CN116086603A - 一种激光监控仪器的标定与光路调整、光路校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光监控仪器的标定及光路校准方法，所述激光监控仪器通过对光学原理的应用，设置了相匹配的光学耦合模块、光学聚焦模块、传感器模块及标定模块，并通过利用这些模块之间的光学关系、机械关系提供了一种能够简单、快捷地对激光监控仪器进行出厂前的标定、光路调整的方法，使得激光监控仪器在出厂前将多个光学传感器的调整全部复合、集中到光学聚焦模块的聚焦镜调解旋钮上，在使用时可以实现便捷、准确地实现对各个光学传感器的光路调整，不再需要逐个调节；同时提供了一种使用前的光路标准方法，实现使用前各个光路的标准和同轴监测的校准，进一步增加了监测的便捷性及准确性。

Description

一种激光监控仪器的标定与光路调整、光路校准方法

技术领域

本发明涉及一种激光监控设备标定与光路调整、光路校准方法，具体涉及一种应用于激光加工过程的激光监控仪器在出厂前的标定与使用前的光路校准方法。

背景技术

激光过程指的是应用激光进行的加工过程，包含但不限于激光焊接，激光切割，激光粉末床熔融，水导激光切割、增材制造等。在激光过程中，影响激光加工的质量有多种原因，如果激光未按照原定程序、工艺、参数实施焊接、切割、增材制造等过程，将导致废件次件等情况，严重影响产品质量和生产效率，加工成本也相应大大增加。如何利用激光过程中的特性，实现激光加工过程的有效监控，减少废件次件率、提高生产效率是激光加工领域的重要课题。

在现有技术中，已经有利用激光在加工过程中被吸收和反馈的光学特性，对激光加工过程是否正常进行监控的相应设备与方法。以3D打印为例，在激光过程中，入射激光到达待加工位置后，未被待加工材料、3D打印粉末、熔池等吸收的激光将从构件表面反射或散射，由于待加工材料、熔池状态、加工状态不同，对激光波段的吸收和反馈亦不同，因此，通过监测激光加工过程中所反馈的光的波长，将能够判断包括但不限于评估熔池尺寸、温度和稳定性、材料热历史、工艺变化等对于最终加工质量有关键影响的参数，从而监控和判断激光加工过程的稳定性和准确性，提高加工效率，降低加工损耗。

目前，对激光过程的激光监控仪器主要采用空间集成的单通道探测器，如光电二极管、高温计和光电倍增管已在广泛应用中。这些方法的优点和缺点是将来自视场的信号降低到单个数字，即对应于照射检测器的光量的电压。低成本、高灵敏度、鲁棒性和快速数据采集速率（通常为50 kHz）使这些设备对激光加工过程监控工作非常有吸引力，然而，这些类型的传感器通常仅在有限的波长范围内敏感。例如，硅光电二极管通常用于紫外和可见光波长，而锗和InGaAs光电二极管优选用于可见光到红外光检测。大多数激光加工监测工作集中在有限的波长范围内，通过选择传感器和光谱滤波器来实现其监测，例如，来自熔池的热辐射通常在可见光至红外范围（通常为900至2300nm），而等离子体发射在近紫外或可见光波长（通常为400至650nm），还需要考虑激光的后向反射，则发生在激光波长（通常为1060–1080 nm）范围内。由于技术的限制，现有技术中的监测仪器往往只能针对不同波长范围选择某一种传感器和滤波器对其进行监测，但由于激光加工过程中未被待加工材料、3D打印粉末、熔池、等吸收的激光将从构件表面反射或散射，待加工材料、熔池状态、加工状态不同，对激光波段的吸收和反馈亦不同，仅仅监测某一段有限波长范围内的激光无法准确地监测激光加工过程中出现的各种复杂的情况，其监测功能单一、适用范围窄，或者针对不同的情况需要加载多种不同的监测仪器，不仅无法实现实时、准确的监测，且造成监测成本的负担，时效性差、成本高、效率低。

