CN213397588U

CN213397588U - 激光发散角的测试系统

Info

Publication number: CN213397588U
Application number: CN202022312218.4U
Authority: CN
Inventors: 吴飞荣; 侯伟; 方思远; 刘莹; 熊波
Original assignee: Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Current assignee: Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2030-10-16

Abstract

本实用新型实施例提供一种激光器发散角的测试系统，包括：激光输出头、光阑、激光功率计组件和直线运动组件；激光输出头与光阑相对设置，光阑安装在激光功率计组件上，激光功率计组件安装在直线运动组件上，以使光阑和激光功率计组件能够在直线运动组件的带动下进行移动；其中，激光输出头、光阑和激光功率计组件同轴设置。本实用新型实施例提供的激光发散角的测试系统，利用孔径光阑限制激光光束的直径，利用激光功率计组件测量孔径光阑的激光光束的功率，进而计算出激光光束的发散角，无需经过分光或者衰减即可直接测量激光发散角，采用光阑移动的方式，计算激光发散角，避免了采用可变光阑无法承受超高功率激光测量的弊端。

Description

激光发散角的测试系统

技术领域

本实用新型涉及激光检测技术领域，尤其涉及一种激光发散角的测试系统。

背景技术

随着激光器行业以及激光器应用的飞速发展，激光切割、焊接、打标、雕刻等应用在各行业得到广泛发展。

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，作为表征激光输出特性的一个重要指标，激光发散角在激光切割、焊接等领域具有十分重要的作用。

在激光的工业应用中，光纤接头输出激光的激光发散角就是输出光束质量的最重要的判定因素。激光发散角是否符合质量标准，激光发散角的一致性如何，直接影响切割的质量，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。

根据激光器国标要求，一个激光系统中关键参数包括激光功率和激光光束质量。激光功率由专业激光功率计测量。激光光束质量由光束质量分析仪测量，但是光束质量分析仪只能测量低功率光束，高功率激光束需要分光或者衰减后测量，测量结果相对分光和衰减前存在误差；而且当光束质量较差时，现有光束质量分析仪无法测量。基于此，设计一种激光发散角的检测装置迫在眉睫。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种激光发散角的测试系统，用于解决现有技术中高功率激光光束需要分光后测量的缺陷。

本实用新型实施例提供一种激光发散角的测试系统，包括：激光输出头、光阑、激光功率计组件和直线运动组件；所述激光输出头与所述光阑相对设置，所述光阑安装在所述激光功率计组件上，所述激光功率计组件安装在所述直线运动组件上，以使所述光阑和所述激光功率计组件能够在所述直线运动组件的带动下进行移动；其中，所述激光输出头、所述光阑和所述激光功率计组件同轴设置。

根据本实用新型一个实施例的激光发散角的测试系统，所述光阑的内壁包括：彼此连接的光阑反射面和激光吸收面；所述光阑反射面呈圆锥面，以将入射至所述光阑反射面的激光反射至所述激光吸收面；所述激光吸收面呈齿形结构，以将反射至所述激光吸收面的激光吸收。

根据本实用新型一个实施例的激光发散角的测试系统，所述圆锥面的角度为100°。

根据本实用新型一个实施例的激光发散角的测试系统，所述齿形结构的每个齿的高度为5mm，宽度为3mm。

根据本实用新型一个实施例的激光发散角的测试系统，所述光阑的内壁与外壁之间形成有双螺旋水道，所述光阑的外壁上形成有冷却水入口和冷却水出口，且所述冷却水入口和所述冷却水出口分别与所述双螺旋水道连通。

根据本实用新型一个实施例的激光发散角的测试系统，所述直线运动组件包括：直线运动模组，所述直线运动模组上设置有伺服电机；滑块，所述滑块安装在所述直线运动模组上，且所述滑块能够在所述伺服电机的驱动下沿着所述直线运动模组直线运动；所述激光功率计组件安装在所述滑块上。

根据本实用新型一个实施例的激光发散角的测试系统，还包括锁紧装置，所述锁紧装置与所述激光输出头连接，且所述锁紧装置与所述激光输出头同轴设置。

根据本实用新型一个实施例的激光发散角的测试系统，还包括激光防护罩，所述直线运动模组和所述锁紧装置设置在所述激光防护罩上。

根据本实用新型一个实施例的激光发散角的测试系统，所述激光功率计组件包括：激光功率计和安装板，所述激光功率计安装在安装板上，所述安装板安装在所述滑块上。

根据本实用新型一个实施例的激光发散角的测试系统，还包括上位机，所述上位机与所述激光功率计电连接，用于读取所述激光功率计的读数。

本实用新型实施例提供的激光发散角的测试系统，利用孔径光阑限制激光光束的直径，利用激光功率计组件测量孔径光阑的激光光束的功率，进而计算出激光光束的发散角，无需经过分光或者衰减即可直接测量激光发散角，同时，采用光阑移动的方式，计算激光发散角，避免了采用可变光阑方式的操作繁琐以及可变光阑无法承受超高功率激光测量的弊端。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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逐一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。

