一种红外激光光斑位置检测系统及方法
阅读说明：本技术 一种红外激光光斑位置检测系统及方法 (Infrared laser spot position detection system and method ) 是由 陈晨 曲娜 于海娇 于 2021-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于红外激光技术领域,尤其为一种红外激光光斑位置检测系统及方法,所述系统包括激光器、第一分光镜、第二分光镜、光斑位置检测模块、反射镜片、第三分光镜、光斑位置校验模块和控制器,所述系统以光斑位置校验模块的检测结果作为对光斑位置检测模块检测结果的校验依据。本发明利用呈矩形阵列布置的多分光镜和一反射镜组合成具有两处光斑检测点和一处激光束光斑作用点,相对布置光斑位置检测模块和光斑位置校验模块对光斑位置同时进行检测,具备检测及校验功能,以高可靠性光斑位置检测手段作为依靠实现高精度激光束位移控制,系统检测结构及检测方法简单、有效,具有较高的经济效益与推广价值。(The invention belongs to the technical field of infrared laser, and particularly relates to an infrared laser spot position detection system and method. The invention combines the multi-spectroscope and the reflector which are arranged in a rectangular array to form the laser beam displacement detection system which has two light spot detection points and one laser beam light spot action point, and the light spot position detection module and the light spot position verification module which are oppositely arranged detect the light spot position at the same time, thereby having the functions of detection and verification, realizing high-precision laser beam displacement control by taking high-reliability light spot position detection means as a dependence, and having simple and effective system detection structure and detection method and higher economic benefit and popularization value.)
技术领域
本发明涉及红外激光技术领域，具体为一种红外激光光斑位置检测系统及方法。
背景技术
激光加工系统主要包括激光器，光路系统及加工机三个部份。激光器激光器是整个激光加工系统的中心，主要作用是制造出激光，激光器的种类很多，但其产生激光的原理基本相同。大多由激励系统、激光物质和光学谐振腔三部分组成。
激光器输出的激光束需经光路系统传输和处理，以满足不同的加工要求.光路系统包括光束直线传输信道，光束的折射部分、聚焦或散射系统。直线传输信道主要是镜的反射和光纤传输。现时采用光纤传输主要是紫外波至近红外波范围内的光波，这种传输方式既方便又安全。
某些激光加工过程，如切割，焊接，打孔，切削等，要求将激光束聚焦，以得到高的功率密度；而另一些激光加工过程(如热处理，涂敷，合金制成等)则要求在一特定形状的光班内有均匀的能量分布，以得到大而均匀的加工面.在小功率系统中多采用透镜作聚焦或散射之用，但在高功率系统中，则多用金属反射，折射系统，以免产生热透镜效应。有些激光加工过程采用光束移动的加工方法，要使激光束能受控地移动，光路系统中还要加入机械传动部分。