因此，发明一种能够覆盖激光加工过程中较长监测范围，实现实时、准确、快捷的激光加工监测仪器的标定及光路校准方法，对于进一步提高激光监控的精度、准确度及便捷性，对于拓展激光加工监测仪器的适用范围，以及对激光加工领域具有重要的应用意义。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种激光监控仪器的标定与光路调整、光路校准方法，具体包括出厂前的标定及光路调节方法以及使用前的光路校准方法，所述激光监控仪器通过对光学原理的应用，设置了相匹配的光学耦合模块、光学聚焦模块、传感器模块及标定模块，并通过利用这些模块之间的光学关系、机械关系提供了一种能够简单、快捷地对激光监控仪器进行出厂前的标定、光路调整的方法，使得激光监控仪器在出厂前将多个光学传感器的调整全部复合、集中到光学聚焦模块的聚焦镜片调节上，在使用时可以实现便捷、准确地实现对各个光学传感器的光路调整，不再需要逐个调节；同时提供了一种使用前的光路标准方法，实现使用前各个光路的标准和同轴监测的校准，进一步增加了监测的便捷性及准确性。

本发明通过以下技术方案实现：

一种激光监控仪器的标定与光路调整、光路校准方法，包括激光监控仪器的标定方法，包括以下步骤：

步骤1：进行激光监测仪器出厂前的标定：

所适用的激光监控仪器设置有光学聚焦模块和传感器模块；其中所述的光学聚焦模块包括聚焦镜片（8），聚焦镜片（8）与入射光光轴垂直，可以沿入射光光轴方向调整位置；所述的传感器模块包括多组由分光镜片、滤光镜片及光学传感器组成可以对所选择的不同波长范围的入射光进行测量的测量组件；所述的分光镜片与穿过聚焦镜片（8）的入射光光轴呈一定角度设置，将入射光分成透射光路和反射光路，由于分光镜将入射光分成透射光路和反射光路效果最好的角度一般为入射角45度-60度左右（根据市面上可采购的分光镜片产品的参数选择），实际使用中一般在45-60度左右选择。在透射光路和反射光路上分别设置可以选择性过滤特定波长范围入射光的滤光镜片，在滤光镜片后分别设置适用于经过滤后的特定波长入射光的光学传感器，光学传感器可以沿入射光的光轴方向及垂直入射光的光轴方向移动位置；所述的传感器模块还包括一组标定模块，所述的标定模块包括安装在分光镜分光后的其中一个光路上的图像传感器（25），分光后的入射光进入标定模块的图像传感器（25）中；所述的图像传感器（25）可以沿入射光的光轴方向移动位置；

所述的传感器模块中的分光镜为多个，在每一个分光之后的透射光路和反射光路上均可以再次设置分光镜进行再次分光，在所分出的每个光路的最后一次分光后的透射光路和反射光路上分别设置可以选择性过滤特定波长范围入射光的滤光镜，将入射光过滤为待测波长的光束，在滤光镜片后分别设置针对不同波长入射光的光学传感器及信号处理电路。从光学聚焦模块的聚焦镜中透过的光经过分光镜分光后分别到达对应的滤光镜片，经滤光镜片过滤后得到不同波长范围的光，获取精确的监测波段，将不同波段的光投射到光学传感器的感光面后通过信号处理电路对待测光进行测量。

实际使用时，使用者可以根据其将入射光分成到多少个不同波长的待测激光的实际需要，设置对应的多个分光镜和可以过滤相应波长区间的滤光镜，实现多个不同波长的待测激光的测量和监控。

步骤1.1：在光学聚焦模块之前安装设置有标定用聚焦镜片的标定工具，标定用聚焦镜片为固定焦距；

步骤1.2：将所述的激光监控仪器固定在平台上，使标定用聚焦镜片到平台底部的距离等于标定用聚焦镜片的固定焦距；

步骤1.3：将光学聚焦模块的聚焦镜片沿入射光光轴移至某一位置；

步骤1.4：打开标定模块的图像传感器并打开图像传感器中心的对准十字线，调节曝光时间，获得明亮的图像；

步骤1.5：移动图像传感器获得清晰的所述的固定激光监控仪器的平台的表面图像，并锁死图像传感器；

步骤2：进行光学传感器光路调节，包括以下步骤：

步骤2.1：拆除光学传感器之前的滤光镜片，更换为同等厚度的透明镜片；拆除所有的光学传感器，更换为具有自发光功能的自发光标定工具；

步骤2.2：点亮其中一个光学传感器的自发光标定工具，观察图像传感器中出现明亮光斑，将光学传感器沿自发光的光轴方向上进行移动，通过观察图像传感器，当光斑最为清晰明亮时，停止移动并将光学传感器锁死；

