光学检测设备及光路校准方法与流程

本发明涉及光学检测领域，具体涉及一种光学检测设备及光路校准方法。

背景技术：

1、激光加工过程是光与材料相互作用的过程，其主要是利用激光器发出的激光束通过光纤和透镜传输后聚焦在材料表面，材料吸收激光能量引起熔化甚至气化，进而达到材料加工的目的。由于激光的热影响，待加工材料的加工区域会形成熔池，并辐射出等离子体、金属蒸汽、辐射光信号和辐射声信号等多重信号。大量的研究表明，上述信号与激光加工质量密切相关。如果激光加工过程中出现驼峰、未焊透、飞溅、污染等缺陷时，上述辐射信号会体现出不同的信号表征。

2、虽然用于检测激光加工质量的方法及设备多种多样，但激光加工都会因材料剧烈熔化或气化后产生光辐射，因此采集激光加工中的辐射光信号作为检测原始信号具有更加广泛的实用性。通过采集激光加工过程中辐射光信号的数据，并经过对信号的分解、转换及处理后，可以获得激光加工过程中反映质量的表征数据，再通过判别系统后，可以实时检测激光加工的质量。

3、如中国专利cn112461860a公开的激光加工件加工点质量检测方法、装置和系统，公开了一种方案，分别通过红外辐射信号传感器接收波长在1250nm至1700nm区间的红外辐射信号；通过可见光辐射信号传感器对应接收400nm至700nm区间的可见光辐射信号；通过激光加工反射信号传感器接收激光加工反射信号。如中国专利cn112894126a公开的一种激光加工过程检测参数调整方法和系统，通过预设激光加工过程缺陷种类和检测信号参数特征的对应关系；加载激光加工过程检测数据；根据对应关系和激光加工过程检测数据确定激光加工过程检测信号参数特征的基准值。进而可以快速获得激光加工过程检测信号参数特征的基准值，进而在后续在实时加工过程中，可以采用初步得到的参数特征的基准值对实时分析每件加工件过程信号数据进行数据比较，提高检测激光加工过程质量检测过程。

技术实现思路

1、本技术提供了一种光学检测设备及光路校准方法，用于简化多光路光电传感方案在客户现场的光路校准动作，提高光学检测设备在客户现场的体验性。

2、第一方面，本技术提出的光学检测设备，包括壳体、分光光路、第一光电传感器、第二光电传感器和校准光源；壳体具有通光孔，用于通过通光孔接收外部检测区域的辐射光；并通过内置的分光光路、第一光电传感器、第二光电传感器处理来自于通光孔的辐射光；分光光路，用于接收通过通光孔进入壳体的来自于外部检测区域的辐射光，并将辐射光分选出至少两个不同频段的辐射光；第一光电传感器，用于接收来自分光光路的第一波段光信号；第二光电传感器，用于接收来自分光光路的第二波段光信号；校准光源，设置于壳体内部，用于辐射校准光到分光光路中，并通过壳体通光孔辐射到外部检测区域；其中，通过分光光路使得来自校准光源的校准光与外部检测区域的辐射光在壳体通光孔轴线上同轴，第一波段光信号与第二波段光信号不相同。

3、因此，本技术实施例中，通过在光学检测设备内部内置校准光源，使得对内部多路光电传感器的感光区域对准时进行方便的校准，减少了设备用于客户现场时，需要拆卸内部光学器件校准方式进行传统校准或者需要反复校准内部光路等不便，提高可设备在使用时的体验性。

4、在一种可能的实施方式中，本技术提供的光学检测设备中，通光孔上或外部设置聚焦镜，用于将外界的辐射光准直成平行光；分光光路，还用于将校准光源辐射的校准光辐射到通光孔，使得通光孔处的校准光与外界的辐射光在通光孔光轴上同轴。

5、因此，本技术实施方式中，通过在通光孔上或外部设置聚焦镜可以保持校准光、外部辐射光在通光孔或者分光光路主轴上保持一致。

6、在一种可能的实施方式中，本技术提供的光学检测设备中，分光光路包括沿通光孔光轴分段并行排列、且与光轴呈一定角度设置的多个分光镜；每个分光镜用于将来自通光孔光轴上的外界的辐射光分光到对应的光电传感器；每个分光镜与对应的光电传感器之间设置滤光镜、减光镜、聚焦镜中的一种或多种。

