[实用新型]在线同轴测温、功率检测以及同轴成像的激光聚焦系统

说明书

本实用新型涉及一种在线同轴测温、功率检测以及同轴成像的激光聚焦系统。本系统包括激光系统、CCD成像系统、测温系统、功率反馈系统等四个光路的光学系统。本实用新型采用多波长分光镜使激光、CCD成像光信号、温度光信号光路实现同轴传输。该系统具有设计合理、构思新颖、工艺规范、结构紧凑、方便调节、适宜工业化批量生产，可广泛应用于电子焊接、胶水固化等领域。

技术领域

本实用新型涉及一种新型激光聚焦系统，特别是设计一种在线同轴测温，功率检测以及同轴成像的激光聚焦系统。

背景技术

目前，光纤耦合激光器被广泛应用于工业焊接、切割、固化等领域，但是光纤直径一般比较小，光纤端面功率密度非常高，在工业加工环境下，如果光纤直接作用在被加工面上，光纤表面很容易被污染，导致光纤被烧毁；因此在工业应用场合，都会采用激光聚焦头，通过成像，使激光聚焦于聚焦头后一定距离，同时也能够对光纤起保护作用。工业加工中，为了观察被加工工件，往往需要成像光信号输出，加装CCD(电荷耦合器件)，进行检测甚至定位控制；同时有些被加工工件对温度较敏感，为了达到最好的加工效果，需要检测加工位置的实时加工温度，甚至通过探测被加工工件的温度结合温度反馈系统实时控制照射在工件表面的激光功率以达到控制加工实时温度的目的；再一方面，为了了解工件加工的实时动态，加入功率计检测激光功率，使整个流程的掌控更加具体。一般情况下，聚焦头、CCD、温度测量和功率反馈系统是分立的，不仅体积大，而且调节精度也要求非常高。

实用新型内容

为了适应工业加工中实时成像观测，温度控制和功率检测的需要，使光纤耦合激光器能够更广泛更稳定的应用于工业加工、制造等领域，本实用新型设计一种新的结构，能够使激光聚焦系统实现在线同轴测温，同轴功率检测以及同轴成像的功能。不仅体积小巧，而且精度、稳定性、同一性得到根本性提高。

本实用新型的技术构思是，根据激光、CCD成像、温度探测三个光路所采用的光波波长的不同，采用分光镜，实现同轴测温成像；三个光路中部分光路共用同一路径，使CCD成像点、激光聚焦点、测温点重合；激光光路与成像系统内部采用先准直为平行光，再聚焦的设计方式，使激光聚焦点光斑大小与激光出纤光斑大小的比例可控；由于分光镜无法做到对某一波长的光完全反射或透射，故在微弱透射部分加入功率计作为功率反馈光路进行功率检测。此结构能够实现激光光路、CCD成像系统、测温光路等光路同轴。具体技术实施方案如下：

由CCD成像光路系统、温度探测光路系统、功率反馈系统和激光聚焦系统构成，准直系统由多个镜片组组成；准直系统和第一聚焦镜沿激光光路光轴构成激光聚焦系统；调节镜、第一聚焦镜、照明系统、第一多波长分光镜和第二多波长分光镜沿CCD成像光路光轴构成CCD成像系统，将加工点的图像成像于CCD接收平面，多波长分光镜实现激光与可见光同轴传播；第二聚焦镜、第一多波长分光镜和第二多波长分光镜、第一聚焦镜沿探温光路光轴构成温度探测系统，将温度的光信号采集到温度探测器上，多波长分光镜实现不同波长光信号的分光比不同。

第二多波长分光镜位于激光光路光轴和CCD成像光路光轴上，实现激光和可见光的同轴传输。

第二多波长分光镜位于激光光路光轴、CCD成像光路光轴和温度探测光路光轴上，实现激光、可见光和温度光信号的同轴传输。

所有光学透镜，包括第二聚焦镜、第三聚焦镜、调节镜、第一聚焦镜、准直系统是单透镜，或者是组合透镜，或多个透镜系统组成的等效透镜。

第一聚焦镜的材料必须是同时能透过可见光、近红外和中红外的材料。

第一多波长分光镜、第二多波长分光镜镀多层膜，对激光，温度光信号以及成像光信号的分光能力不同。

温度光信号、激光、CCD成像信号在聚焦镜前为共轴系统；合束方式是温度光信号和激光的合束、或者是温度光信号和CCD成像信号的合束、或者是CCD成像信号和激光的合束、或者是温度光信号、激光和CCD成像信号的合束。