本发明专利技术公开了一种激光加工光束质量监测系统，其包括第一分光镜，所述第一分光镜设有切割光路输入端、切割光路输出端、第二分光镜、反射镜、图像采集单元和平移驱动机构；还公开了一种激光加工光束质量监测方法，包括以下步骤：采集光束截面光斑图像、拟合光束轮廓曲线函数、评估焦距和发散角、评估光束质量M2和锐利长度Zr。本发明专利技术取得的有益效果：达到了监测结果准确的优点，并能够通过准确的光束质量M2和锐利长度Zr实现更准确的加工工艺判断，起到提高切割效率和割缝质量的效果的优点，有效提高光束质量M2的稳定性。的稳定性。的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种激光加工光束质量监测系统及方法
[0001]本专利技术涉及光束质量监测的
，具体涉及一种激光加工光束质量监测系统及方法。
技术介绍
[0002]激光加工技术在加工领域的优势日渐突出，相关激光应用逐渐向高功率高效率的方向不断发展，激光加工的工艺应用也在不断突破。在不断提升的板厚加工的加工效率要求、加工断面的质量条纹变细和无挂渣的要求下，加工工艺随着技术工艺应用不断转变。随着激光在材料加工领域应用的功率不断提高，对于高功率的长时间加工导致光束质量变化和环境温升导致的焦点变化是高功率激光材料加工的主要问题，在提高高功率稳定性以及对于高功率在效率和表面质量中，对光束质量监控是激光加工核心问题。
[0003]为了解决对激光光束质量监测的问题，公告号为CN103949774A的中国专利技术专利申请文件公开了一种监测激光束质量的激光加工头，包括激光器输出头连接件、分光模块、激光束监测模块、激光加工头主体，激光器输出头连接件、激光束监测模块、激光切割头主体分别通过螺丝固定在分光模块上，并使输入的激光束穿过激光器输出头连接件进入分光模块，其中分光模块将部分激光束透射沿原方向继续传播到激光束监测模块，部分激光束反射偏转90度方向传播到激光加工头主体。分光镜片能透射部分激光束和反射大部分激光束，透射部分激光束沿原方向继续传播，反射部分激光束传播方向偏转90度；透射部分激光束进入激光束监测模块，首先通过一个镜片组，到达激光束质量分析仪；所述的激光束质量分析仪为能与连接计算机的CCD或CMOS激光光束接收器，激光束质量分析仪进行光束质量分析。
[0004]公告号为CN204413406U的中国技术专利公开了一种激光束质量可监测激光头，包括壳体，设置在所述壳体内的反光镜及聚光镜，所述反光镜用于反射入射光并形成反射光，所述聚光镜用于将所述反射光形成透射光并形成激光束；所述壳体内还设置有对应所述透射光的高度测量仪；所述壳体内还设置有对应所述激光束的宽度测量仪；所述高度测量仪及宽度测量仪均连接至控制器。通过设置宽度测量仪测量出形成的激光束的光束节点宽度DF，此处光束节点即透射光聚光后形成的最小光束位置处，将上述透射光高度f及光束节点宽度DF传输至控制器，即可通过公式θ＝DF/f即可计算出光束发散角θ，如果光束发散角θ超出一定范围，则需要调整激光头中反光镜及透视镜的位置以对激光头作出改进。
[0005]在高功率、长时间加工过程中，光束质量变化和环境温升会导致的焦点变化，在公告号为CN103949774A的中国专利技术专利申请文件和公告号为CN204413406U的中国技术专利中公开的方案中，如焦点发生变化，则会对其监测到的初始数据(即光束测量节点的宽度)造成较大的误差，监测结果不准确，无法满足需要。
技术实现思路
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种激光加工光束质量监测系
统，其包括第一分光镜，所述第一分光镜设有切割光路输入端、切割光路输出端、第二分光镜、反射镜、图像采集单元和平移驱动机构，还提供一种激光加工光束质量监测方法，包括以下步骤：采集光束截面光斑图像、拟合光束轮廓曲线函数、评估焦距和发散角、评估光束质量M2和锐利长度Zr。该激光加工光束质量监测系统具有监测结果准确的优点。
[0007]一种激光加工光束质量监测系统，包括第一分光镜，所述第一分光镜设有切割光路输入端和切割光路输出端，还包括第二分光镜、反射镜、图像采集单元和平移驱动机构，所述第一分光镜设有朝向反射镜的分光光路输出端，所述第二分光镜位于第一分光镜和反射镜之间，所述第一分光镜和第二分光镜之间设有聚焦透镜，所述第二分光镜设有朝向反射镜的分支光路输出端，所述图像采集单元共设置N个，N为非零自然数，所述第二分光镜共设置N
‑
1个，所述反射镜和N
‑
1个第二分光镜分别与N个图像采集单元一一对应，所述反射镜和第二分光镜均设有朝向与其对应的图像采集单元的监测光路输出端，所述平移驱动机构与图像采集单元连接且驱动图像采集单元移动。通过这样的设置：能够通过实际的光束截面光斑图像进行光束焦点位置、光束质量M2和锐利长度Zr的计算，有效提高了焦点位置、光束质量M2和锐利长度Zr的监测准确度，有效减小的焦距变化对监测和计算结果的影响，达到监测结果准确的优点，并能够通过准确的光束质量M2和锐利长度Zr实现更准确的加工工艺判断，起到提高切割效率和割缝质量的效果，有效提高光束质量M2的稳定性。
[0008]作为优选，所述聚焦透镜采用无像差聚焦镜组件。通过这样的设置：减小聚焦透镜的像差对监测准确度的影响，进一步提高了焦点位置、光束质量M2和锐利长度Zr的监测准确度，起到提高切割效率和割缝质量的效果，有效提高光束质量M2的稳定性。
