WO2013038263A2 - Способ оптического мониторинга поверхности в области воздействия лазерного излучения и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ оптического мониторинга поверхности в области воздействия лазерного излучения и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2013038263A2
WO2013038263A2 PCT/IB2012/001793 IB2012001793W WO2013038263A2 WO 2013038263 A2 WO2013038263 A2 WO 2013038263A2 IB 2012001793 W IB2012001793 W IB 2012001793W WO 2013038263 A2 WO2013038263 A2 WO 2013038263A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
laser
spectral
mirror
lens
Prior art date
Application number
PCT/IB2012/001793
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013038263A3 (ru
WO2013038263A4 (ru
Inventor
Юрий Александрович ЧИВЕЛЬ
Original Assignee
Chivel Yury Aleksandrovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chivel Yury Aleksandrovich filed Critical Chivel Yury Aleksandrovich
Priority to EP12831885.4A priority Critical patent/EP2905104A4/en
Publication of WO2013038263A2 publication Critical patent/WO2013038263A2/ru
Publication of WO2013038263A3 publication Critical patent/WO2013038263A3/ru
Publication of WO2013038263A4 publication Critical patent/WO2013038263A4/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/034—Observing the temperature of the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0014—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiation from gases, flames
    • G01J5/0018—Flames, plasma or welding
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/025—Interfacing a pyrometer to an external device or network; User interface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/026—Control of working procedures of a pyrometer, other than calibration; Bandwidth calculation; Gain control
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0806—Focusing or collimating elements, e.g. lenses or concave mirrors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0808—Convex mirrors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0818—Waveguides
    • G01J5/0821—Optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/084—Adjustable or slidable
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0846—Optical arrangements having multiple detectors for performing different types of detection, e.g. using radiometry and reflectometry channels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0859—Sighting arrangements, e.g. cameras
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0871—Beam switching arrangements; Photodetection involving different fields of view for a single detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0896—Optical arrangements using a light source, e.g. for illuminating a surface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
    • G01J5/602—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature using selective, monochromatic or bandpass filtering