步骤2.3：调整图像传感器中心的对准十字线，将其与光斑中心重合，锁死图像传感器；

步骤2.4：点亮其他光学传感器的自发光标定工具，将光学传感器沿自发光的光轴方向上进行移动，通过观察图像传感器，当光斑最为清晰明亮时，停止移动并将光学传感器沿自发光光轴方向锁死；将光学传感器在沿自发光的光轴的垂直方向上移动，观察到图像传感器中的光斑发生移动，将光斑中心与图像传感器中心的对准十字线重合，停止移动并将光学传感器在沿光轴垂直方向上锁死；

步骤2.5：在多个光学传感器上重复步骤2.5，完成所有光学传感器的光路调节；

步骤2.6：完成标定，拆除标定方法中安装的工具，将所述的激光监控仪器部件复原。

进一步地，还包括步骤3：所述的激光监控仪器使用前的光路校准方法：

将所述的激光监控仪器安装到激光加工仪器上，打开传感器模块上安装的标定模块的图像传感器，调节曝光时间直至出现明亮图像；将激光加工仪器的激光加工头移动至加工位置后，调节光学聚焦模块的聚焦镜片，前后移动聚焦镜片，同时从图像传感器中观察图像，当获取到最清晰的图像时停止调节，锁紧聚焦镜片位置。

进一步地，所述的激光监控仪器还包括安装在光学聚焦模块之前的光学耦合模块，光学耦合模块包括反射镜模块，反射镜模块包括反射镜片，反射镜模块中的反射镜片与入射光光轴呈一定角度设置；所述的“一定角度”是指该角度大于零，反射镜的镜面与激光入射通道非平行，即反射镜片与入射激光的光轴非平行，入射激光通过激光入射通道以一定角度，即入射角，照射到反射镜的镜面上，通过反射镜片以相同的角度，即反射角，反射出去；待测激光从入射通道射入后到达反射镜，反射镜将入射激光反射至光学聚焦模块的聚焦镜中，实现激光入射光的同轴监测；反射镜片可以调整位置以改变反射镜片与入射光之间的角度，以实现入射激光的同轴度的精确调整，以获得最强的待测光，增强测量信号。

进一步地，在所述的步骤1在所述的光学聚焦模块之前安装带有标定用聚焦镜片的标定工具时，先拆除安装在光学聚焦模块之前的光学耦合模块；

进一步地，在所述的步骤3激光监控仪器使用前的光路校准方法之后还包括步骤4：激光监控仪器使用前的光路同轴监测校准方法：打开标定模块的图像传感器中心的对准十字线，调节光学耦合模块的反射镜片与入射光之间的角度，使图像传感器中的十字线中心与激光光束将作用的位置加工痕迹的中心完全对准，完成所述的激光监控仪器的光路校准。

完成激光监控仪器的标定和光路校准后，即可开始对待测激光进行监测。

本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所提供的激光监控仪器的标定和校准方法在监控仪器出厂之前对仪器进行标定，将所有进入传感器的待测光路预先设置到同轴，将所有光路的校准对应复合统一到光学聚焦模块的聚焦镜片的移动上，使得在后续的实际使用中任何一个光路均可代表所有的光路，不必对每一个光路逐个进行调节，只需调节聚焦镜片的前后位置即可便捷、快速、准确地完成所有待测光路的校准；本发明所提供的激光监控仪器在出厂后实际使用之前的光路校准方法，在实施了前述的标定方法的基础上，仅用滑动槽的前后移动即完成了所有光路的校准，且利用独特设计的反射镜片位置调节，通过微调完成了同轴监测，进一步提高了采用本发明所提供的激光监测仪器在使用时的精确性、便捷性。

