[发明专利]一种用于去除伪影和噪声滤波的自见证相干成像系统

说明书

本发明公开了一种用于去除伪影和噪声滤波的自见证相干成像系统，其包括相互连接的加工光源、宽带光源、光纤分束器、二向色镜、光学透镜、光谱仪、参考臂、样本臂；所述宽带光源产生的光束通过所述光纤分束器分为两部分，其中一部分进入参考臂；另一部分通过所述二向色镜与加工光束结合后，光束通过所述光学透镜聚焦到所述样本臂光斑；从所述样本臂和所述参考臂返回的成像光在所述光纤分束器上重新组合后进入所述光谱仪。将本发明提供的上述系统应用于316L不锈钢的激光焊接时，锁孔跟踪率提高了67％，且完全消除自相关伪影，信噪比增加两倍，成像速率和空间分辨率没有损失，无需平衡检测或专用光源。

技术领域

本发明属于激光加工的形态变化测量领域，特别涉及一种用于去除伪影和噪声滤波的自见证相干成像系统。

背景技术

在高功率激光加工(如焊接和添加剂制造)过程中，在高速(超过300kHz线速率)下，原位相干成像可以实时测量形态变化，但从散斑和图像伪影到干涉成像过程中会受到影响，且对于平衡与光照要求很高，这也导致了工作效率的低下。高功率激光器正迅速成为自动化先进制造应用的标准工具，主要以激光焊接、激光切割和激光增材制造。在这些应用中，激光焊接在电迁移率(e-mobility)中的应用电池组是对制造业前所未有的挑战。焊接深度不仅需要精确控制既要保证接头强度，又要保证焊缝不穿孔进入锂离子电池。此外，这些应用程序通常涉及铜等金属，这些金属具有可以导致焊缝不稳定，需要前所未有的控制水平确保焊接质量和深度。但是现有技术无法解决此问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种包含第二个成像通道的用于去除伪影和噪声滤波的自见证相干成像系统，提高控制水平以确保焊接质量和深度。

本发明提供的技术方案为：

一种用于去除伪影和噪声滤波的自见证相干成像系统，其包括相互连接的加工光源、宽带光源、光纤分束器、二向色镜、光学透镜、光谱仪、参考臂、样本臂；

所述宽带光源产生的光束通过所述光纤分束器分为两部分，其中一部分进入参考臂；另一部分通过所述二向色镜与加工光束结合后，光束通过所述光学透镜聚焦到所述样本臂光斑；从所述样本臂和所述参考臂返回的成像光在所述光纤分束器上重新组合后进入所述光谱仪。

宽带光源的光束通过一个50/50的光纤分束器，从一条路径进入参考臂；另一条路径与加工光束结合通过二向色镜，该路径为参考路径；光束通过一个透镜聚焦到光斑上；从样本臂和参考臂返回的成像光在光纤分束器上重新组合，进入光谱仪。

所述系统包含第二成像通道，所述第二通道与原ICI系统使用相同的光源和光谱仪，且自动同步到主通道。

所述的用于去除伪影和噪声滤波的自见证相干成像系统，使用一个掺镜光纤激光器作为加工光束的光源，所述激光器与传输光纤耦合，所述光纤通过焦距准直器连接到加工头。

所述用于去除伪影和噪声滤波的自见证相干成像系统使用两种不同的参考臂配置，使用单程参考臂生成典型ICI数据的基线，双程参考臂使用50/50的光纤分束器来重新引导一半的光到第二块金镜上。

所述用于去除伪影和噪声滤波的自见证相干成像系统结合光谱测量使用透射衍射光栅和高速CMOS线扫描相机进行采样作业。

所述用于去除伪影和噪声滤波的自见证相干成像系统可以在不锈钢激光焊接中提高锁孔跟踪率。

所述用于去除伪影和噪声滤波的自见证相干成像系统采用一种新的干涉图：

所述干涉图中：A_r1和A_r2分别为第一参考臂通道和第二参考臂通道的电场幅值。