Definitions

  • the invention relates to the field of measuring equipment and can be used when monitoring the surface in the field of laser exposure.
  • a known method of optical surface monitoring in the field of laser processing by measuring temperature [1], which consists in recording thermal radiation from the surface in 2 spectral intervals.
  • the disadvantage of this method is that it cannot be used in a galvanic scanner with an F-teta lens and a limited level of information.
  • the disadvantage of this method is that the registration of thermal radiation is carried out in the spectral intervals far from the laser radiation band, which leads to a significant surface shift of the surface image in the light of these wavelengths when scanning the surface relative to the image in the light of the laser wavelength due to aberrations of industrial F-teta galvoscanner lenses and, as a result, distortion of measurement results and the need to develop a special F-teta lens, which significantly complicates and increases the cost of la ernuyu system.
  • the objective of the invention is the creation of a method of optical surface monitoring that allows you to get the full amount of information about the surface condition in the field of laser exposure by measuring the maximum surface temperature in the field of laser radiation, the temperature distribution in the area of exposure, visualizing the area of influence with measuring the melt bath and other structures during scanning surface using galvanoscanner with a commercially available F-teta lens and a device for its implementation.
  • the spectral lines of registration of thermal radiation of the surface using a multichannel pyrometer and the spectral lines of registration of thermal radiation of the surface by a video camera, as well as the spectral lines of radiation of surface illumination sources, are located in the reflection band of the galvanic scanner mirrors on both sides of the laser radiation line in its immediate vicinity.
  • the wavelengths of radiation detected by a multichannel pyrometer 3, the wavelengths of radiation of the illumination sources of surface 2 and the recording band of cameras 5; 4 are located in the maximum transmission band of the optical system of the galvanoscanner and near the emission line of laser 1. This ensures minimal distortion and high accuracy of the measurement results due to the small number of aberrations F- teta lenses in this wavelength region.
  • a device [1] comprising a scanner and a 2-channel optical pyrometer with a lens.
  • This device does not provide accurate temperature measurement in small spots of laser radiation when using a scanner with an F-teta lens due to the strong chromatic aberration of F-teta lenses, which are calculated for using one wavelength and can be corrected for only one other wavelength.
  • the closest in technical essence to the claimed device is the device presented in [2], comprising a galvanic scanner with an F-teta lens and a 2-channel optical pyrometer with a lens, a video camera.
  • the disadvantage of this device is that by dichroic rotary mirrors, it is possible to select the region of the spectrum of radiation sent to the pyrometer only in the region of weak reflection of the galvanoscanner mirrors and remote from the laser radiation wave, which leads to measurement errors due to the shift of the image formed by F-teta the lens and the pyrometer lens at the input diaphragm of the pyrometer and image distortion on the camcorder due to strong aberrations of the F-teta lens when using radiation with a wavelength remote from the laser wavelength.
  • a device for measuring the surface temperature and its distribution in the field of laser radiation, comprising a galvanic scanner with an F-teta lens, a multi-channel optical pyrometer with a lens, and a video camera with a lens and a surface illumination source
  • laser radiation is introduced into the galvanoscanner through the mirror region with 100% or zero reflection, and the surface thermal radiation and the backlight radiation scattered by the surface are sent to the video camera detectors and pyrometer through the mirror regions with maximum transmission or reflection outside the laser frequency band, but near the laser wavelength, in its immediate vicinity.
  • the device further comprises a rotary gradient mirror with a 100% reflection coefficient or 100% transmission of its central part at the laser wavelength, optically coupled to a laser, a 2-channel optical pyrometer with a lens and a video camera; the pyrometer detects surface thermal radiation in several narrow spectral ranges near spectral band.
  • FIG. 2 The essence of the claimed device is illustrated by the drawing, (Fig. 2), where 1 is a laser, 2 is a gradient swivel mirror, 3 is a galvanic scanner, 4 is a lens 5 is a machined surface, 6 is an F-teta lens, 7 is a dichroic mirror, 8 is an aperture pyrometer, 9- light guide, 10- pyrometer, 11- filter 12- lens 13- video camera.
  • the device operates as follows. Laser radiation 1 passes through the central region of the swivel mirror and is introduced onto the galvanic scanner mirrors 3 and, using the F-teta lens 6, focuses on the treatment surface 5. When the scanner mirrors are rotated, the laser focus moves on the surface 5. The focal region is plotted on the pyrometer 8 aperture using F-teta lens and pyrometer lens 4. Pyrometer 10 detects thermal radiation from a heated surface in narrow spectral regions near the laser emission line. Using lens 12 and The F-teta lens image of the surface at the wavelength cut out by the filter 11 is recorded by the video camera 13.
  • the periphery of the rotary mirror is 100% reflected, and laser radiation is transmitted through the central elliptical region with a 100% transmittance. Since the measurements are carried out at wavelengths near the laser generation line, the chromatic aberration of the F-teta lens will lead to negligibly small image shifts on the pyrometer diaphragm when scanning the surface and minimal distortion of the image recorded by the video camera.
  • the image of the surface area using the F-teta lens and the lens is built in the plane of the matrix of the camera. Using mirrors and a filter, a narrow region of the spectrum of thermal radiation of the surface is distinguished near the laser emission line. The resulting image of the laser processing region has negligible distortions and makes it possible to construct the distribution of the surface brightness temperature in the processing region.
  • Multichannel pyrometer allows you to determine the emissivity of the surface, which allows you to get the distribution of thermodynamic temperature.
  • the gradient mirror has a 100% reflection of the central region at the laser wavelength with 100% transmission of the periphery of the mirror in a wide spectral region.
  • an additional source of illumination of the surface 16 is introduced, the radiation of which is introduced into the galvanoscanner using the telescope of the rotary mirror 18 and the gradient mirror and is focused in the processing area.
  • the image of the surface in the light of this source is constructed using the F-teta lens AND lenses 4, 12 in the plane of the matrix of the video camera 13. Filters 11 emit either backlight radiation or thermal radiation from the surface.
  • the inventive method and device provide complete monitoring of the surface in the field of laser exposure when it is scanned using
  • Patent JP Nb 2007190576 A

