CN203249885U

CN203249885U - 测量激光吸收率的装置

Info

Publication number: CN203249885U
Application number: CN 201320244740
Authority: CN
Inventors: 吴雪峰; 高腾飞
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2023-05-08

Abstract

本实用新型涉及一种测量激光吸收率的装置。材料对激光的吸收率受激光波长、偏振性、入射角、工件表面质量、激光入射区域温度等因素影响，相同材料在不同状态下会有明显的不同。一种测量激光吸收率的装置，其组成包括：光学支架（ 15 ），光学支架上安装激光器（ 1 ）、光阑（ 2 ）、分光镜（ 3 ）、凸透镜 A （ 4 ）、激光功率计（ 5 ）、凸透镜 B （ 6 ）和吸收体（ 7 ），激光器安装激光聚焦头（ 14 ）；工控机（ 13 ）连接激光功率计和热电偶信号放大采集卡（ 12 ），热电偶信号放大采集卡连接热电偶（ 11 ），热电偶作用在摆放于移动工作台（ 10 ）上的工件（ 8 ）。本实用新型应用于各种表面状态下材料激光吸收率的测量。

Description

测量激光吸收率的装置

技术领域：

本实用新型涉及一种测量激光吸收率的装置。具体涉及一种利用激光的加热作用而实现激光吸收率测量的装置。

背景技术：

材料对激光的吸收率是影响激光能量吸收的重要参数之一，吸收率受激光波长、偏振性、入射角、工件表面质量、激光入射区域温度等因素影响，相同材料在不同状态下会有明显的不同。目前，激光吸收率的测量方法主要有三类：第一类是采用光学反射测量方法，通过测量反射的能量求出反射率，再由1减去反射率求出吸收率。代表性的方法包括：用量热计测量反射率和积分球等方法测量反射率。量热计法主要用于测量功率较小的激光反射率。积分球法需要积分球和能够快速测量激光能量的装置，当激光功率较大且被测材料对激光的反射率较高时，容易造成积分球内表面的损伤，因此积分球法有一定的局限性。第二类是从量热的角度出发，通过测量材料的温度变化并进行相应的热力学计算而得到吸收率。这方面方法包括集总参数法及利用有限差分法的一维和二维的非稳态传热学模型计算吸收率。集总参数法要求试件表面换热热阻远大于工件的内部热阻，通常将待测材料做成薄片。第三类方法是根据激光作用区材料状态发生变化的情况来间接研究吸收情况，这类方法一般只能用于对吸收率进行定性的评价。

针对激光吸收率测量时对待测工件表面状态及工件尺寸的要求严格，对大功率激光烧蚀工件、在机测量等特殊条件下测量吸收率时，上述方法不能满足测量要求的情况下。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种测量激光吸收率的装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种测量激光吸收率的装置，其组成包括：光学支架，所述的光学支架上安装激光器、光阑、分光镜、凸透镜A、激光功率计、凸透镜B和吸收体，所述的激光器安装激光聚焦头；工控机连接所述的激光功率计和热电偶信号放大采集卡，所述的热电偶信号放大采集卡连接热电偶，所述的热电偶作用在摆放于移动工作台上的工件，所述的工件与所述的移动工作台间放置隔热垫。

所述的测量激光吸收率的装置，所述的热电偶通过直接焊接或者利用机械装置与所述的工件的表面固定。

所述的测量激光吸收率的装置，所述的激光器发出的激光束通过所述的分光镜分为能量相等的两束光，分别入射在所述的工件与所述的功率计之上。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型设置利用激光的加热作用，通过测量吸收的激光能量引起的温度变化得到激光的吸收率，适用于实际工作条件及粗糙表面工件的大功率激光吸收率的测量并通过工控机内特定的软件补偿法对热电偶的冷端进行补偿，使测量的准确度得到提高。

本实用新型采用的装置有效地利用了激光的加热作用，可以忽略工件表面对激光反射的影响，并且对待测工件的表面状态与尺寸没有要求，尤其适用于复杂环境下，复杂表面状态工件的在机测量，为激光焊接、激光切割、激光热处理等加工的激光能量参数选择提供参考。