附图说明

图1 一种激光监控仪器标定与光路调整、光路校准方法所适用的激光监控仪器结构示意图；

图2 一种激光监控仪器标定与光路调整、光路校准方法所适用的激光监控仪器结构示意图；

其中：5-反射镜模块；6-反射镜片；7-光学聚焦镜筒；8-聚焦镜片；10-反射镜片调节基座；12-调节旋钮；13-光学聚焦镜外筒；14-光学聚焦镜滑动内筒；15-滑动槽；16-第一分光镜；17-第二分光镜；18-第一滤光镜片；19-激光传感器；20-第一滤光镜片抽屉；21-第三分光镜；22-第三滤光镜片；23-可见光传感器；24-第三滤光镜片抽屉；25-图像传感器；26-图像传感器调节机构；27-第二滤光镜片；28-红外光传感器； 29-第二滤光镜片抽屉；30-激光传感器调节机构；31-可见光传感器调节机构；32-红外光传感器调节机构。

具体实施方式

在本部分将结合具体实施例进一步阐述本发明所提供的方法。需要说明的是，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。本领域技术人员可以对本发明所做出的不具有实质性改变的作各种改动或修改，同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种激光监控仪器的标定和光路校准方法，适用的激光监测仪器如图1所示，包括依次连接的光学聚焦模块和传感器模块；其中，所述的光学聚焦模块包括聚焦镜片8，入射光到达聚焦镜片8上，聚焦镜片8将入射的平行光聚焦到光学传感器的感光面上；所述的传感器模块包括多组分光镜片、滤光镜片及光学传感器，组成可以对所选择的不同波长范围的入射光进行测量，将入射光的光信号转变成电信号的测量组件。

在本实施例中，在所述的传感器模块共设置了三个分光镜、三个滤光镜、三组传感器及信号处理电路，其中，第一分光镜16与经光学聚焦模块的聚焦镜8之后的入射光的光路呈一定角度设置，考虑到常见的分光镜将入射光分成透射光路和反射光路效果较好的角度为入射角45度-60度左右（根据市场上销售的分光镜产品的使用参数确定），在45-60度左右均可以选择，在本实施例中选择角度为45度；在与经第一分光镜16透射后的光路呈45度的位置设置第二分光镜17，即第一分光镜16与第二分光镜17之间呈90度角，并在经第二分光镜17反射后的光路上设置第一滤光镜片18，第一滤光镜片18选择能够过滤掉除激光（波长范围为1064nm）之外的其他波长的光的滤光镜片（所述的滤光镜可以在市场上直接购买标准产品以实现该目的），第一滤光镜片18后面设置激光传感器19以及相应的信号处理电路，所述的激光传感器19及相应的信号处理电路可对激光（波长范围通常为1064nm左右）进行测量；经第一分光镜16反射后的光路呈45度的位置设置第三分光镜21，即第一分光镜16与第三分光镜21为平行设置，在第三分光镜21透射后的光路上设置第三滤光镜片22，第三滤光镜片22选择能够过滤掉除可见光（波长范围通常为390-760nm左右）之外的其他波长的光的滤光镜，第三滤光镜22后设置可见光传感器23及相应的信号处理电路，可对可见光进行测量；经第二分光镜17透射后的光路上设置第二滤光镜片27，第二滤光镜片27选择能够过滤掉除红外（波长范围通常为为1200-1800nm左右）之外的其他波长的光的滤光镜，第二滤光镜27后设置红外光传感器28及相应的信号处理电路，可对红外光进行测量。

传感器模块还包括一组标定模块，所述的标定模块由图像传感器25、图像传感器调节机构26组成；标定模块可以安装在分光镜分光后的任何一个光路上，分光后的入射光通过所述的传感器模块上的分光镜所分的其中一个光路进入到标定模块的图像传感器25中；所述的图像传感器调节机构26可以带动图像传感器25沿入射光的光轴方向移动位置。在本实施例中，标定模块设置在经第三分光镜21反射后的光路上，使得反射光可以直接入射到标定模块的图像传感器25中。

所述的光学聚焦模块的光学聚焦镜筒7包括调节旋钮12、光学聚焦镜外筒13、光学聚焦镜滑动内筒14，其中光学聚焦镜外筒13、光学聚焦镜滑动内筒14同轴设置，聚焦镜片8安装在光学聚焦镜滑动内筒14上，聚焦镜片8与入射光经过光学耦合模块的反射镜6反射后的光轴垂直；所述的调节旋钮12安装在光学聚焦镜滑动内筒14上，并可以在光学聚焦镜外筒13上开的滑动槽15上滑动；调节旋钮12上有锁紧装置，可以固定光学聚焦镜内筒和外筒的相对位置。