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при измерении температуры поверхности в области лазерного воздействия. Задачей заявляемого изобретения является разработка способа оптического мониторинга поверхности в области воздействия лазерного излучения при сканировании поверхности с помощью гальвосканера с F-teta линзой и устройства для его осуществления, позволяющих получить полную информацию о состоянии поверхности при воздействии лазерного излучения. Спектральные линии регистрации теплового излучения поверхности пирометром, спектральные полосы регистрации теплового излучения поверхности видеокамерой и спектральные линии излучения источников подсветки располагаются в спектральной полосе пропускания гальваносканера по обе стороны спектральной линии лазерного излучения в ее непосредственной близости.. Устройство дополнительно содержит градиентное поворотное зеркало имеющее в центре эллиптическую область с покрытие имеющем 100% отражением на длине волны лазера а периферическая область зеркала обладает высоким пропусканием в области спектра вне полосы излучения лазера. Устройство дополнительно содержит градиентное поворотное зеркало имеющее центральное эллиптическое отверстие с 100% пропусканием лазерного излучения и с широкополосным отражающим покрытием на периферии зеркала. 4. Устройство дополнительно содержит источник подсветки поверхности в области лазерной обработки, оптически связанный с гальваносканером и видеокамерой причем длина волны излучения источника располагается вблизи линии излучения лазера и в спектральной полосе отражения зеркал гальваносканера.