本实用新型不需要考虑待测件表面状态对激光吸收及反射的影响，对待测试件的形状与表面没有要求，对激光能量没有限制，适用于实际工作条件及粗糙表面工件的激光吸收率的测量，同时可以测量不同表面状态对激光吸收率的影响，可应用于各种表面状态下材料的激光吸收率测量，尤其适用于复杂表面状态工件的大功率激光吸收率的测量。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图2是本实用新型热电偶与厚度较大工件之间相对位置的结构示意图。

附图3是本实用新型热电偶与厚度较小工件之间相对位置的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种测量激光吸收率的装置，其组成包括：光学支架15，所述的光学支架上安装激光器1、光阑2、分光镜3、凸透镜A图中标记件号：4、激光功率计5、凸透镜B图中标记件号：6和吸收体7，所述的激光器安装激光聚焦头14；工控机13连接所述的激光功率计和热电偶信号放大采集卡12，所述的热电偶信号放大采集卡连接热电偶11，所述的热电偶作用在摆放于移动工作台10上的工件8，所述的工件与所述的移动工作台间放置隔热垫9。

实施例2：

实施例1所述的测量激光吸收率的装置，所述的热电偶通过直接焊接或者利用机械装置与所述的工件的表面固定。

实施例3：

实施例1或2所述的测量激光吸收率的装置，所述的激光器发出的激光束通过所述的分光镜分为能量相等的两束光，分别入射在所述的工件与所述的功率计之上。

结合图1图2图3说明具体测定过程：

（1）将所述的热电偶采用焊接或者利用机械装置固定在所述的工件之上，对于厚度较大的工件可以采用图2的方式，对于厚度较小的工件可以采用图3的方式。

（2）所述的热电偶固定之后将所述的工件放置在所述的隔热垫上并固定在所述的移动工作台上，调整所述的移动工作台的位置，使指示光斑照射在所述的工件的测量位置，之后调整所述的吸收体的位置，使反射光能够入射其中。

（3）建立激光加热温度场有限元模型，模型中的边界条件及温度输出按照实际工件尺寸、工件热物理参数、激光入射位置、工件表面激光光斑直径及热电偶侧温位置得出，计算不同实际吸收激光功率加载时热电偶测温点温度随时间变化曲线。

（4）调整所述的激光器的输出功率，打开所述的工控机，开始采集热电偶温度，光闸开启，激光入射在所述的工件上，工件温度迅速升高，达到一定值后，温度升高速度变慢，此时，所述的工件表面吸收的热量向所述的工件内部传导，使激光光斑周围区域温度升高。所述的热电偶将温度转化为电压信号，通过放大电路将电压值放大50-100倍后，经数据采集卡输入至所述的工控机，并将温度随时间的变化保存。

（5）所述的工件反射的激光入射在所述的吸收体之上，一段时间后关闭光闸，同时关闭数据采集系统，温度采集结束。

（6）通过数据处理软件，读取入射激光能量，将实验测得的热电偶温度随时间的变化曲线与仿真结果对比，得到两者最接近时对应的仿真曲线所采用实际吸收激光功率值，通过所述的功率计得到输入功率，将实际功率除以输入所的到的激光功率即为材料的吸收率。

Claims

1.一种测量激光吸收率的装置，其组成包括：光学支架，其特征是：所述的光学支架上安装激光器、光阑、分光镜、凸透镜A、激光功率计、凸透镜B和吸收体，所述的激光器安装激光聚焦头；工控机连接所述的激光功率计和热电偶信号放大采集卡，所述的热电偶信号放大采集卡连接热电偶，所述的热电偶作用在摆放于移动工作台上的工件，所述的工件与所述的移动工作台间放置隔热垫。

2.根据权利要求1所述的测量激光吸收率的装置，其特征是：所述的热电偶通过直接焊接或者利用机械装置与所述的工件的表面固定。

3.根据权利要求1或2所述的测量激光吸收率的装置，其特征是：所述的激光器发出的激光束通过所述的分光镜分为能量相等的两束光分别入射在所述的工件与所述的功率计之上。