用于光辐射的光谱分辨检测的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于热处理期间

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光辐射的光谱分辨检测的装置
[0001]本专利技术涉及一种用于热处理期间光辐射的光谱分辨检测的装置
。
本专利技术尤其可用于材料的激光加工，例如激光切割和激光焊接
。
[0002]在激光材料加工的情况下，在激光材料相互作用
、
发射的处理辐射和加工结果之间存在相关性
。
从现有技术中已知，为了能够通过测量确定工艺变化，使用光电二极管检测在整个或部分激光材料加工期间产生的处理辐射或处理光
。
信号曲线的评估和分析
(
以及与先前记录的参考信号的比较
)
能够实现可靠且快速的在线过程监测
。
[0003]出于物理原因，光电二极管仅在有限的光谱范围内敏感
。
由于这种限制，使用不同的光电二极管
(
也是组合的
)
来检测处理辐射，即可见光谱
(VIS)
中的硅光电二极管
(Si)
和近红外光谱
(NIR)
中的铟镓砷光电二极管
(InGaAs)
或锗光电二极管
(Ge)。
[0004]在光电二极管中，入射光子产生与其数量成比例的电流
。
由于光电二极管产生的电光电流通常很低
(
由于典型地很低的光强度
)
，它必须以合适的低噪声方式放大
。
[0005]在非滤波状态下，检测由光电二极管覆盖的光谱范围内的整个处理发射
。
因此，测量信号对应于检测光谱中光强度的积分
。
[0006]由于激光或加工波长的区域中的强度通常比剩余光谱中的次级处理辐射的强度高几倍，因此需要相应的滤光，以便阻挡具有高光密度的激光波长
。
否则，激光辐射将被过重地加权，或者将超出处理辐射并且使其无法评估
。
来自外部照明
(
例如引导激光器
)
的干扰也必须使用附加的滤波器从光电二极管捕获的光谱范围中滤除
。
[0007]另一种可能性是通过部分透射的反射镜或棱镜对波长范围进行光学分离，其结果是可以对选定的或多个另外的波长范围进行评估
。
因此可以同时进行高强度初级辐射和弱次级辐射的评估
。
[0008]还已知使用光谱仪以便以光谱分辨的方式分析输入侧上可用的辐射
。
为此，存在不同设计和不同灵敏度的光谱仪
。
例如，具有弯曲色散元件
(
光栅
)
的紧凑型光谱仪是已知的，其同时还具有聚焦
/
准直效果
。
在这种情况下，光栅被间隙
(
或光纤
)
的发散光照射，并且光栅本身具有聚焦效应，因为它以弯曲的方式安装在所谓的罗兰圆上
。
然而，曲面光栅很难经济地用于小件数
。
[0009]另一方面，更节省成本的平面光栅需要用于准直和聚焦的附加光学部件
。
为此，通常使用两个凹面镜；然而，透镜的使用也是可能的，但是要避免，因为这些会导致不希望的成像误差
。
[0010]DE 10 2016 225 344 A1
描述了一种具有基底和拥有光谱分解效应的功能元件的多色仪
。
光学光谱分解功能元件被设计成光谱分解源自入口的电磁辐射，例如从样品上的可选辐射源反射的光，从而获得光谱分解的光谱
。
[0011]EP 3 306 263 A1
公开了一种具有外壳的彩色共焦距离传感器，其中设置了多色光源
、
具有彩色纵向像差的成像光学单元
、
分光计和平面分束器表面
。
[0012]DE 27 58 141 A1
还描述了一种分光光度计，其具有设置在评估平面中的反射色散元件和多光电检测器
。
[0013]已知光谱仪的缺点是在高光谱分辨率下的低光产量
。
为了获得最高可能的光谱分
辨率，由于光学系统的衍射限制，通常需要使用一个或更多个孔径
。
由测量对象发射的辐射量受到这些孔径的限制，使得可能最薄的光束撞击传感器的敏感表面
。
这确保了在通过棱镜或衍射光栅穿过现在可区分的入射点之后可以分辨甚至更小的波长差
。