所述的传感器模块的光学传感器上还安装了光学传感器调节结构，可以带动光学传感器沿入射光的光轴方向及垂直入射光的光轴方向移动位置。激光传感器19上安装有激光传感器调节机构34，可见光传感器23上安装有可见光传感器调节机构35，红外光传感器28上安装有红外光传感器调节机构36。

为方便取拿和替换，所述的传感器模块还包括滤光镜片抽屉，所述的第一滤光镜片装在第一滤光镜片抽屉20中；第三滤光镜片装在第三滤光镜片抽屉24中；第二滤光镜片装载第二滤光镜片抽屉29中。

所述的激光监控仪器的标定方法，是在激光监控仪器整装出厂之前所进行的标定，在整装出厂之前使用本实施例的标定与光路调整、光路校准方法对仪器进行标定之后，将多个传感器的调节标定、复合到仪器的光学聚焦模块的聚焦镜调节旋钮的前后移动上，在出厂后进行激光监测的使用过程中不再需要对每个传感器进行单独调节，只需要前后调节聚焦镜调解旋钮即可，大大降低使用的调节难度，也大大提高了监测操作的便捷性，以及监测结果的准确度、精度。所述的出厂前的标定方法包括以下步骤：

步骤1.1：在光学聚焦模块之前安装设置有标定用聚焦镜片的标定工具，所述标定工具是一个安装了标定用聚焦镜片的支架，标定用聚焦镜片为固定焦距；

步骤1.2：将所述的激光监控仪器固定在平台上，且使标定用聚焦镜片到平台底部的距离等于标定用聚焦镜片的固定焦距，标定用聚焦镜片的焦点在平台上；

步骤1.3：将调节旋钮12移至光学聚焦镜外筒13上开的滑动槽15的中间位置；该位置可以是滑动槽15上除了两端之外的任意位置，但为了使得仪器使用前的调节具有更大的调节空间和使用上的方便，在本实施例中将滑动槽15的中间位置选定为该特定位置；

步骤1.4：打开标定模块的图像传感器25并打开图像传感器25中心的对准十字线，调节曝光时间，获得明亮的图像；在本实施例中的图像传感器使用的是相机，除了相机之外现有技术中其他可用于图像处理的装置亦可以替换；图像传感器的中心对准十字线可以通过现有技术中的相关软件测量得到，例如图像传感器的像素为1024*1280，软件计算中间位置后在像素坐标（512，640）位置处设定为对准十字线；

步骤1.5：移动图像传感器调节机构26，获得清晰的固定激光监控仪器的平台的表面图像，并锁死图像传感器调节结构26；

步骤2：进行光学传感器光路调节，包括以下步骤：

步骤2.1：拆除光学传感器之前的滤光镜片，更换为同等厚度的透明镜片；拆除所有的光学传感器，更换为具有自发光功能的自发光标定工具，并安装于光学传感器调节结构上；自发光选用图像传感器可感知的波段即可，在本实施例中针对相机的感光波段选用660nm的红光。

步骤2.2：点亮其中一个光学传感器的自发光标定工具，观察图像传感器25中出现明亮光斑，将光学传感器调节结构沿自发光的光轴方向上进行移动，通过观察图像传感器25，当光斑最为清晰明亮时，停止移动并将光学传感器调节结构锁死；

步骤2.3：调整图像传感器25中心的对准十字线，将其与光斑中心重合，锁死图像传感器调节结构26；对准十字线的调整可以通过软件完成，即通过软件将图像传感器25的中心对准十字线确定为光斑中心。

步骤2.4：点亮其他光学传感器的自发光标定工具，将光学传感器调节结构沿自发光的光轴方向上进行移动，通过观察图像传感器25，当光斑最为清晰明亮时，停止移动并将光学传感器调节结构沿自发光光轴方向锁死；将光学传感器调节结构在沿自发光的光轴的垂直方向上移动，观察到图像传感器25中的光斑发生移动，将光斑中心与图像传感器25中心的对准十字线重合，停止移动并将光学传感器调节结构在沿光轴垂直方向上锁死；

