[发明专利]一种多路光信号检测的激光加工质量监测系统

说明书

本发明公开了一种多路光信号检测的激光加工质量监测系统，包括缩束模块、光路转折系统、光路分光系统和光电检测模块，所述缩束模块用于将平行光束收缩为检测所需的小直径光束；所述光路转折系统将所述小直径光束导向到所述光路分光系统；所述光路分光系统将制定波长范围的光进行反射，分配到不同的光路；所述光电检测系统至少包括第一光信号接收单元、第二光信号接收单元、放大电路、信号调理单元和AD采样单元。与现有技术相比，本发明能对激光加工待检测辐射光信号进行缩束处理，可以通过对主光路调节实现一次完成多路光信号的调节；可以提高现有检测装置的适用范围，提高产品可用范围；可以将信号做整体屏蔽处理，降低信号失真水平。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种多路光信号检测的激光加工质量监测系统。

背景技术

激光加工过程是光与材料相互作用的过程，其主要是利用激光器发出的激光束通过光纤和透镜传输后聚焦在材料表面，材料吸收激光能量引起熔化甚至气化，进而达到材料加工的目的。由于激光的热影响，待加工材料的加工区域会形成熔池，并辐射出等离子体、金属蒸汽、辐射光信号和辐射声信号等多重信号。大量的研究表明，上述信号与激光加工质量密切相关。如果激光加工过程中出现驼峰、未焊透、飞溅、污染等缺陷时,上述辐射信号会体现出不同的信号表征。

虽然用于加工的激光设备多种多样，但激光加工都因材料剧烈熔化或气化后产生的光辐射，因此采集激光加工中的辐射光信号作为检测原始信号具有更加广泛的实用性。通过采集激光加工过程中辐射光信号的数据，并经过对信号的分解，转换处理后，可以获得激光加工过程中反映质量的表征数据，再通过判别系统后，可以实时检测激光加工的质量。

CN207114420U公开一种旁轴激光焊接在线监测系统，其特征是通过分光镜和滤光片将被采集的光信号转换为可见光(500-600nm)和近红外光(900-1000nm)，再通过传感器转化为相应的电信号，该装置还设有对准用的导向装置降低旁轴监测的对准难度。然而，与激光加工区域的同轴辐射光信号相比，旁轴辐射光信号受环境的干扰更大，且激光加工时除了可见光,近红外光以外，激光反射信号对加工质量检测也有重要作用，而且激光发射信号基本沿加工激光束的同轴方向返回，因此旁轴装置对激光反射信号的捕获效果甚微。

DE10120251A1公开了一种同轴获取辐射光信号的激光焊接监测方法和装置，该装置安装在激光焊接头上，通过激光焊接头上的合束镜将待检测的辐射光信号导入装置中，装置中存在光信号分配用的光学元件，将光信号分为两路，一路光信号传递到相机中；另外一路光信号经过聚焦系统传递到一个光电传感器上，并转换为一种电信号用于对激光加工的判断。然而，激光加工过程是一种多种辐射光信号随着加工过程,快速变化的现象，该专利公开的检测装置由于只有一路光信号转换为电信号检测通路，对接受信号进行宏观检测，无法对激光加工过程中的微小变化进行捕捉判别，大大影响了检测质量的效果。

CN201015816Y公开了一种采用利用辐射光检测激光加工过程的装置。该装置采用分光镜将辐射光信号分成三路信号，分别将其中一路引导至CCD和另外两路引导至光电传感器中。由于该装置结构由于光路原理的特点，对应每路光路的对中进行单独校准。然而，激光加工过程存在多种辐射光信号的变化，要准确反映激光加工质量的话，需要对多种信号进行独立采集,这就需要装置存在多个采集光路。由于上述装置需要独立校准，在多光路情况下，使用者在每次的工艺变化时，需要对多个光路进行逐一调整，大大提高了设备参数一致性的难度和易用性。再者，独立的光路形成了独立的光电转换模块，在信号传输过程中必然导致多路信号之间的干扰，引起信号失真，导致质量信息存在误差。