CN212513560U

CN212513560U - 一种激光器光束质量测量系统的便携式光路准直装置

Info

Publication number: CN212513560U
Application number: CN202020266393.1U
Authority: CN
Inventors: 李克; 李春艳; 于广泽
Original assignee: Liaoning Zhongcheng Testing Co ltd
Current assignee: Liaoning Zhongcheng Testing Co ltd
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2030-03-06

Abstract

本实用新型公开一种H型正交对位游梁式激光器光束质量测量系统的便携式光路准直装置，该装置由水平H型位置调整支架、铅直H型位置调整支架、中心带有PSD位置敏感器的四象限复合光电探测器、激光器、及准直光学系统组成；水平H型位置调整支架通过旋丝杆调节左右两个横梁的开度，将被检激光器放入激光器托架之上，并由两侧的夹紧结构将其固定；伺服电机驱动激光器托架前后运动，带动被检激光器进行准直光路的调整。本实用新型尤为适合现场进行激光器的光束质量的检测。

Description

一种激光器光束质量测量系统的便携式光路准直装置

技术领域

本实用新型涉及激光器光束质量测量技术领域，具体是一种激光器光束质量测量系统的便携式光路准直装置。

背景技术

自20世纪70年代大功率激光器件诞生以来，已形成了激光焊接、激光切割、激光打孔、激光表面处理、激光合金化、激光熔覆、激光快速原型制造、金属零件激光直接成形、激光刻槽、激光标记和激光掺杂等十几种应用工艺，与传统的加工方法相比，具有高能密聚焦、易于操作、高柔性、高效率、高质量和节能环保等突出优点，迅速在汽车、电子、航空航天、机械、冶金、铁路和船舶等工业部门广泛应用。

激光制造系统由激光源、传输与聚焦系统、运动与控制系统、传感与检测系统等组成，其核心是光的产生、传播和控制。其中，激光的能量或功率、光束质量以及对光控制的稳定性是衡量激光制造系统的标准。激光能量或功率表征激光制造系统加工能力的可能性；光束质量直接限定了可能实现的加工方法、可能传输的距离、可能获得的焦斑尺寸，以及最终可以获得加工质量；对光的控制是实现产业化应用的条件，这三者是激光制造系统的整体要求。

光是沿直线传播的，为了实现激光器光束质量的高精度测量，必须保证被测激光器与整个测量系统中的所有光电部件均在一条直线上，因此光路准直装置是实施激光器光束质量测量过程中的重要环节。

传统的准直仪采用目镜观察，人工瞄准测量，光路准直对位操作繁琐，测量精度较低、测量数据需要人工处理、效率低下、使用不便，难以满足现代化生产、测量的需要。

实用新型内容

本实用新型提供一种激光器光束质量测量系统的便携式光路准直装置，能够有效的解决上述背景中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种激光器光束质量测量系统的便携式光路准直装置，所述便携式光路准直装置是由水平H型位置调整支架与铅直H型位置调整支架以正交的架构组成；H型结构的中心线一定是该装置的几何中心线，从结构上保证了准直光路处于同一个铅直平面内，再通过调整游梁上滑台的高低位置，使复合探测器与被检激光器对准，快速实现光路准直，尤为适合现场为激光器进行光束质量的检测。

优选的，由旋丝杆调节左右两个横梁的开度，宜于将大小不同的激光器放入激光器托架上，并由两侧的夹紧机构将其固定。左右横梁下面的立柱具有托架前后运动限位的作用。

优选的，由伺服电机驱动游梁与滑台进行上下、左右移动，带动复合光电探测器与水平H型位置调整支架上的激光器对准，支架上方还没有限位机构。

优选的，所述的复合光电探测器为中心带有PSD位置敏感器的四象限复合光电探测器，不仅能有效地克服通用四象限探测器的中心盲点问题，还能提高搜索对准的速度。

本实用新型的有益效果在于：

1、通过采用的H型正交对位游梁式位置调整机构，可以方便地进行现场安装调试，能实现激光光束质量测量时光路的精准对位，尤其适用于为用户现场进行激光器光束质量测量。

2、通过设置的InGaAs四象限探测器与PDS位置敏感器进行复合探测，可实现大视场搜索信号并快速收敛加快准直调整时间，在光进入到探测器中心区域时，PDS位置敏感器检测到光信号，由于位置量是模拟量输出，系统响应快，分辨率高，抗干扰能力强，并能够有效克服InGaAs四象限探测器的中心盲点。

3、通过水平调整机构采用水平H型支架，便于现场左右固定及前后位置调整。

4、通过铅直调整结构采用与水平H型支架呈正交位置的垂直H 型支架，便于四象限复合光电探测器的上下和左右位置调整，以适合于被测激光器的位置。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1：本实用新型结构示意图。

