轴的水平旋转。

本发明在另一方面还提供了所述激光器光斑测量装置的测量方法，包括步骤：

将激光器固定在基准平台；

将光阑支架安装于四维光学调整支架，并将光阑安装于光阑支架，以完成光阑调整模块的组装；

将所述光阑调整模块放置在所述激光器的焦点平面附近并固定；

将光功率计放置于所述光阑调整模块之后；以及

调整所述四维光学调整支架，使得所述光阑与所述激光器的光轴同轴，转动所述光阑，使得所述光阑的所述通孔的角度与所述激光器的光斑角度相匹配，所述激光器的光束穿过所述通孔后落在所述光功率计的探测面，经由所述光功率计测量光功率。

本发明的所述激光器光斑测量装置通过所述四维光学调整支架来实现光阑分别沿X轴、Y轴以及Z轴方向的轴向位移以及绕Z轴的水平旋转，同时所述光阑也可以绕其中心轴线在所述光阑支架上转动，整个装置结构简单、成本低、调整方式简单、对操作人员专业性要求较低，因此易于使用。

本发明的所述激光器光斑测量装置适于对非对称异形光斑测量，对于不同形状和大小的光斑测量，只需更换不同的光阑，并在光阑上加工出与待测量光斑的形状和大小相一致的通孔即可，测量方式可靠性高而且操作简单、易于使用。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为本发明的一优选实施例的所述激光器光斑测量装置的结构示意图。

图2为图1所示的所述激光器光斑测量装置的部分结构示意图，其示意了第一种光阑结构。

图3为图1所示的所述激光器光斑测量装置的第二种光阑结构。

图4为图1所示的所述激光器光斑测量装置的第三种光阑结构。

图5为图2所示的所述激光器光斑测量装置的部分结构的爆炸示意图。

图6为图1所示的所述激光器光斑测量装置的光阑调整方式的示意图。

图7为图1所示的所述激光器光斑测量装置的四维光学调整支架的爆炸示意图。

附图标号说明：激光器光斑测量装置100；激光器10；光阑调整模块20；四维光学调整支架21；X轴调整组件211；Y轴调整组件212；Z轴调整组件213；水平旋转组件214；光阑支架22；光阑安装板221；连接板222；安装槽223；弧形边缘2231；安装孔224；光阑23；通孔231；弧形槽232；光阑固定件24；固定螺钉241；弹簧垫片242；光阑支架固定件25；光功率计30。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“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是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图7所示，根据本发明的一种激光器光斑测量装置100及其测量方法被具体阐明。

如图1所示，所述激光器光斑测量装置100包括依次设置在激光器10的输出光路中的光阑调整模块20和光功率计30，所述光阑调整模块20包括四维光学调整支架21、设置于所述四维光学调整支架21上的光阑支架22、以及可拆卸地安装于所述光阑支架22上的光阑23，其中所述光阑支架22经由所述四维光学调整支架21实现沿X、Y、Z轴的轴向位移以及沿绕Z轴的水平旋转，从而实现对所述光阑23的位姿的调整；所述光阑23的中心位置设置有通孔231，所述通孔231的大小和形状与目标测量的激光器光斑的大小和形状一致，其中所述激光器10的光束穿过所述光阑23的所述通孔231后落在所述光功率计30的探测面，经由所述光功率计30测量光功率。

可以理解的是，由于所述光阑23可拆卸地安装于所述光阑支架22上，因此对于不同形状和大小的光斑测量，通过在对应的所述光阑23上加工形成与待测量光斑的形状和大小一致的通孔，再通过更换对应的所述光阑23的方式，即可实现对不同形状和大小的光斑的测量，因此本发明的所述激光器光斑测量装置100还可以满足针对不同形状的光斑测量需求，适用性更为广泛。

特别地，在本发明的这一实施例中，如图2所示，所述通孔231被设置为异形形状，因此所述激光器光斑测量装置100能够用于测量非对称异形光斑，而且测量方式较为简单，只需在所述光阑23上加工形成与非对称异形光斑相对应的通孔结构即可，因此本发明的所述激光器光斑测量装置100具有结构简单，成本低而且使用方便的优点。