图1是本实用新型实施例提供的激光发散角的测试系统的主视图；

图2是本实用新型实施例提供的激光发散角的测试系统的右视图；

图3是本实用新型实施例提供的激光发散角的测试系统的俯视图；

图4是图1示出的光阑的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的激光发散角的测试原理图；

图6是本实用新型实施例提供的激光发散角的测试原理图。

附图标记：

1：激光防护罩；2：直线运动模组；3：激光功率计；4：光阑；5：激光输出头；6：锁紧装置；7：上位机；8：急停按钮；11：激光防护罩上盖；21：滑块；31：安装板；41：光阑反射面；42：激光吸收面；43：双螺旋水道；44：冷却水入口；45：冷却水出口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1至图6描述本实用新型实施例激光发散角的测试系统。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，激光发散角的测试系统包括：激光输出头5、光阑4、激光功率计组件和直线运动组件。激光输出头5与光阑4相对设置，且激光输出头5与光阑4同轴设置，以保证激光输出头5输出的激光能够完全穿过光阑4的孔径。光阑4安装在激光功率计组件上，且光阑4与激光功率计组件同轴设计，以读取通过光阑孔径的激光功率。激光功率计组件安装在直线运动组件上，在直线运动组件的带动下，光阑4能够沿着直线运动组件直线运动，进而使通过光阑孔径的部分光束被阻挡。

具体来说，本实用新型实施例提供的激光发散角的测试系统是通过计算光阑4的孔径与光阑4移动距离的比值来计算激光光束发散角全角弧度的。具体地，如图5所示，初始状态时，激光输出头5与光阑孔径之间的距离为L₁，光阑孔径为D，发散角全角弧度值：NA＝D/L₁。式中：NA：发散角全角弧度rad，D：光阑孔径mm，L₁：光阑孔径至激光输出头5之间的距离mm。此时激光输出头5输出的激光光束全部通过光阑孔径，激光功率计组件读取功率为100％功率值。

如图6所示，当直线运动组件带动光阑4移动一定距离后，此时激光输出头5输出的激光光束会有部分被光阑4阻挡，当激光功率计组件读取到激光功率为99％功率值时，即表示部分激光光束开始被光阑4阻挡，量取此时激光输出头5与光阑孔径之间的距离，如L，此时激光光束的发散角全角弧度为：NA＝D/L。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，光阑4为高功率激光光阑，激光功率计组件可以为功率为30000W的激光功率计。直线运动组件可以为电机与滑块的结构，激光功率计组件安装在滑块上，在电机的驱动下，滑块运动，进而带动激光功率计组件和光阑4移动。

如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，光阑4的内壁包括：彼此连接的光阑反射面41和激光吸收面42。光阑反射面41沿光阑4的孔径向内壁方向延伸，形成圆锥面内壁，该圆锥面内壁可以使入射到其上的激光光束反射至激光吸收面42上。激光吸收面42形成有齿形结构，能够将反射至其上的激光全部吸收。

具体来说，激光光束射入光阑4后，部分光束经过孔径射出，发散光束射入光阑反射面41上，光阑反射面41呈圆锥面设置，可使入射至光阑反射面41上的激光光束反射至激光吸收面42上。具体地，激光吸收面42形成有齿形结构，相邻两个齿之间形成凹槽。激光经过光阑反射面41反射后射入至激光吸收面42的齿形结构的凹槽中，然后在两侧齿壁上连续反射，直至被全部吸收。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，激光吸收面42采用黑色氧化处理，以利于激光的吸收。光阑反射面41作为反射面，采用镜面加工，保持其铝合金的本色，以增强反射效果。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，圆锥面的具体角度可根据入射光束的发散角度来设置。当入射光束的发散角度比较大时，圆锥面的角度也应该比较大，以使被阻挡的入射光束能够全部入射至圆锥面上。进一步地，在本实用新型的一个实施例中，入射光束的发散角度约为12°，其圆锥面的角度设置为100°。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，可选地，激光吸收面42所形成的齿形结构，其每个齿的高度为5mm，宽度为3mm，每相邻两个齿之间的间距为3mm。同时，每个齿的顶面形成有倒角，具体地，在本实用新型的一个实施例中，可选地，倒角为45°。

具体来说，入射到光阑反射面41上的激光全部被反射至齿形结构相邻两个齿所形成的凹槽内，在此凹槽内，激光射入到齿壁上后，被反射至相邻的齿壁，如此反复反射，直至激光被全部吸收。

需要说明的是：齿形结构的齿高度、宽度、间距以及齿顶面的倒角可根据具体工况来设置，而不仅仅局限于本实用新型的一个实施例所列举的尺寸。

本实用新型实施例提供的激光器发散角的测试系统，通过将光阑反射面设置成圆锥面，将激光吸收面设置成齿形结构，再将激光光束反射进入激光吸收面后，激光吸收面能够将激光全部吸收，增加了激光的吸收效果。

