[发明专利]一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统和方法

权利要求书

1.一种金属熔池激光吸收率分布在线测量方法，其特征在于，采用的测量系统包括椭球反射器(1)、辐照激光器(11)、探测激光器(12)、分束镜(4)、第一相机(501)、成像组件(8)、第二相机(502)以及数据采集与控制系统(9)；

其中，所述椭球反射器的内壁镀有均匀且反射率高的膜层；

所述椭球反射器(1)的两个焦点处分别开设第一通孔和第二通孔，金属试样(6)放置在第一通孔处，第二通孔的下方依次设置成像组件(8)和第二相机(502)；

所述探测激光器(12)发出的探测激光(3)经45°角放置的分束镜分成一束透射光和一束反射光，所述反射光的光路上放置第一相机(501)；所述透射光射入椭球反射器(1)后经金属试样(6)、椭球反射器(1)内壁反射后，汇聚至第二通孔，再经过成像组件(8)后被第二相机(502)接收；

所述辐照激光器(11)发出的辐照激光(2)射入椭球反射器(1)后一部分对金属试样(6)进行加热，金属试样(6)产生热辐射光(701)被椭球反射器(1)内壁反射后，再经过第二通孔被成像组件(8)过滤，另一部分经金属试样(6)、椭球反射器(1)内壁反射后，再经过第二通孔被成像组件(8)过滤；

所述第一相机(501)、第二相机(502)均与数据采集与控制系统(9)连接；

具体的测试步骤如下：

步骤1、测量金属试样(6)在无辐照情况下对探测激光的反射率R₀；

步骤2、将所述金属试样(6)放置于第一通孔处，辐照激光器(11)采用波长为λ₁的辐照激光(2)入射至金属试样(6)，其中一部分辐照激光(2)对金属试样(6)表面加热形成金属熔池，同时金属试样(6)产生热辐射光(701)被椭球反射器内壁(1)反射后，再经过第二通孔被成像组件(8)吸收；另一部分辐照激光经金属试样(6)反射后形成加热反射光(702)，加热反射光(702)经椭球反射器(1)内壁反射后，再经过第二通孔被成像组件(8)吸收；

步骤3、探测激光器(12)采用波长为λ₂的探测激光通过所述分束镜，分成一束透射光和一束反射光，其中波长λ₂与步骤2中的波长λ₁不相等，即λ₁≠λ₂；

反射光进入第一相机(501)，第一相机(501)对所述反射光的光斑分布进行监测，从而获得监测图像序列并保存；所述监测图像序列经图像读取和分析得到单帧像像素信号强度矩阵为I₂(t)，其平均信号强度为I_2,mean(t)；

透射光射入椭球反射器(1)后经金属试样反射形成探测反射激光(703)，探测反射激光(703)经椭球反射器(1)内壁反射后，再经过第二通孔、成像组件(8)后被第二相机(502)接收，第二相机(502)对所述探测反射激光(703)的光斑分布进行监测，从而获得探测图像序列并保存；所述探测图像序列经图像读取和分析得到单帧像光斑区像素信号强度矩阵为I₁(t)，其平均信号强度为I_1,mean(t)；

步骤4、数据采集与控制系统(9)对所述第一相机(501)和第二相机(502)采集的数据进行计算处理，从而获取试样表面的吸收率分布矩阵A(t)：

2.根据权利要求1所述的一种金属熔池激光吸收率分布在线测量方法，其特征在于，所述成像组件(8)包括沿透射光光路方向依次设置的第一聚光透镜、第二聚光透镜以及窄带带通滤波片；

第一聚光透镜、第二聚光透镜具有公共焦平面；

所述窄带带通滤波片位于所述公共焦平面上。

3.根据权利要求1所述的一种金属熔池激光吸收率分布在线测量方法，其特征在于，所述成像组件(8)和第二相机(502)之间放置衰减片(10)。

4.根据权利要求1所述的一种金属熔池激光吸收率分布在线测量方法，其特征在于，所述分束镜(4)和第一相机(501)之间放置衰减片(10)。