Description

Способ оптического мониторинга поверхности в области воздействия лазерного излучения и устройство для его
осуществления.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при мониторинге поверхности в области лазерного воздействия.
Известен способ оптического мониторинга поверхности в области лазерной обработки путем измерения температуры [1] , состоящий в регистрации теплового излучения поверхности в 2-х спектральных интервалах .
Недостатком данного способа является то, что его невозможно применить в системе с гальвосканером с F-teta линзой и ограниченный уровень информации.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является реализованный в устройстве [2] способ оптического мониторинга поверхности в области лазерной обработки, состоящий в регистрации теплового излучения поверхности в 2-х спектральных интервалах
Недостатком данного способа является то что регистрация теплового излучения осуществляется в спектральных интервалах значительно удаленных от полосы излучения лазера, что приводит при сканировании поверхности к значительному смещению изображения поверхности в свете этих длин волн по отнощению в изображению в свете длины волны лазера вследствие аббераций промышленной F-teta линзы гальвосканера и, как следствие, к искажению результатов измерения и необходимости разработки специальной F-teta линзы, что существенно усложняет и удорожает лазерную систему. Задачей заявляемого изобретения является создание способа оптического мониторинга поверхности позволяющего получить полный объем информации о состоянии поверхности в области лазерного воздействия путем измерения максимальной температуры поверхности в области воздействия лазерного излучения, распределения температуры в области воздействия , визуализации области воздействия с измерением ванны расплава и других структур при сканировании поверхности с помощью гальваносканера с серийно выпускаемой F-teta линзой и устройства для его осуществления.
В заявляемом способе спектральные линии регистрации теплового излучения поверхности с помощью многоканального пирометра и спектральные полосы регистрации теплового излучения поверхности видеокамерой, а также спектральные линии излучения источников подсветки поверхности располагают в полосе отражения зеркал гальвосканера по обе стороны линии лазерного излучения в ее непосредственной близости.
Сущность способа поясняется схемой фиг.1 где представлена зависимость пропускания оптической системы гальваносканера от длины волны излучения.
Длины волн излучения регистрируемого многоканальным пирометром 3 длины волн излучения источников подсветки поверхности 2 и полосы регистрации видеокамер 5 ;4 располагаются в полосе максимального пропускания оптической системы гальваносканера и вблизи линии излучения лазера 1.Это обеспечивает минимальные искажения и высокую точность результатов измерений ввиду малости аберраций F- teta линзы в этой области длин волн.
Известно устройство [1], содержащее сканер и 2-х канальный оптический пирометр с объективом.
Данное устройство не обеспечивает точности измерения температуры в малых пятнах воздействия лазерного излучения при использовании сканера с F-teta линзой ввиду сильной хроматической аберрации F-teta линз , которые рассчитываются для использования одной длины волны и могут быть скорректированны еще только на одной длине волны.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является представленное в [2] устройство, содержащее гальвосканер с F-teta линзой и 2-х канальный оптический пирометр с объективом, видеокамеру.
Недостатком данного устройства является то, что дихроичными поворотными зеркалами возможно выделение области спектра излучения, посылаемого на пирометр, только в области слабого отражения зеркал гальвосканера и удаленной от волны излучения лазера что приводит к ошибкам измерения вследствие сдвига изображения, формируемого F- teta линзой и объективом пирометра на входной диафрагме пирометра и искажений изображения на видеокамере из-за сильных аберраций F-teta линзы при использовании излучения с длиной волны удаленной от лазерной длины волны.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для измерения температуры поверхности и ее распределения в области воздействия лазерного излучения содержащее гальвосканер с F-teta линзой , многоканальный оптический пирометр с объективом и видеокамеру с объективом и источник подсветки поверхности
С помощью поворотных зеркал с градиентом коэффициента отражения по плоскости зеркала осуществляют ввод лазерного излучения в гальвосканер через область зеркала с 100% или нулевым отражением , а тепловое излучение поверхности и рассеянное поверхностью излучение источников подсветки направляют на детекторы- видеокамеру и пирометр через области зеркала с максимальным пропусканием или отражением вне полосы частот лазерного излучения , но вблизи длины волны лазерного, в ее непосредственной близости.
Устройство дополнительно содержит поворотное градиентное зеркало с 100% коэффициентом отражения или 100% пропусканием его центральной части на длине волны лазера , оптически связанное с лазером , 2-х канальным оптическим пирометром с объективом и видеокамерой причем пирометр регистрирует тепловое излучение поверхности в нескольких узких спектральных интервалах вблизи спектральной полосы.
Сущность заявляемого устройства поясняется чертежом, (фиг. 2), где 1 -лазер, 2 - градиентное поворотное зеркало, 3 - гальваносканер, 4 - объектив 5 - обрабатываемая поверхность, 6 - F-teta линза , 7 -дихроичное зеркало , 8- диафрагма пирометра, 9- световод, 10- пирометр, 11- фильтр 12- объектив 13- видеокамера.
Устройство работает следующим образом . Излучение лазера 1 проходит через центральную область поворотного зеркала и вводится на зеркала гальвосканера 3 и с помощью F-teta объектива 6 фокусируется на поверхности обработки 5. При вращении зеркал сканера фокус лазера перемещается по поверхности 5. Изображение фокальной области строится на диафрагме пирометра 8 с помощью F-teta линзы и объектива пирометра 4. Пирометр 10 регистрирует тепловое излучение нагретой поверхности в узких спектральных участках вблизи линии излучения лазера. С помощью объектива 12 и F-teta линзы изображение поверхности на длине волны вырезаемой фильтром 11 регистрируется видеокамерой 13. У поворотного зеркала на 100% отражение работает периферия поворотного зеркала, а лазерное излучение пропускается центральной эллиптической областью с 100% коэффициентом пропускания. Так как измерения проводятся на длинах волн вблизи линии генерации лазера, то хроматические абберации F-teta линзы будут приводить к пренебрежимо малым смещениям изображения на диафрагме пирометра при сканировании поверхности и минимальным искажениям изображения регистрируемого видеокамерой.
Изображение области поверхности с помощью F-teta линзы и объектива строится в плоскости матрицы видеокамеры. С помощью зеркал и фильтра выделяется узкая область спектра теплового излучения поверхности вблизи линии излучения лазера . Полученное изображение области лазерной обработки имеет пренебрежимо малые искажения и дает возможность построить распределение яркостной температуры поверхности в области обработки. Мнококанальный пирометр позволяет определить излучательную способность поверхности что позволяет получить и распределение термодинамической температуры.
В устройстве на Фиг.З градиентное зеркало имеет 100% отражение центральной области на длине волны лазера при 100% пропускании периферии зеркала в широкой области спектра.
В устройстве Фиг.4 дополнительно введен источник подсветки поверхности 16 излучение которого с помощью телескопа поворотного зеркала 18 и градиентного зеркала вводится в гальваносканер и фокусируется в области обработки. Изображение поверхности в свете этого источника строится с помощью F-teta линзы И объективов 4 ,12 в плоскости матрицы видеокамеры 13. Фильтрами 11 выделяется либо излучение подсветки либо тепловое излучение поверхности.
Таким образом, заявляемый способ и устройство обеспечивают полный мониторинг поверхности в области лазерного воздействия при ее сканировании с помощью
гальвосканера с F-teta линзой с минимальной погрешностью при использовании серийной оптики. Список литературы
1. Патент JP Nb 2007190576 А.
2. Чивель Ю.А., Смуров И., Лаже Б.// Патент RU 2 371 704,27.10.2009