如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，光阑4的内壁与外壁之间形成有双螺旋水道43，光阑4的外壁上形成有冷却水入口44和冷却水出口45，且冷却水入口44与冷却水出口45分别与该双螺旋水道43连通。

具体来说，冷却水由冷却水入口44进入双螺旋水道43中，将激光吸收面42吸收激光后产生的热量带走，升温后的冷却水再经过冷却出水口45流出，实现对光阑4的降温。

进一步地，光阑4为筒形件，其内壁形成有光阑反射面41和激光吸收面42，其内壁与外壁之间形成双螺旋水道43。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，直线运动组件包括：直线运动模组2和滑块21，直线运动模组2包括伺服电机，滑块21安装在直线运动模组2上，滑块21可以在伺服电机的驱动下沿着该直线运动模组2移动。

进一步地，激光功率计组件包括激光功率计3和安装板31，激光功率计3安装在安装板31上，安装板31安装在滑块21上，以在滑块21的带动下带动光阑4移动。在本实用新型的一个实施例中，可选地，激光功率计3为30000W激光功率计。

如图1和图2所示，激光发散角的测试系统还包括：激光防护罩1和锁紧装置6，锁紧装置6安装在激光防护罩1上，并用于将激光输出头5锁紧，且该激光输出头5与锁紧装置6同轴设置。直线运动模组2也安装在激光防护罩1上。激光防护罩1上还安装有激光防护罩上盖11。

如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，激光发散角的测试系统上还设置有急停按钮8，该激光发散角的测试系统还包括上位机7，该上位机7与激光功率计3电连接，用于读取激光功率计3的读数。

以下结合图5和图6说明本实用新型实施例提供的激光发散角的测试系统的工作原理。

将激光输出头5由锁紧装置6锁紧在激光防护罩1上，将激光功率计3与上位机7连接，同时测量光阑孔径D。在光阑4的初始位置，即激光光束全部通过光阑孔径时，光阑孔径与激光输出头5之间的距离为L₁，此时，上位机7读取的激光功率为100％功率值。在伺服电机的驱动下，滑块21沿着直线运动模组2移动，进而带动光阑4由初始位置L₁向远离激光输出头5的方向移动。当上位机7读取到的激光功率为99％功率值时，即表示光阑4移动到开始阻挡激光的位置，测量直线运动模组2的运动距离为L₂，此时，激光输出头5距离光阑孔径的距离为L₁+L₂，此时激光光束的发散角全角弧度值为：NA＝D/(L₁+L₂)。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种激光发散角的测试系统，其特征在于，包括：激光输出头、光阑、激光功率计组件和直线运动组件；

所述激光输出头与所述光阑相对设置，所述光阑安装在所述激光功率计组件上，所述激光功率计组件安装在所述直线运动组件上，以使所述光阑和所述激光功率计组件能够在所述直线运动组件的带动下进行移动；

其中，所述激光输出头、所述光阑和所述激光功率计组件同轴设置。

2.根据权利要求1所述的激光发散角的测试系统，其特征在于，所述光阑的内壁包括：彼此连接的光阑反射面和激光吸收面；

所述光阑反射面呈圆锥面，以将入射至所述光阑反射面的激光反射至所述激光吸收面；所述激光吸收面呈齿形结构，以将反射至所述激光吸收面的激光吸收。

3.根据权利要求2所述的激光发散角的测试系统，其特征在于，

所述圆锥面的角度为100°。

4.根据权利要求2所述的激光发散角的测试系统，其特征在于，

所述齿形结构的每个齿的高度为5mm，宽度为3mm。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的激光发散角的测试系统，其特征在于，所述光阑的内壁与外壁之间形成有双螺旋水道，所述光阑的外壁上形成有冷却水入口和冷却水出口，且所述冷却水入口和所述冷却水出口分别与所述双螺旋水道连通。

6.根据权利要求1所述的激光发散角的测试系统，其特征在于，所述直线运动组件包括：

直线运动模组，所述直线运动模组上设置有伺服电机；

滑块，所述滑块安装在所述直线运动模组上，且所述滑块能够在所述伺服电机的驱动下沿着所述直线运动模组直线运动；

所述激光功率计组件安装在所述滑块上。

7.根据权利要求6所述的激光发散角的测试系统，其特征在于，还包括锁紧装置，所述锁紧装置与所述激光输出头连接，且所述锁紧装置与所述激光输出头同轴设置。

8.根据权利要求7所述的激光发散角的测试系统，其特征在于，还包括激光防护罩，所述直线运动模组和所述锁紧装置设置在所述激光防护罩上。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的激光发散角的测试系统，其特征在于，所述激光功率计组件包括：激光功率计和安装板，所述激光功率计安装在安装板上，所述安装板安装在所述滑块上。

10.根据权利要求9所述的激光发散角的测试系统，其特征在于，还包括上位机，所述上位机与所述激光功率计电连接，用于读取所述激光功率计的读数。