7、因此，本技术实施方式中，通过在分光光路中集成光隔离效应的滤光镜或者增加减光镜或者聚焦镜的一种或多种，使得本技术光学检测设备可以灵活适配到不同性能参数的光电传感器中，增加了光学检测设备通用性。

8、在一种可能的实施方式中，本技术提供的光学检测设备中，校准光源设置在远离通光孔的最后分光镜的末端，使得校准光依次透射并行排列的多个分光镜后，通过聚焦镜汇聚到外部检测区域上。

9、因此，本技术实施方式中，校准光源可以和其中一个光电传感器复用一个分光镜，降低了光学检测设备的成本和设备体积。

10、在一种可能的实施方式中，本技术提供的光学检测设备中，校准光源通过单独设置在分光光路中多个分光镜中的一个，单独将校准光源辐射的校准光辐射到通光孔，使得通光孔处的校准光与外界的辐射光在通光孔光轴上同轴。

11、因此，本技术实施方式中，可针对校准光源波长特点，通过将对应分光镜针对性的镀膜设置，在不损失主光路太多能量的前提下，将校准光导入到光路系统中。

12、在一种可能的实施方式中，本技术提供的光学检测设备中，壳体包括一体化底壳和固设在底壳顶部的盖板；底壳具有一体化成型的基准底面和底面周边围设的多面外侧壁，基准底面和多面外侧壁围设形成内部空腔；多面外侧壁的其中一面外侧壁上开设的通光孔，通过通光孔接收来自外部检测区域的辐射光。

13、因此，本技术实施方式中，通过一体化成型技术形成底壳，并在底壳上固设相关光学器件和校准光源等可更换设备，进而使得在光学检测设备在振动的环境中能尽量保持高精度和高一致性。

14、在一种可能的实施方式中，本技术提供的光学检测设备中，底壳的基准底面向上延伸形成与底壳一体成型的安装座；所述安装座包括分光镜安装座、聚光镜安装座、减光镜安装座、滤光镜安装座、校准光源安装座的一个或多个；通过安装座嵌设或固定对应分光光路、第一光电传感器、第二光电传感器、和校准光源；其中，分光光路包括分光镜、聚光镜、减光镜、滤光镜的一个或多个。

15、因此，本技术实施方式中，通过在一体化成型技术形成底壳中设置包括有分光镜、聚光镜、减光镜、滤光镜的一个或多个的分光光路，提高了设备的适配性，满足多种可能的应用场景。

16、在一种可能的实施方式中，本技术提供的光学检测设备中，还包括位置调整机构，校准光源与位置调整机构可拆卸式连接一体；带动校准光源在平面或立体空间内进行移动，使得第一光电传感器和第二光电传感器的对准。

17、因此，本技术实施方式中，通过校准光源与位置调整机构可拆卸式连接一体，可以选择光学检测设备在生产时顺利调整相关光学器件点的位置，使得来自校准光源的校准光与外部检测区域的辐射光在壳体通光孔的轴线上同轴，便利了产品的生产制造中第一光电传感器和第二光电传感器的对准。

18、第二方面，本技术还提出应用于上述所述光学检测设备的光路校准方法，包括：

19、对校准光源的位置进行调节，使其产生的光束经分光光路后，通过通光孔输出到外部检测区域的中心，通过分光光路使得来自校准光源的校准光与外部检测区域的辐射光在壳体通光孔的轴线上同轴；

20、分别调整第一光电传感器和第二光电传感器的位置，使得通过每个光电传感器的入光面都对准外部检测区域的中心。

21、因此，本技术实施方式中，通过内设在光学检测设备中校准光源的位置可调设置，使得校准光源通过出光口出射时，能与辐射光光路同轴，进而在确定校准光源位置后，通过调整多个光电传感器的位置，进一步保障了光学检测设备出厂时内部光路的一致性。

22、在一种可能的实施方式中，本技术提供的光路校准方法中，在光电传感器位置对应的聚焦镜的焦平面处设置光阑，通过光阑观察检测区域确定光电传感器的位置。

23、因此，本技术实施方式中，通过设置可选光阑辅助光路校准，在通过调整机构固定校准光源后，继续通过调整光阑位置，进而确定光电传感器位置，使得光电传感器与外部检测区域对准，提高了光学检测设备出厂前的生产便利性。