现有的红外激光加工系统中，需要通过光斑检测装置实时检测光斑位置，以保证在光束位移精度，从而保证加工精度，但现有的红外激光光斑位置检测系统只能实现对光斑位置的检测功能，当光斑位置检测装置出现异常，影响加工精度时，不能及时发现设备异常问题，缺乏简单、有效的检测结果检验手段，以实现可靠性光斑位置检测与高精度激光束位移控制。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种红外激光光斑位置检测系统及方法，解决了现有的红外激光光斑位置检测系统只能实现对光斑位置的检测功能，当光斑位置检测装置出现异常，影响加工精度时，不能及时发现设备异常问题，缺乏简单、有效的检测结果检验手段，以实现可靠性光斑位置检测与高精度激光束位移控制的问题。
(二)技术方案
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种红外激光光斑位置检测系统，包括：
激光器，用于发射激光束；
第一分光镜，用于反射部分激光束并透射另外部分激光束；
第二分光镜，用于反射经第一分光镜反射的激光束，同时透射其中一部分激光束；
光斑位置检测模块，设置于第二分光镜的激光透射路径上，用于对经第二分光镜透射后的激光束光斑进行位置检测；
反射镜片，用于反射经第一分光镜透射的部分激光束；
第三分光镜，设置于反射镜片反射的部分激光束路径与第二分光镜反射的部分激光束路径交汇处，所述反射镜片反射的部分激光束经第三分光镜透射后的部分激光束与第二分光镜反射的部分激光束经第三分光镜反射后的部分激光束重叠成第一复合激光束，所述反射镜片反射的部分激光束经第三分光镜反射后的部分激光束与第二分光镜反射的部分激光束经第三分光镜折射后的部分激光束重叠成第二复合激光束；
光斑位置校验模块，设置于第三分光镜的激光透射路径上，用于对第一复合激光束进行位置检测，检测结果作为对光斑位置检测模块检测结果的校验依据；
控制器，分别与激光器、光斑位置检测模块和光斑位置校验模块电性连接，用于处理经光斑位置检测模块输出的光斑位置电信号和经光斑位置校验模块输出的光斑位置电信号，并以光斑位置校验模块的检测结果作为校验依据对光斑位置检测模块的检测结果进行校验。
进一步地，为保证光斑位置检测模块检测到的激光光斑位置与光斑位置校验模块检测到的激光光斑位置相对一致，所述第一分光镜、第二分光镜、反射镜片和第三分光镜呈矩形阵列布置。
进一步地，为保证光斑位置检测的可靠性，所述光斑位置检测模块与光斑位置校验模块采用同种光斑位置检测器，所述光斑位置检测模块与光斑位置校验模块的安装高度及安装结构一致。
进一步地，为使工作人员及时发现异常问题，所述红外激光光斑位置检测系统还包括与控制器电性连接的报警模块，所述报警模块用于当光斑位置检测模块的检测结果与光斑位置校验模块的检测结果不一致时进行报警，表明光斑位置检测模块或光斑位置校验模块存在异常问题，采用及时报警的方式提醒工作人员设备出现异常。
一种红外激光光斑位置检测方法，该检测方法基于上述红外激光光斑位置检测系统实现，包括以下步骤：
S1、通过控制器控制激光器发射激光束；
S2、由激光器发射的激光束中的一部分经第一分光镜反射至第二分光镜上，另一部分经第一分光镜透射至反射镜片上；
S3、反射至第二分光镜上的激光束中的一部分反射至第三分光镜上，另一部分透射至光斑位置检测模块，通过控制器控制光斑位置检测模块对该部分激光束光斑的位置进行检测，并将光斑位置电信号发送至控制器；
S4、透射至反射镜片的激光束反射至第三分光镜上，经反射镜片反射的部分激光束经第三分光镜透射后的部分激光束与第二分光镜反射的部分激光束经第三分光镜反射后的部分激光束重叠成第一复合激光束，通过控制器控制光斑位置校验模块对第一复合激光束光斑的位置进行检测，并将光斑位置电信号发送至控制器；
S5、控制器处理经光斑位置检测模块输出的光斑位置电信号和经光斑位置校验模块输出的光斑位置电信号，并以光斑位置校验模块的检测结果作为校验依据对光斑位置检测模块的检测结果进行校验。
进一步地，当光斑位置检测模块的检测结果与光斑位置校验模块的检测结果不一致时，所述控制器向报警模块发送报警指令，由报警模块进行报警警示。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种红外激光光斑位置检测系统及方法，具备以下有益效果：
本发明，利用呈矩形阵列布置的多分光镜和一反射镜组合成具有两处光斑检测点和一处激光束光斑作用点，相对布置光斑位置检测模块和光斑位置校验模块对光斑位置同时进行检测，具备检测及校验功能，以高可靠性光斑位置检测手段作为依靠实现高精度激光束位移控制，系统检测结构及检测方法简单、有效，具有较高的经济效益与推广价值。
附图说明
图1为本发明红外激光光斑位置检测简易结构示意图；
图2为本发明红外激光光斑位置检测系统原理框图。
