激光透光率测试装置及其测试方法与流程

本发明属于激光焊接领域，更具体地说，是涉及一种激光透光率测试装置及其测试方法。

背景技术：

激光焊接通过激光束产生的热量使塑料接触面熔化，进而将热塑性片材、薄膜或模塑零部件粘结在一起。使用激光焊接对塑料焊件进行焊接时，塑料的透光率对焊接的质量至关重要。

然而，塑料的透光率性能受到注塑和注塑上游的影响。在激光焊接之前，需要对待焊接的塑料焊件进行透光率测试，以保证焊接质量。现有的透光率测试装置并没有专门为激光焊接适配，其工作波长往往处于380-760nm，与激光光源的工作波长并不相同。操作人员需要经多次调试才能确定适配的焊接参数，操作繁琐，处理效率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种激光透光率测试装置及其测试方法，以快速测量出塑料产品的透光率，提高焊接效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种激光透光率测试装置，包括：

激光光源，用于发射指定波长的激光光束；

光学组件，包括与所述激光光源相对设置的反射镜片、与所述反射镜片相对设置的衰减片，所述激光光源发射的所述激光光束被所述反射镜片反射至所述衰减片，并在穿透所述衰减片之后，所述激光光束的能量密度被减弱至预设检测范围内；

装载装置，与所述衰减片正对设置，且用于放置待测试透光率的被测物；

光检测装置，与所述衰减片以及所述装载装置设置在同一直线上，且用于检测顺次穿透所述衰减片以及所述被测物之后的所述激光光束的能量密度，根据穿过所述被测物之后的所述激光光束的能量密度，以及所述光检测装置在未放置所述被测物时接收到的激光光束对应的空白信号，计算所述被测物的透光率。

可选的，还包括：

电源，所述电源分别与所述激光光源和所述光检测装置连接，用于向所述激光光源和所述光检测装置供电；

出光开关，设置于所述电源与所述激光光源之间，用于控制所述激光光源的通电状态，所述出光开关还设置有出光指示灯。

可选的，还包括激光吸收模块，所述激光吸收模块设置于所述激光光束穿透所述反射镜片后的路径上，用于吸收穿透所述反射镜片后的激光光束。

可选的，还包括壳体和安装在所述壳体上的保护镜片，所述激光光源、所述光学组件和所述光检测装置设置在所述壳体中；所述保护镜片用于保护设置在所述壳体中的内部构件，所述保护镜片设置于所述激光光束穿透所述衰减片后的光路上，穿透所述衰减片后的所述激光光束经由所述保护镜片穿过所述壳体并抵达所述被测物。

可选的，还包括功率调节模块，所述功率调节模块与所述激光光源连接，用于调节所述激光光源的输出功率，所述功率调节模块对所述激光光源的输出功率的调节范围为0-10w。

可选的，所述光检测装置包括依次连接的光感应器、模数转换器、计算芯片；

所述光感应器，用于根据接收到的激光光束的能量密度，将所述激光光束转化为电信号；所述光感应器包括光敏二极管；

所述模数转换器，用于将所述电信号处理为数字信号；

所述计算芯片，用于根据所述数字信号计算被测物的透光率。

可选的，还包括设置于所述壳体上的触摸屏，所述触摸屏与所述计算芯片连接，用于显示被测物的透光率。

可选的，所述激光光束经所述反射镜片反射时，所述激光光束的入射角为45度；

所述指定波长的取值范围包括800-915纳米或915-1000纳米。

可选的，所述反射镜片为透明的平面镜；所述反射镜片的反射率取值范围为5％-10％或10％-15％；或，

所述衰减片的透光率取值范围为3％-5％或5％-8％；或，

所述保护镜片的透光率取值范围为85％-90％或90％-95％。

本发明的另一个方面，还提供了一种激光透光率测试装置的透光率测试方法，包括：

在激光光源和光检测装置通电后，在装载装置上放置被测物，并获取通过所述光检测装置测量的穿过所述被测物的激光光束的能量密度；所述穿过所述被测物的激光光束，是指所述激光光源发射的，且在经过反射镜片反射至衰减片，并顺次穿透衰减片和所述被测物之后，发送至所述光检测装置的指定波长的激光光束；