[0009]一种激光加工光束质量监测方法，采用激光加工光束质量监测系统，包括第一分光镜，所述第一分光镜设有切割光路输入端和切割光路输出端，还包括第二分光镜、反射镜、图像采集单元和平移驱动机构，所述第一分光镜设有朝向反射镜的分光光路输出端，所述第二分光镜位于第一分光镜和反射镜之间，所述第一分光镜和第二分光镜之间设有聚焦透镜，所述第二分光镜设有朝向反射镜的分支光路输出端，所述图像采集单元共设置N个，N为非零自然数，所述第二分光镜共设置N
‑
1个，所述反射镜和N
‑
1个第二分光镜分别与N个图像采集单元一一对应，所述反射镜和第二分光镜均设有朝向与其对应的图像采集单元的监测光路输出端，所述平移驱动机构与图像采集单元连接且驱动图像采集单元移动；
[0010]所述监测方法包括以下步骤：
[0011]S1、采集光束截面光斑图像：第一分光镜对激光切割头的切割光束分光后通过分光光路输出端照射到第二分光镜和反射镜，通过第二分光镜和反射镜使光线照射到图像采集单元形成光斑，通过图像采集单元采集多个光束截面光斑图像；
[0012]S2、拟合光束轮廓曲线函数：根据多个光束截面光斑图像评价多个光斑直径，并将多个光斑直径拟合形成光束轮廓曲线函数，通过光束轮廓曲线函数进行二项式拟合得到焦点位置和焦点位置光斑大小d
σ0
；
[0013]S3、评估焦距和发散角：根据焦点位置得到焦距f，根据焦距f和焦点位置光斑大小d
σ0
评估发散角
[0014]S4、评估光束质量M2和锐利长度Zr：计算光束质量其中λ为光源波长，计算锐利长度
[0015]通过这样的设置：能够在激光切割头进行切割加工的过程中通过图像采集单元采集切割光束的光束截面光斑图像，进而能够通过实际的光束截面光斑图像进行光束焦点位置、光束质量M2和锐利长度Zr的计算，有效提高了焦点位置、光束质量M2和锐利长度Zr的监测准确度，有效减小的焦距变化对监测和计算结果的影响，达到监测结果准确的优点，并能够通过准确的光束质量M2和锐利长度Zr实现更准确的加工工艺判断，起到提高切割效率和割缝质量的效果，有效提高光束质量M2的稳定性。
[0016]作为优选，在所述S本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光加工光束质量监测系统，包括第一分光镜(11)，所述第一分光镜(11)设有切割光路输入端(12)和切割光路输出端(13)，其特征在于：还包括第二分光镜(15)、反射镜(17)、图像采集单元(21)和平移驱动机构，所述第一分光镜(11)设有朝向反射镜(17)的分光光路输出端(14)，所述第二分光镜(15)位于第一分光镜(11)和反射镜(17)之间，所述第一分光镜(11)和第二分光镜(15)之间设有聚焦透镜(19)，所述第二分光镜(15)设有朝向反射镜(17)的分支光路输出端(16)，所述图像采集单元(21)共设置N个，N为非零自然数，所述第二分光镜(15)共设置N
‑
1个，所述反射镜(17)和N
‑
1个第二分光镜(15)分别与N个图像采集单元(21)一一对应，所述反射镜(17)和第二分光镜(15)均设有朝向与其对应的图像采集单元(21)的监测光路输出端(18)，所述平移驱动机构与图像采集单元(21)连接且驱动图像采集单元(21)移动。2.根据权利要求1所述的激光加工光束质量监测系统，其特征在于：所述聚焦透镜(19)采用无像差聚焦镜组件。3.一种激光加工光束质量监测方法，其特征在于：采用激光加工光束质量监测系统，包括第一分光镜(11)，所述第一分光镜(11)设有切割光路输入端(12)和切割光路输出端(13)，还包括第二分光镜(15)、反射镜(17)、图像采集单元(21)和平移驱动机构，所述第一分光镜(11)设有朝向反射镜(17)的分光光路输出端(14)，所述第二分光镜(15)位于第一分光镜(11)和反射镜(17)之间，所述第一分光镜(11)和第二分光镜(15)之间设有聚焦透镜(19)，所述第二分光镜(15)设有朝向反射镜(17)的分支光路输出端(16)，所述图像采集单元(21)共设置N个，N为非零自然数，所述第二分光镜(15)共设置N
‑
1个，所述反射镜(17)和N
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1个第二分光镜(15)分别与N个图像采集单元(21)一一对应，所述反射镜(17)和第二分光镜(15)均设有朝向与其对应的图像采集单元(21)的监测光路输出端(18)，所述平移驱动机构与图像采集单元(21)连接且驱动图像采集单元(21)移动；所述监测方法包括以下步骤：S1、采集光束截面光斑图像：第一分光镜(11)对激光切割头的切割光束分光后通过分光光路输出端(14)照射到第二分光镜(15)和反射镜(17)，通过第二分光镜(15)和反射镜(17)使光线照射到图像采集单元(21)形成光斑，通过图像采集单元(21)采集多个光束截面光斑图像；S2、拟合光...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜斌，常勇，
申请(专利权)人：广东宏石激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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