[发明专利]一种激光加工光束质量监测系统及方法

权利要求书

1.一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-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；

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

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

2.根据权利要求1所述的激光加工光束质量监测方法，其特征在于：在所述S2步骤中，还包括以下步骤：

光斑直径包括截面x轴方向上的光斑直径dx(z)和截面y轴方向上的光斑直径dy(z)，通过多个dx(z)和多个dy(z)分别按最小二乘法做多项式拟合得到两个光束轮廓曲线函数，两个所述光束轮廓曲线分别位于光斑的不同方向上。

3.根据权利要求2所述的激光加工光束质量监测方法，其特征在于：在所述S2步骤中，还包括以下步骤：

根据照射在图像采集单元(21)上的光斑的能量密度，按照光电响应效率区间的86％～100％评价截面直径。

4.根据权利要求3所述的激光加工光束质量监测方法，其特征在于：在所述S2步骤中，还包括以下步骤：

按照86％的光电响应效率区间坐标评价截面直径。

5.根据权利要求3所述的激光加工光束质量监测方法，其特征在于：在所述S2步骤中，还包括以下步骤：

按照100％的光电响应效率区间坐标评价截面直径。

6.根据权利要求2所述的激光加工光束质量监测方法，其特征在于：在所述S2步骤中，还包括以下步骤：

光斑大小通过图像采集单元(21)上的光斑的能量密度积分确定x轴方向截面评估直径σ_x(z)和y轴方向截面评估直径σ_y(z)，定义截面x轴方向的光斑直径dx(z)＝4σ_x(z)，定义截面y轴方向的光斑直径dy(z)＝4σ_y(z)。

7.根据权利要求1所述的激光加工光束质量监测方法，其特征在于：在所述S1步骤中，还包括以下步骤：

所述第一分光镜(11)将切割光束按光辐照度分成99.5％和0.5％两道光束，通过所述切割光路输出端(13)射出的光束的光辐照度为切割光束光辐照度的99.5％，通过分光光路输出端(14)射出的光束的光辐照度为切割光束光辐照度的0.5％。

8.根据权利要求1所述的激光加工光束质量监测方法，其特征在于：在所述S1步骤中，还包括以下步骤：

所述平移驱动机构带动多个图像采集单元(21)分别沿朝向与其对应的反射镜(17)和第二分光镜(15)的方向平移，所述图像采集单元(21)采集多个不同位置的光束截面光斑图像。