在所述装载装置上并未放置所述被测物时，获取通过所述光检测装置测量的未穿过所述被测物的激光光束的空白信号；所述未穿过所述被测物的激光光束，是指所述激光光源发射，且在经过反射镜片反射至衰减片，并穿透衰减片之后即发送至所述光检测装置的指定波长的激光光束；

根据所述空白信号和所述激光光束的能量密度计算所述被测物的透光率。

本发明提供的激光透光率测试装置的有益效果在于：与现有技术相比，使用了与焊接光源相同波长的激光光源，发光特性与焊接光源相同，测得的塑料产品的透光率对后续的焊接流程更具有参考意义。同时，该激光透光率测试装置测试方式简单快捷，可以快速获得塑料产品的透光率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的激光透光率测试装置的结构示意简图；

图2为本发明实施例提供的激光透光率测试装置的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的激光透光率测试装置的侧面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的激光透光率测试装置的立体结构示意图；

图5为本发明实施例提供的激光透光率测试方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，现对本发明提供的激光透光率测试装置进行说明。本发明实施例提供的激光透光率测试装置，包括：

激光光源1，用于发射指定波长的激光光束；

光学组件2，包括与所述激光光源1相对设置的反射镜片21、与所述反射镜片21相对设置的衰减片22，所述激光光源1发射的所述激光光束被所述反射镜片21反射至所述衰减片22，并在穿透所述衰减片22之后，所述激光光束的能量密度被减弱至预设检测范围内；

装载装置3，与所述衰减片22正对设置，且用于放置待测试透光率的被测物；

光检测装置4，与所述衰减片22以及所述装载装置3设置在同一直线上，且用于检测顺次穿透所述衰减片22以及所述被测物之后的所述激光光束的能量密度，根据穿过所述被测物之后的所述激光光束的能量密度，以及所述光检测装置4在未放置所述被测物时接收到的激光光束对应的空白信号，计算所述被测物的透光率。

本实施例中，激光透光率测试装置可用于测量被测物的透光率。在此处，被测物可以指待焊接的塑料产品。激光光源1可以选用与激光焊接光源相同波长的激光光源1。如，激光光源1可以是波长为915nm的半导体激光。激光光源1的功率可以是10w。

光学组件2可用于降低激光光束的能量密度，以使经过光学组件2后的激光光束处于光检测装置4的可检测范围内。光学组件2包括一个或多个光学部件，如反射镜片21、衰减片22等。光学组件2还可用于改变激光光束的传播方向。

在一实例中，激光光源1的功率为10w，其形成的光斑呈椭圆形，椭圆的长半轴的长度为2.5mm，短半轴的长度为1mm，光斑面积为7.85mm²，激光光束的能量密度(以光斑的功率密度表示)为1.274w/mm²。而光检测装置4的预设检测范围可以包括：10^-13w/mm²～10^-3w/mm²。因而，光学组件2的激光透过率可以设置为10^-8～10^-4(如，可以是10^-5)。可以根据实际使用的激光光源1的强度和光检测装置4的预设检测范围确定光学组件2的激光透光率的设置范围。

具体的，在光学组件2中，激光光源1发射的激光光束(图1中的虚线表示了激光光束的传播路径)先射向反射镜片21，被反射镜片21反射至衰减片22，并在穿透衰减片22之后，激光光束的能量密度被减弱至光检测装置4的预设检测范围内。可以根据光学组件2的激光透光率的设置范围，选用反射率适当的反射镜片21，透光率适当的衰减片22。反射镜片21的个数可以是一个或多个，衰减片22的个数可以是一个或多个。

装载装置3，用于放置被测物。若装载装置3是一个水平平台，被测物直接放置于装载装置3上，便可直接测量该被测物的透光率。若装载装置3是一个垂直平台，装载装置3可以设置有夹持部件，以固定被测物的位置，然后再测量该被测物的透光率。

光检测装置4，用于接收经过光学组件2后的激光光束，检测该激光光束的能量密度。在此处，光检测装置4可以使用光敏二极管作为接收激光光束的感应部件。光敏二极管，又叫光电二极管，是一种能够将光转换成电流或者电压信号的光探测器。光检测装置4还包括可处理光敏二极管输出的电信号(即上述的电流或者电压信号)的器件，并折算成激光光束的能量密度(可用不同的形式的方式表示，如可以是光敏二极管输出的电流值)。可以根据未放置被测物时测得的激光光束的能量密度，以及放置被测物后测得的激光光束的能量密度，计算被测物的透光率。在一些情况下，可以考虑环境光的影响，在计算时对环境光进行扣减。