步骤2.5：在多个光学传感器上重复步骤2.5，完成所有光学传感器的光路调节；

步骤2.6：完成标定后，拆除标定方法中安装的工具，将所述的激光监控仪器部件复原。将激光监控仪器从固定平台中取下，将安装的设置有聚焦镜片的标定工具拆除；将安装在光学传感器之前滤光镜片位置的透明镜片拆除，将滤光镜片装回；将自发光标定工具拆除，将光学传感器及信号处理电路装回；由此完成激光监控仪器的复原，随后完成仪器的整装、包装及出厂。

实施例2

与实施例1相比，本实施例的不同之处在于，还包括激光监控仪器出厂之后，用户在使用前的光路校准方法。所述的光路校准方法是在激光监测仪器经过出厂前的标定之后进行整装出厂，在使用前对仪器光路进行校准的方法，具体方法为步骤3：将所述的激光监控仪器安装到激光加工仪器上为激光监测预留的监测接口上并锁紧固定；打开传感器模块上安装的标定模块的图像传感器25，调节曝光时间，直至出现明亮图像；将激光加工仪器的激光加工头移动至加工位置后，调节光学聚焦镜滑动内筒的调节旋钮12，前后移动光学聚焦镜滑动内筒上的聚焦镜片8，同时观察图像，当获取到最为清晰的图像时 ，停止调节，锁紧调节旋钮12，完成所述的激光监控仪器的分光光路校准。

实施例3

本实施例所提供的一种激光监控仪器的标定和光路校准方法，与实施例2相比，不同之处在于：所适用的激光监控仪器如图2所示，还包含有光学耦合模块，所述的光学耦合模块包括反射镜模块5；反射镜模块5由反射镜片6、反射镜片调节基座10组成，反射镜片6安装在反射镜片调节基座10上，通过调节反射镜片调节基座10的位置可以调节安装在反射镜片调节基座10上的反射镜片6与入射光之间的角度，使得监测光路和激光光路是一致的，进一步提高了监测精度。

由于所适用的仪器包含光学耦合模块，本实施例所提供的在激光监测仪器在出厂前的标定方法，包括以下步骤：

步骤1：拆除光学耦合模块，在原光学耦合模块的位置、即光学聚焦模块之前安装标定工具，所述标定工具是一个安装了标定用聚焦镜片的支架，标定用聚焦镜片为固定焦距；

将所述的激光监控仪器固定在平台上，且使标定用聚焦镜片到平台底部的距离等于标定用聚焦镜片的固定焦距，标定用聚焦镜片的焦点在平台上；

将调节旋钮12移至光学聚焦镜外筒13上开的滑动槽15的中间位置；该位置可以是滑动槽15上除了两端之外的任意位置，但为了使得仪器使用前的调节具有更大的调节空间和使用上的方便，在本实施例中将滑动槽15的中间位置选定为该特定位置；

打开标定模块的图像传感器25并打开图像传感器25中心的对准十字线，调节曝光时间，获得明亮的图像；在本实施例中的图像传感器使用的是相机，除了相机之外现有技术中其他可用于图像处理的装置亦可以替换；图像传感器的中心对准十字线可以通过现有技术中的相关软件测量得到，例如图像传感器的像素为1024*1280，软件计算中间位置后在像素坐标（512，640）位置处设定为对准十字线；

沿入射光轴方向移动图像传感器调节机构26，直至获得清晰的固定激光监控仪器的平台的表面图像，并锁死图像传感器调节结构26；

步骤2：进行光学传感器光路调节，包括以下步骤：

步骤2.1：拆除光学传感器之前的滤光镜片，更换为同等厚度的透明镜片；拆除所有的光学传感器，更换为具有自发光功能的自发光标定工具，并安装于光学传感器调节结构上；自发光选用图像传感器可感知的波段即可，在本实施例中针对相机的感光波段选用660nm的红光。

步骤2.2：点亮其中一个光学传感器的自发光标定工具，观察图像传感器25中出现明亮光斑，将光学传感器调节结构沿自发光的光轴方向上进行移动，通过观察图像传感器25，当光斑最为清晰明亮时，停止移动并将光学传感器调节结构锁死；

步骤2.3：调整图像传感器25中心的对准十字线，将其与光斑中心重合，锁死图像传感器调节结构26；对准十字线的调整可以通过软件完成，即通过软件将图像传感器25的中心对准十字线确定为光斑中心。

