专利名称：一种工业用激光器光束参数测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业用激光器光束参数测量装置，属于激光参数测量技术领域。
背景技术：
自从世界上第一台激光器诞生以来，激光技术在国民经济和国防建设中起到了举足轻重的作用。激光器的应用深入到了我们生活得方方面面，其应用程度已经成为衡量一个国家工业技术先进性的重要标志之一。在激光器的设计、制造和应用中，对其性能的评价尤为重要，除功率/能量、偏振态及脉冲宽度等性能参数外，对其光束参数如光束发散角、光场分布、束腰光斑尺寸、束宽积及光束极限倍率衍射因子M2等的评价引起了广泛的关注。目前市场上流通的激光光束参数测量装置以Coherent Inc., Spiricon Inc.,Thorlabs Inc., Newport Inc等单位生产的产品为主。我国有关研究人员也申报了多项相应的专利，如专利“激光光束质量M2因子实时检测仪(申请号为:200510030096.7)”、“激光光束质量测量装置(申请号为:200610023419.4)”、“嵌入式激光光束质量测量装置(申请号为:200810051666.4)”及“激光光斑测量装置及其测量方法(申请号为:200810189771.4) ”等，这些测量装置在实际测量前需要操作人员调整被测激光束在整个测量过程中均处于探测器的探测面上，光路调整较为麻烦。专利“一种激光光束参数测量装置(申请号为:201110044053.X)”提供了一种在装置内发射指示光的方法，方便了测量光路调整，但该装置不足之处在于聚焦透镜与CCD相机间光路中置入光学元件，引入了附加光程，降低了测量精度。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种工业用激光器光束参数测量装置，该装置便于测试人员调整测量光路，尤其适用于工业用激光器光束参数在线测量与监控，且自动化程度高，成本低，使用快捷方便。如附图1所示，本发明提供的一种工业用激光器光束参数测量装置包括第一分光镜1、第二分光镜2、第一光电探测器3、第一处理电路4、光强调节单兀5、聚焦透镜6、第三分光镜7、第二光电探测器8、第二处理电路9、图像探测采集单元10、电控运动台11、调节装置12、运动控制卡13和上位机14 ;被测激光束入射到第一分光镜I上，一部分透过第一分光镜I，另一部分光束被第一分光镜I反射依次穿过第二分光镜2、光强调节单兀5、聚焦透镜6和第三分光镜7，最后入射到图像探测采集单元10的探测面上，图像探测采集单元10将其米集到的光斑信息发送给上位机14处理和显不,第二分光镜2和第三分光镜7反射的光分别被第一光电探测器3和第二光电探测器8所接收，第一处理电路4和第二处理电路9分别对来自第一光电探测器3和第二光电探测器8获得电信号进行处理并将结果发送给上位机14进行显示；一维电控运动台11在运 动控制卡13的控制下带动聚焦透镜6沿光轴做运动，从而实现轴向不同位置光斑的采集和处理； 所述的第一分光镜1、第二分光镜2和第三分光镜7为石英材质的平面镜片，其表面镀制对被测试激光波长的分光膜，用于采集被测激光束；
所述第一光电探测器3和第二光电探测器8优选四象限探测器或二维光电位置传感器，用于跟踪被测激光束的光斑中心位置，作为本测量装置测试前光路调整依据；
所述的第一处理电路4和第二处理电路9为光电采集和处理电路，用于采集辐照在第一光电探测器3和第二光电探测器8上的光斑位置信号，并将其送给上位机14进行显示；所述的光强调节单元5优选电光式或磁光式光强度调节器，其中的光学元件表面镀制对被测激光波长的增透膜，位于聚焦透镜6和第二分光镜2之间，用于调节被测光束的强度；
所述的聚焦透镜6为石英材质的平凸透镜，通过卡具固定在电控运动台11的一端，用于对被测激光束进行聚焦，产生被测激光束的空间束腰；
所述的图像探测采集单元10优选CCD相机图像采集器或CMOS相机图像采集器，通过卡具固定在电控运动台11的滑块上，用于探测被测激光光斑，并将采集到的光斑信息送给上位机14进行处理和显示；