被孔径遮蔽的辐射量则无法再用于评估
。
[0014]缺点是通常用于激光技术的处理光学器件仅传输很少的处理辐射，因为它们被优化到激光波长
。
由于商业上可获得的光谱仪
(
例如具有线扫描摄像头或光电二极管阵列
)
通常以时间积分工作，因此对于特别弱的辐射需要非常长的积分时间，这意味着仅可以实现非常低的测量速率
。
[0015]对于过程监测所希望的是一种光谱仪，该光谱仪对辐射特别敏感以便实现高时间分辨率
(
通过减少积分时间
)
并且还提供高动态范围
。
需要高动态性，因为在接缝内和在部件上从接缝到接缝必须捕获非常弱光和非常强光的过程
。
[0016]本专利技术的目的是提供一种用于热处理
、
特别是激光加工期间光辐射的光谱分辨检测的装置，由于其紧凑的结构，该装置尤其可以集成到激光加工头中，其中光谱分辨率应该可以同时具有高的光输出，从而可以获得高的测量速率
。
此外，在各个测量范围和大动态范围之间的快速切换是可能的
。
[0017]该目的通过具有根据专利权利要求1的特征的用于光辐射的光谱分辨检测的装置来实现
。
本专利技术的适当实施方式可在从属权利要求中找到
。
[0018]根据本专利技术，用于热处理
、
特别是激光加工期间光辐射的光谱分辨检测的装置包括用于在预定波长范围内光谱分辨的至少一个光敏元件
、
反射衍射光栅和用于聚焦和
/
或准直的至少一个透镜
。
该装置优选地具有用于聚焦和
/
或准直的会聚透镜和用于光谱分辨率的至少两个光敏元件，这两个光敏元件各自在预定波长范围内
。
[0019]优选地，一个光敏元件包括多个光活性单独元件，即一个光敏元件由一组光活性单独元件形成
。
例如，用于光谱分辨率的光敏元件可以由至少两个单独的元件构成，例如以成组的光电二极管的形式，或者也可以设计为集成部件，例如光电二极管阵列
。
[0020]用于聚焦和
/
或准直的至少一个透镜设置在衍射光栅的前方，其中由至少一个透镜偏转到衍射光栅上的光辐射被光谱分解并通过至少一个透镜聚焦回光敏元件或光敏元件之一上
。
该衍射光栅在某些区域可以具有不同的衍射特性
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于热处理期间光辐射
(5)
的光谱分辨检测的装置，所述装置包括评估装置
、
在预定波长范围内的至少一个光敏元件
(4.1、4.2)、
反射式衍射光栅
(2)
以及用于准直和
/
或聚焦的至少一个透镜
(3)
，其中，所述至少一个透镜
(3)
布置在所述衍射光栅
(2)
的前方，并且其中，所述光辐射
(5)
通过所述至少一个透镜
(3)
被引导到所述衍射光栅
(2)
上，从所述衍射光栅
(2)
被光谱分离并且通过所述至少一个透镜
(3)
被引导回到所述至少一个光敏元件
(4.1、4.2)
上，其特征在于，所述装置包括沿所述光辐射
(5)
的传播方向布置在所述至少一个透镜
(3)
和所述衍射光栅
(2)
前方的反射镜
、
以及分别在一个预定波长范围内敏感的两个光敏元件
(4.1、4.2)
，其中，所述反射镜是反射分束器
(1)
，所述反射分束器将入射光辐射
(5)
转换成两个分光束
(5.1、5.2)
，这两个分光束从所述衍射光栅
(2)
被光谱分离并且在各种情况下通过所述至少一个透镜
(3)
被引导回到所述光敏元件
(4.1、4.2)
中的一个上
。2.
根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光敏元件
(4.1、4.2)
包括多个光活性单独元件
(8)
，所述多个光活性单独元件
(8)
分别连接到所述评估装置的输入通道，其中，所述输入通道能通过所述评估装置组合成通道组
。3.
根据权利要求1所述的装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：四D，
类型：发明
国别省市：