步骤2.4：点亮其他光学传感器的自发光标定工具，将光学传感器调节结构沿自发光的光轴方向上进行移动，通过观察图像传感器25，当光斑最为清晰明亮时，停止移动并将光学传感器调节结构沿自发光光轴方向锁死；将光学传感器调节结构在沿自发光的光轴的垂直方向上移动，观察到图像传感器25中的光斑发生移动，将光斑中心与图像传感器25中心的对准十字线重合，停止移动并将光学传感器调节结构在沿光轴垂直方向上锁死；

步骤2.5：在多个光学传感器上重复步骤2.5，完成所有光学传感器的光路调节；

步骤2.6：完成标定后，拆除标定方法中安装的工具，将所述的激光监控仪器部件复原。将激光监控仪器从固定平台中取下，将安装的设置有聚焦镜片的标定工具拆除；将安装在光学传感器之前滤光镜片位置的透明镜片拆除，将滤光镜片装回；将自发光标定工具拆除，将光学传感器及信号处理电路装回；由此完成激光监控仪器的复原，随后完成仪器的整装、包装及出厂。

步骤3：进行激光监控仪器的光路校准。所述的光路校准是在激光监测仪器经过出厂前的标定之后进行整装出厂，用户在使用前对光路进行校准的方法，包括以下步骤：

将所述的激光监控仪器安装到激光加工仪器为激光监测预留的监测接口上并锁紧固定；打开传感器模块上安装的标定模块的图像传感器25，调节曝光时间，直至出现明亮图像；将激光加工仪器的激光加工头移动至加工位置后，调节光学聚焦镜滑动内筒的调节旋钮12，前后移动光学聚焦镜滑动内筒上的聚焦镜片8，同时观察图像，当获取到最为清晰的图像时停止调节，锁紧调节旋钮12；

步骤4：进行激光监控仪器的光路同轴监测校准：打开图像传感器25中心的对准十字线，调节光学耦合模块的反射镜片调节基座10，使图像传感器25中的十字线中心与激光光束将作用的位置的中心完全对准，关闭图像传感器25。

为了确定激光加工光束将作用的位置，可以开启激光加工头，保持位置静止，在加工材料表面做出一个加工痕迹，打开标定相机模块的图像传感器25中心的对准十字线，调节光学耦合模块的反射镜片调节基座10从而调节反射镜片位置，使图像传感器25中的十字线中心与加工痕迹的中心完全对准；关闭图像传感器25，完成同轴光路校准；或者是利用激光器本身自带的引导光束Pilot laser，一般是一束660nm左右的红色光束，其作用就是投射到加工材料表面，标明激光加工光束将作用的位置，开启引导光束后传感器图像中出现一个标记点，标记点和加工中心痕迹等效，将图像传感器25的十字线中心与引导光束的标记点的中心对准即可。

本发明所提供的激光监控仪器的标定和校准方法在监控仪器出厂之前对仪器进行标定，将所有进入传感器的待测光路预先设置到同轴，将所有光路的校准对应复合统一到光学聚焦模块的聚焦镜片的移动上，使得在后续的实际使用中任何一个光路均可代表所有的光路，不必对每一个光路逐个进行调节，只需调节聚焦镜片的前后位置即可便捷、快速、准确地完成所有待测光路的校准；本发明所提供的激光监控仪器在出厂后实际使用之前的光路校准方法，在实施了前述的标定方法的基础上，仅用聚焦镜片的前后移动即完成了所有光路的校准，且利用独特设计的可以调节与入射光之间角度的反射镜模块，通过微调完成了同轴监测，进一步提高了采用本发明所提供的激光监测仪器在使用时的精确性、便捷性。

Claims (3)

1.一种激光监控仪器的标定与光路调整、光路校准方法，其特征在于：包括激光监控仪器的出厂标定方法，包括以下步骤：

步骤1：进行激光监测仪器出厂前的标定：

所述的激光监控仪器设置有光学聚焦模块和传感器模块；其中所述的光学聚焦模块包括聚焦镜片（8），聚焦镜片（8）与入射光光轴垂直，可以沿入射光光轴方向调整位置；所述的传感器模块包括多组由分光镜片、滤光镜片及光学传感器组成可以对所选择的不同波长范围的入射光进行测量的测量组件；所述的分光镜片与穿过聚焦镜片（8）的入射光光轴呈一定角度设置，将入射光分成透射光路和反射光路，在透射光路和反射光路上分别设置可以选择性过滤特定波长范围入射光的滤光镜片，在滤光镜片后分别设置适用于经过滤后的特定波长入射光的光学传感器，光学传感器可以沿入射光的光轴方向及垂直入射光的光轴方向移动位置；所述的传感器模块还包括一组标定模块，所述的标定模块包括安装在分光镜分光后的其中一个光路上的图像传感器（25），分光后的入射光进入标定模块的图像传感器（25）中；所述的图像传感器（25）可以沿入射光的光轴方向移动位置；