所述的电控运动台11为丝杠传输的一维电控运动台，其在运动控制卡13的控制下带动图像探测采集单元10作一维运动，从而满足沿光轴方向不同位置的光斑探测；
所述的调节装置12为由涡轮蜗杆副构成带有刻度的手动二维转台，用于实现电控运动台11的俯仰和旋转二维调整，从而实现本装置测量光路与被测激光器光路同轴；
所述的上位机14为工控计算机，是本测量装置的控制中心。有益效果:本发明采用电光式或磁光式光强度调节器实现被测光强度的调节，易于实现大功率激光光强的连续调节；采用两个光电探测器探测被测激光光斑，从而为测试前光路调整提供依据；采用手动调节二维旋转台来满足工业激光器光束参数在线测量要求。该测量装置使用方便快捷，尤其适用于工业激光器生产线在线测量的要求。
图1是一种工业用激光器光束参数测量装置示意图。图中:1-第一分光镜，2-第二分光镜，3-第一光电探测器，4-第一处理电路，5-光强调节单元，6-聚焦透镜，7-第三分光镜，8-第二光电探测器，9-第二处理电路，10-图像探测采集单元，11-电控运动台，12-调节装置，13-运动控制卡，14-上位机。
具体实施例方式实施例1 一种工业用激光器光束参数测量装置。如附图1所示，本发明提供了一种工业用激光器光束参数测量装置包括如附图1所示，本发明提供的一种工业用激光器光束参数测量装置包括第一分光镜1、第二分光镜
2、第一光电探测器3、第一处理电路4、光强调节单兀5、聚焦透镜6、第三分光镜7、第二光电探测器8、第二处理电路9、图像探测采集单元10、电控运动台11、调节装置12、运动控制卡13和上位机14 ;被测激光束入射到第一分光镜I上，一部分透过第一分光镜1，另一部分光束被第一分光镜I反射依次穿过第二分光镜2、光强调节单兀5、聚焦透镜6和第三分光镜7，最后入射到图像探测采集单元10的探测面上，图像探测采集单元10将其采集到的光斑信息发送给上位机14处理和显不,第二分光镜2和第三分光镜7反射的光分别被第一光电探测器3和第二光电探测器8所接收，第一处理电路4和第二处理电路9分别对来自第一光电探测器3和第二光电探测器8获得电信号进行处理并将结果发送给上位机14进行显示；一维电控运动台11在运动控制卡13的控制下带动聚焦透镜6沿光轴做运动，从而实现轴向不同位置光斑的采集和处理；
所述的第一分光镜1、第二分光镜2和第三分光镜7为石英材质的平面镜片，其表面镀制对被测试激光波长的分光膜，透射光和反射光比例为49:1，用于采集被测激光束；
所述第一光电探测器3和第二光电探测器8为四象限探测器或二维光电位置传感器，有效探测面积为8_，用于跟踪被测激光束的光斑中心位置，作为本测量装置测试前光路调整依据；
所述的第一处理电路4和第二处理电路9为光电采集和处理电路，用于采集辐照在第一光电探测器3和第二光电探测器8上的光斑位置信号，并将其送给上位机14进行显示；所述的光强调节单元5为电光式或磁光式光强度调节器，通光孔径为20_，其中的光学元件表面镀制对被测激光波长的增透膜，位于聚焦透镜6和第二分光镜2之间，用于调节被测光束的强度；
所述的聚焦透镜6为石英材质的平凸透镜，口径为20mm，焦距为100mm，通过卡具固定在电控运动台11的一端，用于对被测激光束进行聚焦，产生被测激光束的空间束腰；
所述的图像探测采集单元10为CCD相机图像采集器或CMOS相机图像采集器，通过卡具固定电控运动台11的滑块上，装卡时保证其探测面的中心位于聚焦透镜6的光轴上，用于探测被测激光光斑，并将采集到的光斑信息送给上位机14进行处理和显示；
所述的电控运动台11为丝杠传输的一维电控运动台，行程为200mm，分辨率为
0.00032mm，其在运动控制卡13的控`制`下带动图像探测采集单元10作一维运动，从而满足沿光轴方向不同位置的光斑探测；
所述的调节装置12为由涡轮蜗杆副构成带有刻度的手动二维转台，用于实现电控运动台11的俯仰和旋转二维调整，从而实现本装置测量光路与被测激光器光路同轴；
