[实用新型]一种激光熔池光谱检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光谱检测装置，特别是关于一种能够对运动熔池的光谱实时进行检测的激光熔池光谱检测装置。

背景技术

目前，激光加工技术因高效率、无污染、高精度、热影响区小等优点，广泛应用于焊接、切割、零件修复、快速成型等领域。然而，该技术仍处于发展之中，许多基础问题尚待深入研究。激光的高能输入与熔池内的物理运输，存在复杂的光热辐射过程，它直接决定了激光加工的精度和性能，因此发展激光熔池的光热辐射检测装置和深入研究激光熔池中的光热辐射，对于研究其内在规律及物理机制有重要的科学价值，对激光制造的工业应用具有指导作用。

现有技术中采用转折光路传输运动熔池光谱时存在以下问题：光路精度要求较高，运动中物象位置较难控制；熔池温度较高，光学元件受温度影响较大；熔池尺寸较小，光谱辐射有限；激光加工过程中飞溅、烟雾等因素，对熔池光谱产生强烈的吸收，导致检测到的光谱辐射能量较弱。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种光谱采集能力强的运动激光熔池光谱检测装置。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种激光熔池光谱检测装置，其特征在于：它包括一光谱采集透镜、一光纤耦合透镜组、一光栅分光解析装置、一准直透镜和一光纤；所述光谱采集透镜设置在待测激光熔池上方，所述光谱采集透镜的正上方同心设置所述光纤耦合透镜组，所述光栅分光解析装置的前方设置所述准直透镜，所述光纤的输入端设置在光纤耦合透镜组的像平面，所述光纤的输出端设置在准直透镜的焦平面；待检测激光熔池的光谱依次经过所述光谱采集透镜和光纤耦合透镜组进行成像并经所述光纤的输入端进入所述光纤传输，经所述光纤出射的光经所述准直透镜准直成平行光后发射到所述光栅分光解析装置实现激光熔池光谱检测。

在一个优选的实施例中，所述光纤耦合透镜组采用一个凸透镜和一个凹透镜粘贴而成。

在一个优选的实施例中，所述光谱采集透镜采用大孔径会聚透镜。

在一个优选的实施例中，所述光栅分光解析装置采用光栅光谱仪。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型包括光谱采集透镜、光纤耦合透镜组、光栅分光解析装置、准直透镜和光纤，待检测激光熔池的光谱依次经过光谱采集透镜和光纤耦合透镜组进行成像并经光纤的输入端进入光纤传输，由于采用光纤传输激光熔池光谱信号，因此可以实现运动熔池的实时测量，避免同轴送粉激光熔覆过程中粉末颗粒对光谱测量的影响，减小熔池光谱测量过程中的噪声信号，有效提高了同轴送粉激光熔覆过程中检测到的光谱强度和灵敏度。2、本实用新型在待测量激光熔池上方设置有光谱采集透镜和光纤耦合透镜组，其中，光谱采集透镜采用大孔径会聚透镜，能够在更大的空间立体角内采集光谱，光纤耦合透镜组采用低折射率的正透镜和高折射率的负透镜组成，因此可以降低光路像差，增加光纤的耦合效率，从而增强熔池光谱检测的灵敏度。本实用新型可以广泛应用于激光加工中熔池光谱检测中。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的光纤输入端的光路原理示意图；

图3为本实用新型的是光纤输出端的光路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型的激光熔池光谱检测装置包括一光谱采集透镜1、一光纤耦合透镜组2、一光栅分光解析装置3、一准直透镜4和一光纤5。

光谱采集透镜1设置在待测激光熔池上方，光谱采集透镜1的正上方同心设置光纤耦合透镜组2，光栅分光解析装置3的正前方设置准直透镜4，光纤5的输入端设置在光纤耦合透镜组2的像平面，光纤5的输出端设置在准直透镜4的焦平面。

如图2、3所示，本实用新型的工作原理为：待检测激光熔池的光谱辐射依次经过光谱采集透镜1和光纤耦合透镜组2成像并经光纤5的输入端进入光纤5传输，经光纤5出射的光经准直透镜4准直成平行光后发射到光栅分光解析装置3实现激光熔池光谱检测。

在一个优选的实施例中，光纤耦合透镜组2可以采用一个凸透镜21和一个凹透镜22粘贴而成，即由低射率的正透镜和高折射率的负透镜组成。

在一个优选的实施例中，光谱采集透镜1可以采用大孔径会聚透镜，使用中可以将光谱采集透镜1和光纤耦合透镜组2固定安装在激光工作头上，完成激光熔池光谱的采集和光纤耦合。光谱采集透镜1与光纤耦合透镜组2之间的间距由透镜的焦距和物像关系进行确定，可以根据实际所测量的激光熔池进行调节，在此不作限定。