图2：本实用新型光路准直原理图。

图3：本实用新型四象限复合光电探测器示意图。

图4：本实用新型激光器的光束质量检测装置测量原理图。

图5：本实用新型H型正交对位游梁式位置调整机构水平方向的 H型支架结构图。

图6：本实用新型H型正交对位游梁式位置调整机构铅直方向的 H型支架结构图。

图中：1、激光器，2、四象限复合光电探测器，3、聚光镜，4、十字分划板，5、分光镜，6、物镜，7、反射镜，8、InGaAs四象限探测器，9、PDS位置敏感器，10、衰减器，11、滤波片，12、光功率计，13、光束CCD分析相机，14、M²值测量仪，15、水平H型支架，16、垂直H型支架，17、图像采集卡。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更加全面的描述，附图中给出了本实用新型的具体实施例，但是本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本实用新型公开的内容说明的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1-图6，本实用新型提供一种激光器光束质量测量系统的便携式光路准直装置，该装置由水平H型位置调整支架15、铅直H 型位置调整支架16、中心带有PSD位置敏感器的四象限复合光电探测器2、激光器1、及准直光学系统组成；水平H型位置调整支架通过旋丝杆调节左右两个横梁的开度，将被检激光器1放入激光器托架之上，并由两侧的夹紧结构将其固定；伺服电机驱动激光器托架前后运动，带动被检激光器1进行准直光路的调整；水平H型位置调整支架在完成了对激光器准直光学系统的调整后，将垂直H型位置调整支架安装在水平H型位置调整支架上，安装调整之后保证垂直H型位置调整支架与水平H型位置调整支架相互垂直；复合光电探测器被固定在垂直H型位置调整支架的游梁滑台上，通过水平伺服电机驱动滑台左右移动，将复合光电探测器精准地调整到水平H型位置调整支架 15的中心位置上，再通过垂直伺服电机驱动滑台作上下移动，将复合探测器的高低位置调整到与被检激光器的光路严格地在一条直线上；H型正交对位游梁式位置调整机构采用两个H型支架正交的架构，从结构上保证了准直光路严格地处于同一个铅直平面内，通过复合探测器的高低位置的精准调整，便可快速完成被检测激光器1的光路准直调整，此装置尤为适合现场进行激光器1的光束质量的检测。

激光器1、准直光学装置、四象限复合光电探测器，激光器1的光路上电连接有衰减器10，衰减器10的光路上连接有滤波片11，滤波片11的光路上上连接有光功率计12、光束CCD分析相机13和M²值测量仪14，激光器1发出的光束先经由衰减器10衰减，然后通过滤波片11，再通过光功率计12和M²值测量仪14分别测量激光器发出光束的功率以及光束质量，光束CCD分析相机13得出光斑尺寸、模场大小和光能量分布信息。

激光器1采用20W脉冲光纤激光器1，其发出的光束中心波长 1060nm，重复频率10-600KHZ，光束质量M²＜1.3；衰减器10采用 ML2300POlarlnx可调谐衰减器；滤波片11为Metrlux中性滤波片，光谱范围185-2000nm，光束CCD分析相机13的型号为ML37430。

请参考图2，四象限复合光电探测器包括有四象限复合光电探测器2、图像采集卡17；准直光学系统包括有依次排列的聚光镜3、十字分划板4、分光镜5、物镜6、反射镜7，从激光器1发出的光束经过聚光镜3均匀照明位于物镜6的焦平面上的十字分划板4上并形成十字形刻线，十字形刻线经分光镜5、物镜6、反射镜7后，十字形刻线返回经物镜6和分光镜5，十字形刻线成像在四象限复合光电探测器2件上，四象限复合光电探测器2放置在物镜6的焦平面上，四象限复合光电探测器2采集十字形刻线图像并传输到图像采集卡17，图像采集卡17的信息可以传输给计算机，经由计算机的图像处理从而得到反射镜7偏转角度，并显示输出。

请参考图3，四象限复合光电探测器2具有一个平面结构的 InGaAs四象限探测器8，InGaAs四象限探测器8的中心位置带有一个PDS位置敏感器9，PDS位置敏感器9是一种对其感光面上入射光点位置敏感的光电器件，当入射光点落在器件感光面的不同位置时，PDS位置敏感器9将对应输出不同电信号，PDS位置敏感器9设有A、 B、C、D四个电极，A、B、C、D四个电极的光电流分别表示为I_A、I_B、 I_C、I_D，PDS位置敏感器9的接收的光束光点能量中心的位置通过公式

求得，位置信息输出后可以经过数据采集与处理计算出光点的偏差。

InGaAs四象限探测器8采用四象限光电二极管并可以接收0.9～ 1.7μm的波长的激光，四象限光电二极管的光敏接收面大，能保证坐标特性连续，以及保证激光坐标特性的传感精确。

请参考图5与图6，光路准直装置实现水平的左右方向与前后方向的调整机构如图4所示，铅直方向的调整机构如图5所示，两个H 型结构支架以相互垂直的位置进行对接，对应的滑轨位置由各自的调整机构将其调整到垂直的同一平面内。四象限复合光电探测器探测到激光光点落到四象限探测器或PSD所处的位置，经过数据采集与处理计算出光点距中心的偏差，给出相应的控制信号驱动伺服电机带动丝杆实现左右与高低方向的调整，使光点移到复合光电探测器的中心。

上述结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种激光器光束质量测量系统的便携式光路准直装置，其特征在于：所述便携式光路准直装置是由水平H型位置调整支架与铅直H型位置调整支架以正交的架构组成，H型结构的中心线一定是该装置的几何中心线，从结构上保证了准直光路处于同一个铅直平面内，再通过调整游梁上滑台的高低位置，使复合探测器与被检激光器对准，由旋丝杆调节左右两个横梁的开度，宜于将大小不同的激光器放入激光器托架上，并由两侧的夹紧机构将其固定，左右横梁下面的立柱具有托架前后运动限位的作用，由伺服电机驱动游梁与滑台进行上下、左右移动，带动复合光电探测器与水平H型位置调整支架上的激光器对准，支架上方还没有限位机构，所述的复合光电探测器为中心带有PSD位置敏感器的四象限复合光电探测器。