[发明专利]基于光学弱相干成像的激光焊接熔深信息监测系统及方法

权利要求书

1.一种基于光学弱相干成像的激光焊接熔深信息监测系统，包括依次呈光路连接的探测光源、光纤环形器及光纤耦合器，所述探测光源发射探测光传输至光纤环形器并从其端口输出，输入至所述光纤耦合器后分为两束，分别作为探测光和参考光，其特征在于，还包括：

分别与所述光纤耦合器光路连接的参考臂和样品臂，其中，所述样品臂包括探测光准直镜、调焦镜组、扫描振镜以及激光加工头，所述探测光通过所述探测光准直镜准直成平行光，通过所述调焦镜组调节所述探测光的聚焦平面，并通过所述扫描振镜发生偏转持续准确并且快速地调整相对于工作激光束的测量点位置，并进入所述激光加工头与加工激光同轴重叠，随加工激光一起直达工件表面的小孔，在小孔底部正向反射后原路返回至所述光纤耦合器，形成探测臂回路；

所述参考光进入参考臂，经所述参考臂沿原光路耦合到参考光纤中，形成参考臂回路；

以及与所述光纤环形器连接的光谱分析单元和与光谱分析单元通信连接的数据处理单元，经参考臂回路返回的参考光和经样品臂回路返回的探测光在光纤耦合器形成干涉信号，干涉信号经过光纤环形器输出至光谱分析单元，所述光谱分析单元将干涉信号分解，传输至所述数据处理单元，分析处理得到激光加工区的深度信息，通过数据拟合形成与金相照片一致的熔深变化曲线，实现对激光焊过程实时监测。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学弱相干成像的激光焊接熔深信息监测系统，其特征在于，所述调焦镜组包括固定镜和补偿镜；

所述补偿镜可在驱动装置的作用下沿光路轴向平移，改变准直光束的发散角进而使得探测光聚焦平面相应的沿光路轴向方向平移。

3.根据权利要求1所述的一种基于光学弱相干成像的激光焊接熔深信息监测系统，其特征在于，所述样品臂包括：

探测光光纤接头；

设于所述调焦镜组和扫描振镜之间的快门和滤光片。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于光学弱相干成像的激光焊接熔深信息监测系统，其特征在于，所述激光加工头内部设置有合束镜、聚焦镜和保护镜。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于光学弱相干成像的激光焊接熔深信息监测系统，其特征在于，所述参考臂包括：

参考光光纤接头；

参考光准直镜；

实现探测光束聚焦在反射镜上，增大反射光耦合率的聚焦透镜；

实现探测光的180°反射的反射镜；

所述聚焦透镜和平面反射镜可在驱动装置的作用下沿光路轴向平移，调整所述参考臂回路的光程，使之与所述样品臂回路的光程相匹配。

6.根据权利要求5所述的一种基于光学弱相干成像的激光焊接熔深信息监测系统，其特征在于，所述聚焦透镜为双胶合消色差透镜或空气隙消色差透镜。

7.根据权利要求5所述的一种基于光学弱相干成像的激光焊接熔深信息监测系统，其特征在于，所述反射镜为平面反射镜或球面反射镜。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于光学弱相干成像的激光焊接熔深信息监测系统，其特征在于，所述光谱分析单元包括：

用于接收干涉信号的光谱信号接收模块；

用于对所述干涉信号进行提取的信号提取模块；

对提取的信号进行降噪处理的信号降噪模块；

以及对所述信号进行处理的信号处理模块。