激光光源1、光学组件2、光检测装置4组成一个完整的光路系统，可对被测物的透光率进行检测。

本发明提供的激光透光率测试装置的有益效果在于：与现有技术相比，使用了与焊接光源相同波长的激光光源，发光特性与焊接光源相同，测得的塑料产品的透光率对后续的焊接流程更具有参考意义。同时，该激光透光率测试装置测试方式简单快捷，可以快速获得塑料产品的透光率。

可选的，请参照图2-4，激光透光率测试装置还包括：

电源86，分别与所述激光光源1和所述光检测装置4连接，用于向所述激光光源1和所述光检测装置4供电；

出光开关85，设置于电源86与所述激光光源1之间，用于控制所述激光光源1的通电状态，所述出光开关85还设置有出光指示灯。

具体的，电源86可以是额定电压为220v的交流电源，也可以根据需要选取与激光光源1和光检测装置4适配的直流电源。电源86与激光光源1、光检测装置4可通过必要的导线进行连接。

在电源86中，还可以设置有电源开关82，用于控制电源86的通断。同时，还可以设置有电源指示灯，用于指示激光透光率测试装置的通电状态。电源86通电时，电源指示灯处于点亮状态，电源86不通电时，电源指示灯处于熄灭状态。

在电源86与激光光源1之间，还可以设置有出光开关85和出光指示灯，以控制激光光源1的通断。当打开出光开光，激光光源1处于通电状态，出光指示灯处于点亮状态；当打开出光开光，激光光源1处于通电状态，电源指示灯处于熄灭状态。

可选的，还包括激光吸收模块5，所述激光吸收模块5设置于所述激光光束9穿透所述反射镜片21后的路径上，用于吸收穿透所述反射镜片21后的激光光束9。

本实施例中，由激光光源1产生的激光光束9，其大部分能量直接穿透反射镜片21。激光吸收模块5主要用于吸收激光光束9产生的多余热量，并具有导热散热功能。激光吸收模块5可以由具有吸收光能的，且导热性能良好的材料制作而成。

可选的，激光透光率测试装置还包括壳体8和安装在所述壳体8上的保护镜片6，所述激光光源1、所述光学组件2和所述光检测装置4设置在所述壳体8中；所述保护镜片6用于保护设置在所述壳体8中的内部构件，所述保护镜片6设置于所述激光光束9穿透所述衰减片22后的光路上，穿透所述衰减片22后的所述激光光束9经由所述保护镜片6穿过所述壳体8并抵达所述被测物。

具体的，激光透光率测试装置还包括了用于固定激光光源1、光学组件2和光检测装置4相对位置的壳体8。激光光源1、光学组件2和光检测装置4可设置壳体8内部。壳体8可由不透光的材料制成。在激光光束9经光学组件2后，射出壳体8的部位，可设置保护镜片6。保护镜片6可由具有一定透光性的材料制成。在激光光束9射入装载装置3，以达到光检测装置4的部位，可设置保护镜片7。同样的，保护镜片7可由具有一定透光性的材料制成。保护镜片6与保护镜片7可以使用相同的材质。

此外，电源86、电源开关82、出光开关85、出光指示灯、激光吸收模块5可根据实际需要设置于壳体8内部或壳体8上。

可选的，还包括功率调节模块84，所述功率调节模块84与所述激光光源1连接，用于调节所述激光光源1的输出功率，所述功率调节模块84对所述激光光源1的输出功率的调节范围为0-10w。