步骤1.1：在光学聚焦模块之前安装设置有标定用聚焦镜片的标定工具，标定用聚焦镜片为固定焦距；

步骤1.2：将所述的激光监控仪器固定在平台上，使标定用聚焦镜片到平台底部的距离等于标定用聚焦镜片的固定焦距；

步骤1.3：将聚焦镜片（8）沿入射光光轴移至某一位置；

步骤1.4：打开标定模块的图像传感器（25）并打开图像传感器（25）中心的对准十字线，调节曝光时间，获得明亮的图像；

步骤1.5：移动图像传感器（25），获得清晰的如步骤9.2所述的固定激光监控仪器的平台的表面图像，并锁死图像传感器（25；）

步骤2：进行光学传感器光路调节，包括以下步骤：

步骤2.1：拆除光学传感器之前的滤光镜片，更换为同等厚度的透明镜片；拆除所有的光学传感器，更换为具有自发光功能的自发光标定工具；

步骤2.2：点亮其中一个光学传感器的自发光标定工具，观察图像传感器（25）中出现明亮光斑，将光学传感器（25）沿自发光的光轴方向上进行移动，通过观察图像传感器（25），当光斑最为清晰明亮时，停止移动并将光学传感器锁死；

步骤2.3：调整图像传感器（25）中心的对准十字线，将其与光斑中心重合，锁死图像传感器（25）；

步骤2.4：点亮其他光学传感器的自发光标定工具，将光学传感器沿自发光的光轴方向上进行移动，通过观察图像传感器（25），当光斑最为清晰明亮时，停止移动并将光学传感器调节结构沿自发光光轴方向锁死；将光学传感器在沿自发光的光轴的垂直方向上移动，观察到图像传感器（25）中的光斑发生移动，将光斑中心与图像传感器（25）中心的对准十字线重合，停止移动并将光学传感器在沿光轴垂直方向上锁死；

步骤2.5：在多个光学传感器上重复步骤2.5，完成所有光学传感器的光路调节；

步骤2.6：完成标定，拆除标定方法中安装的工具，将所述的激光监控仪器部件复原。

2.如权利要求1所述的一种激光监控仪器的标定与光路调整、光路校准方法，其特征在于：还包括激光监控仪器使用前的光路校准方法，包括以下步骤：

步骤3：将所述的激光监控仪器安装到激光加工仪器上，打开图像传感器（25），调节曝光时间直至出现明亮图像；将激光加工仪器的激光加工头移动至加工位置后，前后移动聚焦镜片（8），同时从图像传感器（25）中观察图像，当获取到最清晰的图像时停止调节，锁紧聚焦镜片（8）的位置。

3.如权利要求2所述的一种激光监控仪器的标定与光路调整、光路校准方法，其特征在于：

所述的激光监控仪器还包括安装在光学聚焦模块之前的光学耦合模块，光学耦合模块包括反射镜模块（5），反射镜模块（5）包括与入射光光轴呈一定角度设置的反射镜片（6）；反射镜片（6）可以调整位置以改变反射镜片（6）与入射光之间的角度；

在所述的步骤1中进行激光监控仪器出厂前标定、在所述的光学聚焦模块之前安装带有标定用聚焦镜片的标定工具时，先拆除安装在光学聚焦模块之前的光学耦合模块；

在所述的步骤3之后还包括激光监控仪器使用前的同轴监测光路校准方法，包括以下步骤：

步骤4：打开图像传感器（25）中心的对准十字线，调节光学耦合模块的反射镜片（6）与入射光光轴之间的角度，使图像传感器（25）中的十字线中心与激光光束将作用的位置的中心完全对准，完成所述的激光监控仪器的光路校准。

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