图中：1、激光器；2、第一分光镜；3、第二分光镜；4、光斑位置检测模块；5、反射镜片；6、第三分光镜；7、光斑位置校验模块；8、控制器；9、报警模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-2所示，本发明一个实施例提出的一种红外激光光斑位置检测系统，包括：
激光器1，由控制器8控制激光束发射与否，控制器8接收上位机指令对激光器1实施控制；
第一分光镜2，设置于激光器1的激光发射方向，主要用于反射和透射由激光器1发射的激光束，将由激光器1发射的激光束一分为二；
第二分光镜3，设置于第一分光镜2激光发射的方向，接收经第一分光镜2反射的部分激光束并反射该部分激光束，同时透射该部分激光束中一部分激光束，将第一分光镜2反射的部分激光束继续一分为二；
光斑位置检测模块4，设置于第二分光镜3的激光透射路径上，用于对经第二分光镜3透射后的激光束光斑进行位置检测；
反射镜片5，用于反射经第一分光镜2透射的部分激光束；
第三分光镜6，设置于反射镜片5反射的部分激光束路径与第二分光镜3反射的部分激光束路径交汇处，反射镜片5反射的部分激光束经第三分光镜6透射后的部分激光束与第二分光镜3反射的部分激光束经第三分光镜6反射后的部分激光束重叠成第一复合激光束，第一复合激光束与经第二分光镜3透射后的激光束径向一致，形成两个平行激光束，反射镜片5反射的部分激光束经第三分光镜6反射后的部分激光束与第二分光镜3反射的部分激光束经第三分光镜6折射后的部分激光束重叠成第二复合激光束；
光斑位置校验模块7，设置于第三分光镜6的激光透射路径上，用于对第一复合激光束进行位置检测，检测结果作为对光斑位置检测模块4检测结果的校验依据；
控制器8，分别与激光器1、光斑位置检测模块4和光斑位置校验模块7电性连接，用于处理经光斑位置检测模块4输出的光斑位置电信号和经光斑位置校验模块7输出的光斑位置电信号，并以光斑位置校验模块7的检测结果作为校验依据对光斑位置检测模块4的检测结果进行校验。
如图1所示，在一些实施例中，第一分光镜2、第二分光镜3、反射镜片5和第三分光镜6呈矩形阵列布置，利用呈矩形阵列布置的多分光镜和一反射镜组合成具有两处光斑检测点和一处激光束光斑作用点，通过设置光斑位置检测模块4和光斑位置校验模块7对光斑位置进行检测与校验，保证激光加工系统的加工精度的同时，能够实时检测光斑位置，并对检测系统进行实时监测，保证系统运行的可靠性。
在一些实施例中，光斑位置检测模块4与光斑位置校验模块7采用同种光斑位置检测器，光斑位置检测模块4与光斑位置校验模块7的安装高度及安装结构一致，同种的两个光斑位置检测器的设置形成具有光斑检测功能和校验功能的激光加工系统，斑位置检测模块4与光斑位置校验模块7的安装高度及安装结构一致的情况下，最大程度保证了检测精度。
如图2所示，在一些实施例中，红外激光光斑位置检测系统还包括与控制器8电性连接的报警模块9，报警模块9用于当光斑位置检测模块4的检测结果与光斑位置校验模块7的检测结果不一致时进行报警。
一种红外激光光斑位置检测方法，该检测方法基于上述红外激光光斑位置检测系统实现，包括以下步骤：
S1、通过控制器8控制激光器1发射激光束；
S2、由激光器1发射的激光束中的一部分经第一分光镜2反射至第二分光镜3上，另一部分经第一分光镜2透射至反射镜片5上；
S3、反射至第二分光镜3上的激光束中的一部分反射至第三分光镜6上，另一部分透射至光斑位置检测模块4，通过控制器8控制光斑位置检测模块4对该部分激光束光斑的位置进行检测，并将光斑位置电信号发送至控制器8；
S4、透射至反射镜片5的激光束反射至第三分光镜6上，经反射镜片5反射的部分激光束经第三分光镜6透射后的部分激光束与第二分光镜3反射的部分激光束经第三分光镜6反射后的部分激光束重叠成第一复合激光束，通过控制器8控制光斑位置校验模块7对第一复合激光束光斑的位置进行检测，并将光斑位置电信号发送至控制器8；
S5、控制器8处理经光斑位置检测模块4输出的光斑位置电信号和经光斑位置校验模块7输出的光斑位置电信号，并以光斑位置校验模块7的检测结果作为校验依据对光斑位置检测模块4的检测结果进行校验。
在一些实施例中，当光斑位置检测模块4的检测结果与光斑位置校验模块7的检测结果不一致时，控制器8向报警模块9发送报警指令，由报警模块9进行报警警示。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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