值得一提的是，如图3和图4所示，所述光阑23的所述通孔231可以为圆形或者方形，本发明对所述通孔231的形状不作限制。

进一步地，如图2至图5所示，所述光阑支架22设置有安装槽223，所述光阑23经由光阑固定件24安装于所述安装槽223。

特别地，所述光阑23为圆形结构，所述安装槽223具有与所述圆形结构相适配的弧形边缘2231，以供所述光阑23能够与所述安装槽223之间形成间隙配合的状态。

在本发明的这一实施例中，所述光阑23通过两个所述光阑固定件24固定于所述光阑支架22，各所述光阑固定件24包括固定螺钉241和固定于所述固定螺钉241的弹簧垫片242。

值得一提的是，本发明在安装所述光阑23时无需把所述光阑23完全固定不动，只需确保所述光阑固定件24对所述光阑23有一定的预紧力，使所述光阑23不会从所述光阑支架22的所述安装槽223脱出即可，如此设置也是为了便于所述光阑23能够沿自身中心轴线转动，从而便于调整所述光阑23的所述通孔231的角度与所述激光器10的光斑角度对应一致，如图6所示。

具体地，所述光阑23设置有弧形槽232，所述光阑支架22设置有安装孔224，所述光阑固定件24部分穿过所述弧形槽232地安装于所述安装孔224，且所述光阑固定件24能够于所述弧形槽232滑动，以允许所述光阑23能够沿其中心轴线转动。

在本发明的这一实施例中，所述光阑23设置有两个弧形槽232，各所述光阑固定件24部分穿过对应的所述弧形槽232地安装于对应的所述安装孔224。在所述光阑23被转动时，所述光阑固定件24能够于对应的所述弧形槽232中滑动，以允许所述光阑23被转动，同时，所述弧形槽232的长度限定了所述光阑23能够被转动的路径的长度，以此通过设置不同的弧形槽232长度，能够满足所述光阑23的不同调整需求，可根据实际需求进行设置，本发明对此不作限制。

值得一提的是，所述光阑支架22包括光阑安装板221和垂直延伸自所述光阑安装板221的连接板222，所述连接板222通过光阑支架固定件25安装在所述四维光学调整支架21上。

具体地，所述光阑支架固定件25为螺钉。

特别地，所述光阑安装板221的宽度小于所述光阑23的直径，以供所述光阑23能够部分突出于所述光阑安装板221，便于操作人员对所述光阑23的转动操作。

此外，还值得一提的是，如图7所示，所述四维光学调整支架21包括X轴调整组件211、Y轴调整组件212、Z轴调整组件213以及水平旋转组件214，所述X轴调整组件211用于调整所述光阑支架22沿X轴方向的轴向移动，所述Y轴调整组件212用于调整所述光阑支架22沿X轴方向的轴向移动，所述Z轴调整组件用于调整所述光阑支架22沿Z轴方向的轴向移动，所述水平旋转组件214用于调整所述光阑支架22绕Z轴的水平旋转。

可以理解的是，当需要对激光器光斑进行测量时，先把激光器固定在某一基准平台，并使激光器光束的光轴保持水平，然后把装配有所述光阑23和所述光阑支架22的所述四维光学调整支架21放置在所述激光器10的焦点平面附近并固定，将所述光功率计30放置在所述四维光学调整支架21后面，确保所述激光器10的光束穿过光阑小孔后全部落在所述光功率计30的探测面。最后，调整所述四维光学支架，使所述光阑23与所述激光器10的光轴同轴，然后转动所述光阑23，使所述光阑23中心的所述通孔231的角度与光斑角度相匹配，两者相重合，如图6所示。对于不同形状的光斑测量，只需更换不同的光阑，并在光阑上加工出待测量光斑的设计形状即可。最后使用所述光功率计30测量出通过所述光阑23后的光功率，用量具测量出激光器出光口到光阑尺寸便可得出激光器实际工作距离。通过以上方法，便可测量出激光器作用光斑的大小、形状、能量、工作距离等基本光学参数。

也就是说，本发明在另一方面还提供了所述激光器光斑测量装置100的测量方法，包括步骤：

将所述激光器10固定在基准平台；

将所述光阑支架22安装于所述四维光学调整支架21，并将所述光阑23安装于所述光阑支架22，以完成所述光阑调整模块20的组装；

将所述光阑调整模块20放置在所述激光器10的焦点平面附近并固定；

将所述光功率计30放置于所述光阑调整模块20之后；以及

调整所述四维光学调整支架21，使得所述光阑23与所述激光器10的光轴同轴，转动所述光阑23，使得所述光阑23的所述通孔231的角度与所述激光器10的光斑角度相匹配，所述激光器10的光束穿过所述通孔231后落在所述光功率计30的探测面，经由所述光功率计30测量光功率。