本实施例中，功率调节模块84可以是电位器，如功率调节旋钮。功率调节模块84可以对激光光源1的输出功率进行调节，如调节范围可以是0-10w。

可选的，所述光检测装置4包括依次连接的光感应器、模数转换器、计算芯片；

所述光感应器，用于根据接收到的激光光束9的能量密度，将所述激光光束9转化为电信号；所述光感应器包括光敏二极管；

所述模数转换器，用于将所述电信号处理为数字信号；

所述计算芯片，用于根据所述数字信号计算被测物的透光率。

可选的，还包括设置于所述壳体8上的触摸屏81，所述触摸屏81与所述计算芯片连接，用于显示被测物的透光率。

本实施例中，光感应器可以是光敏二极管。光感应器的检测范围可以包括：10^-13w/mm²～10^-3w/mm²。在此处，光感应器输出电信号。该电信号可以是一个电流信号。模数转换器即a/d转换器，或简称adc，是一种可以将电信号(如电流)转变为数字信号的电子元件。计算芯片可以是单片机，用于根据所述数字信号计算被测物的透光率。在计算被测物的透光率时，需要获取一个空白信号i0和一个测量信号it(即激光光束9穿透被测物后的能量密度)。被测物的透光率t为：t＝it/i0。

触摸屏81可以设置于壳体8上，并与计算芯片连接。在触摸屏81上可以显示计算芯片计算出的被测物的透光率。

可选的，所述激光光束9经所述反射镜片21反射时，所述激光光束9的入射角为45度；

所述指定波长的取值范围包括800-915纳米或915-1000纳米。

可选的，所述反射镜片21为透明的平面镜；所述反射镜片21的反射率取值范围为5％-10％或10％-15％；或，

所述衰减片22的透光率取值范围为3％-5％或5％-8％；或，

所述保护镜片6的透光率取值范围为85％-90％或90％-95％。

本实施例中，入射的激光光束9可以与反射镜片21呈一定角度，如45度。激光光源1的波长可以是800-1000纳米。在一实例中，选用波长为915纳米的激光光源1。反射镜片21可以是透明的平面镜。反射镜片21的反射率可以是5％-15％。在一实例中，可选用反射率为10％的反射镜片21，即入射的激光光束990％穿透反射镜片21，10％以反射的形式照射在衰减片22上。这样，作用于反射镜片21或衰减片22上的激光能量将大大减弱，不会引起大的热效应现象，也不会影响测量光路的稳定性。

可以选用透光率为3％-8％的衰减片22。在一实例中，选用的衰减片22的透光率为5％。衰减片22，也称光学衰减片22，指的是利用物质对光的吸收特性，制成片状，放在光路上，可以将光强衰减的片状元件。经测算，激光光束9在衰减片22上产生的热功率低于1.5w，不会对衰减片22产生大的热效应。可根据实际需要设置多于一个的衰减片22。

保护镜片6可以选用高透光的片状元件，保护镜片6的透光率可以是85％-90％或90％-95％。在一实例中，选用的保护镜片6的透光率为90％。

如图5所示，本发明实施例的另一个方面，还提供了一种激光透光率测试装置的透光率测试方法，包括：

在激光光源1和光检测装置4通电后，在装载装置3上放置被测物，并获取通过所述光检测装置4测量的穿过所述被测物的激光光束9的能量密度；所述穿过所述被测物的激光光束9，是指所述激光光源1发射的，且在经过反射镜片21反射至衰减片22，并顺次穿透衰减片22和所述被测物之后，发送至所述光检测装置4的指定波长的激光光束9；

在所述装载装置3上并未放置所述被测物时，获取通过所述光检测装置4测量的未穿过所述被测物的激光光束9的空白信号；所述未穿过所述被测物的激光光束9，是指所述激光光源1发射，且在经过反射镜片21反射至衰减片22，并穿透衰减片22之后即发送至所述光检测装置4的指定波长的激光光束9；

根据所述空白信号和所述激光光束9的能量密度计算所述被测物的透光率。

在测量被测物的透光率时，可以使激光光源1和光检测装置4处于通电状态。即打开电源开关82，然后再打开激光光源1的出光开光。然后在触摸屏81上进行操作，记录未放置待测物时，记录光检测装置4检测到的电流值(即为空白信号)。接着，在装载装置3(在一些情况下，装载装置3可视为壳体8的一部分)上放置待测物(即需要检测的塑料产品)，记录光检测装置4检测到的电流值(即为检测信号)。最后在触摸屏81上点击测量，屏幕上可显示出被测物的透光率值。可以继续测量下一个被测物。测量结束后，先关闭出光开关85，再关闭电源开关82。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。