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ.
1. Способ оптического мониторинга поверхности в области воздействия лазерного излучения при сканировании поверхности с помощью гальвосканера с линзой, состоящий в регистрации температуры поверхности и ее распределения в области воздействия путем регистрации теплового излучения поверхности в нескольких спектральных интервалах и регистрации изображения поверхности в свете излучения источника внешней подсветки поверхности отличающийся тем, что спектральные линии регистрации теплового излучения поверхности пирометром и спектральные полосы регистрации теплового излучения поверхности видеокамерой и спектральная линия излучения источника подсветки располагаются в спектральной полосе пропускания гальваносканера по обе стороны спектральной линии лазерного излучения в ее непосредственной близости.
2. Устройство для оптического мониторинга поверхности в области воздействия лазерного излучения содержащее гальвосканер с линзой , оптический пирометр с объективом и видеокамеру с объективом отличающееся тем, что дополнительно содержит градиентное поворотное зеркало имеющее в центре эллиптическую область с покрытие имеющем 100% отражением на длине волны лазера а периферическая область зеркала обладает высоким пропусканием в области спектра вне полосы излучения лазера.
3. Устройство по п.2 отличающееся тем что поворотное зеркало имеет центральное эллиптическое отверстие с 100% пропусканием лазерного излучения и с широкополосным отражающим покрытием на периферии зеркала.
4. Устройство по п.2 отличающееся тем что дополнительно содержит источник подсветки поверхности в области лазерной обработки, оптически связанный с гальваносканером и видеокамерой причем длина волны излучения источника располагается вблизи линии излучения лазера и в спектральной полосе отражения зеркал гальваносканера.
PCT/IB2012/001793 2011-09-13 2012-09-13 Способ оптического мониторинга поверхности в области воздействия лазерного излучения и устройство для его осуществления WO2013038263A2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12831885.4A EP2905104A4 (en) 2011-09-13 2012-09-13 METHOD FOR OPTICALLY MONITORING THE SURFACE IN THE FIELD OF LASER RADIATION ACTION AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011137685/28A RU2520944C2 (ru) 2011-09-13 2011-09-13 Способ оптического мониторинга поверхности в области воздействия лазерного излучения и устройство для его осуществления
RU2011137685 2011-09-13

Publications (3)

Publication Number Publication Date
WO2013038263A2 true WO2013038263A2 (ru) 2013-03-21
WO2013038263A3 WO2013038263A3 (ru) 2013-06-13
WO2013038263A4 WO2013038263A4 (ru) 2013-08-01

Family

ID=47883855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2012/001793 WO2013038263A2 (ru) 2011-09-13 2012-09-13 Способ оптического мониторинга поверхности в области воздействия лазерного излучения и устройство для его осуществления

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2905104A4 (ru)
RU (1) RU2520944C2 (ru)
WO (1) WO2013038263A2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014101576A1 (de) 2014-02-07 2015-08-13 Dr. Mergenthaler Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201516681D0 (en) * 2015-09-21 2015-11-04 Renishaw Plc Addictive manufacturing apparatus and an optical module for use in an addictive manufacturing apparatus
CN108127206B (zh) * 2017-12-21 2020-07-07 武汉比天科技有限责任公司 一种激光钎焊工艺移植方法及可移植数据的激光钎焊装置
TWI723877B (zh) * 2020-05-13 2021-04-01 國家中山科學研究院 插件式同軸熱輻射影像量測系統

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5427733A (en) 1993-10-20 1995-06-27 United Technologies Corporation Method for performing temperature-controlled laser sintering
JP2007190576A (ja) 2006-01-17 2007-08-02 Japan Unix Co Ltd レーザー式はんだ付け装置
EP2032345A1 (en) 2006-06-20 2009-03-11 Katholieke Universiteit Leuven Procedure and apparatus for in-situ monitoring and feedback control of selective laser powder processing
RU2371704C1 (ru) 2008-07-25 2009-10-27 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Устройство для контроля лазерных технологических процессов