本发明的所述激光器光斑测量装置100通过所述四维光学调整支架21来实现所述光阑23分别沿X轴、Y轴以及Z轴方向的轴向位移以及绕Z轴的水平旋转，同时所述光阑23也可以绕其中心轴线在所述光阑支架22上转动，调节方式简单方便，对于不同形状和大小的光斑测量，只需更换不同的光阑，并在光阑上加工出与待测量光斑的形状和大小相一致的通孔即可，因此本发明的所述激光器光斑测量装置100适于对非对称异形光斑进行测量，测量方式可靠性高而且操作简单、对操作人员专业性要求较低，易于使用。

总的来讲，本发明提供了一种结构简单、操作方便、成本低且可靠性高，能够满足不同形状和大小的光斑的测量需求的激光器光斑测量装置100及其测量方法。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光器光斑测量装置，其特征在于，包括依次设置在激光器的输出光路中的光阑调整模块和光功率计，所述光阑调整模块包括四维光学调整支架、设置于所述四维光学调整支架上的光阑支架、以及可拆卸地安装于所述光阑支架上的光阑，其中所述光阑支架经由所述四维光学调整支架实现沿X、Y、Z轴的轴向位移以及沿绕Z轴的水平旋转，从而实现对所述光阑的位姿的调整；所述光阑的中心位置设置有通孔，所述通孔的大小和形状与目标测量的激光器光斑的大小和形状一致，其中所述激光器的光束穿过所述光阑的所述通孔后落在所述光功率计的探测面，经由所述光功率计测量光功率。

2.根据权利要求1所述的激光器光斑测量装置，其特征在于，所述激光器的光斑为非对称异形光斑，所述光阑的所述通孔的形状和大小与所述非对称异形光斑的形状和大小一致。

3.根据权利要求1所述的激光器光斑测量装置，其特征在于，所述光阑支架设置有安装槽，所述光阑经由光阑固定件安装于所述安装槽。

4.根据权利要求1所述的激光器光斑测量装置，其特征在于，所述光阑为圆形结构，所述安装槽具有与所述圆形结构相适配的弧形边缘，以供所述光阑能够与所述安装槽之间形成间隙配合的状态。

5.根据权利要求3所述的激光器光斑测量装置，其特征在于，所述光阑固定件包括固定螺钉和固定于所述固定螺钉的弹簧垫片。

6.根据权利要求3所述的激光器光斑测量装置，其特征在于，所述光阑设置有弧形槽，所述光阑支架设置有安装孔，所述光阑固定件部分穿过所述弧形槽地安装于所述安装孔，且所述光阑固定件能够于所述弧形槽滑动，以允许所述光阑能够沿其中心轴线转动。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光器光斑测量装置，其特征在于，所述光阑支架包括光阑安装板和垂直延伸自所述光阑安装板的连接板，所述连接板通过光阑支架固定件安装在所述四维光学调整支架上。

8.根据权利要求6所述的激光器光斑测量装置，其特征在于，所述光阑安装板的宽度小于所述光阑的直径。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的激光器光斑测量装置，其特征在于，所述四维光学调整支架包括X轴调整组件、Y轴调整组件以及Z轴调整组件，所述X轴调整组件用于调整所述光阑支架沿X轴方向的轴向移动，所述Y轴调整组件用于调整所述光阑支架沿X轴方向的轴向移动，所述Z轴调整组件用于调整所述光阑支架沿Z轴方向的轴向移动以及所述光阑支架绕Z轴的水平旋转。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的激光器光斑测量装置的测量方法，其特征在于，包括步骤：

将激光器固定在基准平台；

将光阑支架安装于四维光学调整支架，并将光阑安装于光阑支架，以完成光阑调整模块的组装；

将所述光阑调整模块放置在所述激光器的焦点平面附近并固定；

将光功率计放置于所述光阑调整模块之后；以及

调整所述四维光学调整支架，使得所述光阑与所述激光器的光轴同轴，转动所述光阑，使得所述光阑的通孔角度与所述激光器的光斑角度相匹配，所述激光器的光束穿过所述通孔后落在所述光功率计的探测面，经由所述光功率计测量光功率。

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