所述的上位机14为工控计算机，是本测量装置的控制中心；在测量前被测激光光路调整时，实时显示入射在第一光电探测器3和第二光电探测器8表面光斑中心位置；在测量时，对图像探测采集单元10获得的被测激光束光斑信息进行二维和三维显示和运算，同时控制光强调节单元5以使得入射到图像探测采集单元10的光强度满足测量取样要求，控制电控运动台11带动聚焦透镜6沿光轴做运动，从而实现轴向不同位置光斑的采集和处理。上位机14根据入射到不同像元上光强度分配一定颜色，从而实现伪彩色显示；在任一位置z处，入射到不同像元上光强度及像元坐标，利用公式
权利要求
1.一种工业用激光器光束参数测量装置，其特征在于包括第一分光镜(I)、第二分光镜(2)、第一光电探测器(3)、第一处理电路(4)、光强调节单元(5)、聚焦透镜(6)、第三分光镜⑵、第二光电探测器⑶、第二处理电路(9)、图像探测采集单元(10)、电控运动台(11)、调节装置(12)、运动控制卡(13)和上位机(14);被测激光束入射到第一分光镜(I)上，一部分透过第一分光镜(I)，另一部分光束被第一分光镜(I)反射依次穿过第二分光镜(2)、光强调节单元(5)、聚焦透镜(6)和第三分光镜(7)，最后入射到图像探测采集单元(10)的探测面上，图像探测采集单元(10)将其采集到的光斑信息发送给上位机(14)处理和显示，第二分光镜(2)和第三分光镜(7)反射的光分别被第一光电探测器(3)和第二光电探测器(8)所接收，第一处理电路(4)和第二处理电路(9)分别对来自第一光电探测器(3)和第二光电探测器(8)获得电信号进行处理并将结果发送给上位机(14)进行显示；一维电控运动台(11)在运动控制卡(13)的控制下带动聚焦透镜(6)沿光轴做运动，从而实现轴向不同位置光斑的采集和处理； 所述的第一分光镜(I)、第二分光镜(2)和第三分光镜(7)为石英材质的平面镜片,其表面镀制对被测试激光波长的分光膜； 所述的第一处理电路(4)和第二处理电路(9)为光电采集和处理电路； 所述的聚焦透镜(6)为石英材质的平凸透镜； 所述的图像探测采集单元(10)优选CCD相机图像采集器或CMOS相机图像采集器； 所述的电控运动台(11)为丝杠传输的一维电控运动台； 所述的调节装置(12)为由涡轮蜗杆副构成带有刻度的手动二维转台； 所述的上位机(14)为工控计算机，是本测量装置的控制中心。
2.如权利要求1所述的一种工业用激光器光束参数测量装置，其特征在于，所述的本测量装置测量前光路调节是采用两个光电探测器来跟踪被测激光束的光斑中心位置作为调整依据。
3.如权利要求1所述的一种工业用激光器光束参数测量装置，其特征在于，所述的第一光电探测器⑶和第二光电探测器⑶是四象限探测器或二维光电位置传感器。
4.如权利要求1所述的一种工业用激光器光束参数测量装置，其特征在于，所述的本测量装置测量光路与被测激光器光路同轴的调节是通过调节装置(12)来实现。
5.如权利要求1所述的一种工业用激光器光束参数测量装置，其特征在于，所述的光强调节单元(5)是电光式光强度调节器或磁光式光强度调节器。
全文摘要
本发明提供了一种工业用激光器光束参数测量装置，其包括第一分光镜(1)、第二分光镜(2)、第一光电探测器(3)、第一处理电路(4)、光强调节单元(5)、聚焦透镜(6)、第三分光镜(7)、第二光电探测器(8)、第二处理电路(9)、图像探测采集单元(10)、电控运动台(11)、调节装置(12)、运动控制卡(13)和上位机(14)；采用电光式或磁光式光强度调节器实现被测光强度的调节，易于实现大功率激光器光强的连续调节；采用两个光电探测器探测被测激光光斑作为测试前光路调整的依据；采用手动调节调节装置(12)来满足工业激光器光束参数在线测量要求。该测量装置使用方便快捷，尤其适用于生产线在线测量的要求。
文档编号G01B11/00GK103148935SQ201310061869
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者李玉瑶, 王菲, 王晓华, 张国玉, 车英, 杨进华, 罗宽 申请人:长春理工大学