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6186636A (ja) * 1984-10-05 1986-05-02 Kawasaki Steel Corp 鋼のレ−ザ発光分光分析方法
KR950010392B1 (ko) * 1991-07-31 1995-09-16 한국과학기술원 표면 열진동을 이용한 초소성 성형 제품의 내부 기공 측정 장치 및 방법
RU2083973C1 (ru) * 1994-10-11 1997-07-10 Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам РАН Способ неразрушающего контроля поверхности
JPH1128900A (ja) * 1997-05-12 1999-02-02 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザ光を用いた塗装除去方法及びレーザ処理装置
KR100346090B1 (ko) * 2000-05-30 2002-11-23 한국원자력연구소 레이저 용접시 용접 풀 크기감시 및 초점제어 방법 및장치
BE1014222A3 (fr) * 2001-06-13 2003-06-03 Ct Rech Metallurgiques Asbl Procede de caracterisation en ligne d'une surface en mouvement et dispositif pour sa mise en oeuvre.
JP2006185933A (ja) * 2004-12-24 2006-07-13 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd レーザアニール方法およびレーザアニール装置
WO2007130313A2 (en) * 2006-05-02 2007-11-15 Telesis Technologies, Inc. Laser safety system
RU2460992C2 (ru) * 2010-03-02 2012-09-10 Юрий Александрович Чивель Способ измерения яркостной и цветовой температуры поверхности в области воздействия лазерного излучения и устройство для его осуществления

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5427733A (en) 1993-10-20 1995-06-27 United Technologies Corporation Method for performing temperature-controlled laser sintering
JP2007190576A (ja) 2006-01-17 2007-08-02 Japan Unix Co Ltd レーザー式はんだ付け装置
EP2032345A1 (en) 2006-06-20 2009-03-11 Katholieke Universiteit Leuven Procedure and apparatus for in-situ monitoring and feedback control of selective laser powder processing
RU2371704C1 (ru) 2008-07-25 2009-10-27 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Устройство для контроля лазерных технологических процессов
EP2147738A1 (fr) 2008-07-25 2010-01-27 Ecole Nationale D'ingenieurs De Saint Etienne Système de mesure et de contrôle pour un appareil d'usinage d'une pièce utilisant un laser employant une mesure pontuelle de la tempörature et une mesure bidimensionelle du rayonnement thermique

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2905104A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014101576A1 (de) 2014-02-07 2015-08-13 Dr. Mergenthaler Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken
DE102014101576B4 (de) 2014-02-07 2019-10-02 Dr. Mergenthaler Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken

Also Published As

Publication number Publication date
RU2520944C2 (ru) 2014-06-27
EP2905104A4 (en) 2016-08-10
EP2905104A2 (en) 2015-08-12
WO2013038263A3 (ru) 2013-06-13
WO2013038263A4 (ru) 2013-08-01
RU2011137685A (ru) 2013-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101423338B1 (ko) 피측정물로부터의 반사광을 이용하는 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법
US8804111B2 (en) Multichip CCD camera inspection system
JP6971645B2 (ja) 共焦点変位計
RU2520944C2 (ru) Способ оптического мониторинга поверхности в области воздействия лазерного излучения и устройство для его осуществления
US20220299369A1 (en) System, Method and Apparatus for Wide Wavelength Range Imaging with Focus and Image Correction
US10697764B2 (en) Sample shape measuring apparatus for calculating a shape of a sample disposed between an illumination optical system and an observation optical system
JP2008039750A (ja) 高さ測定装置
WO2016157291A1 (ja) 測定ヘッド及びそれを備えた偏心測定装置
CN109068956B (zh) 物镜光学系统以及具备物镜光学系统的内窥镜装置
JP2017522605A (ja) ビームスプリッタ装置を備えた顕微鏡
RU2460992C2 (ru) Способ измерения яркостной и цветовой температуры поверхности в области воздействия лазерного излучения и устройство для его осуществления
JP2000241128A (ja) 面間隔測定方法および装置
JP2010237029A (ja) 赤外線光学系の評価装置及びその評価方法
RU2466363C2 (ru) Устройство для измерения температуры поверхности в области воздействия лазерного излучения
TW202140993A (zh) 膜厚測定裝置及膜厚測定方法
JP2020020609A (ja) 倍率色収差測定用のカラーフィルタおよびこれを用いた倍率色収差測定装置
JP5725294B2 (ja) レーザ顕微鏡
CN114690393B (zh) 一种内调焦望远镜
TWI836749B (zh) 光學檢測裝置
WO2012173009A1 (ja) 分光画像撮影装置及び分光画像撮影方法
JP2018125770A (ja) 撮像装置、撮像方法、プログラム及び記録媒体
Mazzetta et al. Automated testing of ultraviolet, visible, and infrared sensors using shared optics
WO2012077265A1 (ja) 撮像ユニットの製造方法
JP2000310735A (ja) 共焦点顕微鏡
JP6160134B2 (ja) 熱画像観察装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12831885

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012831885

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE