一种叠装式光电检测装置的制作方法

本实用新型涉及激光加工领域，尤其涉及一种叠装式光电检测装置。

背景技术：

激光加工为通过激光与加工对象相互作用实现某种工艺效果的一种加工方式。为检测其加工质量，往往采用传感器对激光加工过程进行在线监测，如光谱仪，光电传感器，工业摄像机，声呐等。由于各种传感器在检测对象，数据维度与采样速率上各有优劣，无法很好地完整检测加工过程的现象变化。因此，为更好地检测加工过程，往往采用多传感融合的手段，其中常见的多传感融合为光谱仪，光电传感器与工业摄像机的融合检测。其中，光电传感器检测对象为可见光信号与激光反射信号；光谱检测对象为焊区的光谱分布。其采样光路往往采用传统的一体式分光模块。

光谱仪检测的优点为能够识别焊接过程不同元素谱线的变化，因此能同时包含可见光信号与激光反射信号以及某些特定分立谱线的变化，因此数据维度较高；缺点是，目前光谱仪的采样频率较低，常见的为250f/s，且仪器成本较高。由于焊接过程中等离子体，金属蒸汽的信号波动频率极高，光谱仪无法有效检测高频信号的波动。

光电传感器的优点为可实现的采样频率极高，能够有效检测高频信号的波动；缺点为光电传感器采样数据维度单一，且采集的光信号往往是多个谱线信号的叠加，数据分析时往往难以进行准确的信号阈值划定。

目前有学者提出通过光路上叠加多组光电传感器配合不同的滤光片，对光谱信号分波段重构，通过信号融合辅助光电传感器信号的阈值划定，同时提高各波段的信号采样频率，从而结合光电传感器与光谱仪的优点。但实际检测中，由于传统的分光模块为一体式分光模块，分光窗口少，且不利于光电传感器的叠加，并不能很好地实现光谱信号分波段重构。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，提供一种具备光路扩展能力的光电检测装置，方便光谱信号分波段重构的有效实现，本实用新型提出一种叠装式光电检测装置。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种叠装式光电检测装置，包括

一个入口三通光路叠装模块；

多个中间三通光路叠装模块；

一个反射光路模块，一个光纤准直镜；

多个光电传感器；和

一个多通道信号采集模块；

其中，所述光纤准直镜与入口三通光路叠装模块配合连接；所述光电传感器连接所述多通道信号采集模块进行数据采集；所述入口三通光路叠装模块、中间三通光路叠装模块、反射光路模块、光纤准直镜、光电传感器和多通道信号采集模块构成一个暗室分光。

进一步地，所述入口三通光路叠装模块与中间三通光路叠装模块之间包括

一个分光镜腔，所述分光镜腔放置有分光镜；

三个通光口，其中右端出射通光口设置成叠装凸台；其中，入口三通光路叠装模块的左端入射通光口设置成与光纤准直镜配合安装的凹槽，中间三通光路叠装模块的左端入射通光孔设置成与叠装凸台配合安装的凹槽，上端的出射通光口连接一个滤光镜腔，所述滤光镜腔放置一定数量的滤光片；和

一个光电传感器安装模块，该安装模块与滤光镜腔配合，稳固安装。

进一步地，所述反射光路模块包括

一个反射镜腔，腔内放置反射镜；

两个通光口，其中左端入射通光口设置成与叠装凸台配合安装的凹槽，上端的出射通光口连接一个滤光镜腔，可选择地放置一定数量的滤光片。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型通过中间三通光路叠装模块的设计实现光路扩展功能，并使光电检测装置具备可拆卸改装能力；

本实用新型通过滤光镜腔的设计，改用不同的滤光镜或减光片即可实现各输出光路的信号采集光谱段与信号强度的调整，令光电传感器组合对光谱信号分波段重构有实现的可能；

本实用新型采用暗室分光，减少了来自环境的光噪声信号的干扰；

本实用新型采用“加”结构设计，令各输出光路光强之间的运算简化，从而简化数据采集后转换分析；

本实用新型具备足够的光路扩展能力，组合光谱仪能更好的实现光谱信号分波段重构，融合了光电传感器与光谱仪的优点。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构图；

图2是本实用新型其一个实施例的使用安装图；

图中，1-光纤准直镜、21-光电传感器、2-入口三通光路叠装模块、22-光电传感器安装模块、23-滤光镜腔、24-光纤准直镜安装腔、25-分光镜腔、26-叠装凸台、27-出射光路、28-分光镜、29-滤光镜、3-中间三通光路叠装模块、34-叠装腔、4-反射光路模块、48-反射镜腔与反射镜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1和图2，本实用新型一种叠装式光电检测装置，包括一个入口三通光路叠装模块2，多个中间三通光路叠装模块3，一个反射光路模块4，一个光纤准直镜1，多个光电传感器21和一个多通道信号采集模块。

入口三通光路叠装模块2与中间三通光路叠装模块3中包含一个分光镜腔25，可选择地放置任意透反比的分光镜；三个通光口，其中右端出射通光口设置成叠装凸台；区别地，入口三通光路叠装模块2的左端入射通光口设置成与光纤准直镜配合安装的凹槽，中间三通光路叠装模块3的左端入射通光孔设置成能与叠装凸台配合安装的凹槽；上端的出射通光口连接一个滤光镜腔，可选择的放置一定数量不同规格的滤光片；一个光电传感器安装模块22，该安装模块能与滤光镜腔23配合，稳固安装；入射光光束从入射通光口通光口进入，通过置于分光镜腔25的分光镜，分成两束光从其余上端与右端通光口输出，其中一束通过上端通光口-滤光镜-光电传感器转换成电信号；入口三通光路叠装模块2与中间三通光路叠装模块3之间及多个中间三通光路叠装模块之间可进行稳固叠装，从而使结构具备光路扩展能力。

反射光路模块4包含包含一个反射镜腔和反射镜48；两个通光口，其中左端入射通光口设置成与叠装凸台配合安装的凹槽；上端的出射通光口连接一个滤光镜腔，可选择的放置一定数量不同规格的滤光片；反射光路模块4自身不具备光路扩展能力。入射光光束从其中左端通光口进入，通过置于反射镜腔的分光镜，反射到上端出射通光口-滤光镜-光电传感器转换成电信号。

光纤准直镜1与入口三通光路叠装模块2配合连接。

各光电传感器21连接多通道信号采集模块进行数据采集。

所述入口三通光路叠装模块2，中间三通光路叠装模块3，反射光路模块4，光纤准直镜1，光电传感器21，多通道信号采集模块构成一个暗室分光，具备滤光、外扩光路功能的叠装式光电检测装置。

请参见图2，入口三通光路叠装模块2内部包括：分光镜腔25，可选择地安装不同透反比的分光镜进行分光；光纤准直镜安装腔24与光纤准直器配合安装；滤光镜腔23，可选择的放置一定数量不同通光谱段的滤光片组合滤光，上部与光电传感器安装模块22配合安装；叠装凸台26能与中间三通光路叠装模块3与反射光路模块4的叠装腔34配合安装；

中间三通光路叠装模块3与入口三通光路叠装模块2的结构区别在于光纤准直镜安装腔24被替换成叠装腔34，从而实现光路扩展；

反射光路模块4与中间三通光路叠装模块3的结构区别在于没有出射光路27与叠装凸台26，分光镜腔25改为反射镜腔与反射镜48；

本实例中各分光镜腔均放置50：50的二分镜，入口三通光路叠装模块、两个中间三通光路叠装模块、反射光路模块的滤光镜腔分别设置一片200-400nm、400-700nm、700-1100nm、1100-2100nm的滤光镜，分光模块中也采用50：50的分光。

请参见图1，使用时，通过激光头采集的焊区光信号进入分光模块分束，一束通过光纤被光谱仪采集生成完整光谱，该光强为入射光信号的1/2；另一束通过光纤-光纤准直镜进入入口三通光路叠装模块，经过三通光路叠装模块的二分镜分束，一束向上输出经200-400nm滤光镜被光电传感器采集，该光强为入射光信号的1/4；另一束向右输出经第一个中间三通光路叠装模块的二分镜分束，一束向上输出经400-700nm滤光镜被光电传感器采集，该光强为入射光信号的1/8；另一束向右输出经第二个中间三通光路叠装模块的二分镜分束，一束向上输出经700-1100nm滤光镜被光电传感器采集，该光强为入射光信号的1/16；另一束向右输出进入反射光路模块被反射，向上输出经1100-2100nm滤光镜被光电传感器采集。如忽略光程中光的损失，只要将第一个光电传感器的光强信号乘以2，将第二个光电传感器的光强信号乘以4，第三、四个光电传感器的光强信号乘以8，再将其相加即可重构光谱仪所采集的信号。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。