[实用新型]一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统

说明书

本实用新型提供了一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统，包括激光器、扩束镜、DOE、振镜、场镜、第一反射镜、光线收集器、物镜和CCD相机，在所述激光器前方依次设置扩束镜、DOE、振镜，所述振镜的另一端连接有场镜，所述场镜的前方设置有第一反射镜，所述第一反射镜的透射光路上设有物镜和与镜头连接的CCD相机，反射光路上设有光线收集器。本实用新型有益效果：通过调整物镜的倍率，可以测量任意大小的焦斑，实用性强；极大降低了DOE的安装难度，降低设备调节工作量，改善加工质量；结构简单、性价比高，适合工业大面积推广，巨有很大的市场前景。

技术领域

本实用新型属于激光加工技术领域，尤其是涉及一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统。

背景技术

激光器输出的激光光强分布一般是高斯分布，即光束中心能量最高，越往边缘越弱。在激光加工过程中，由于激光的高斯特性，实际加工会出现加工效果不一致的情况，无法满足高端制造的需求。

衍射光学元件(Difractive Optical Element，DOE)进行光束整形是近年发展起来的功能强大的光束整形方式。DOE可适用于多种的输入激光参数，通过改变镜片上的相位分布，在激光焦面上形成指定的光斑形状和光强分布，还可以实现在激光传播方向特定的光强分布。其典型的功能包括：产生平顶分布圆光斑或矩形光斑；产生线形分布光斑等。这些光斑调制对提高激光加工效果具有重要的意义，例如对于激光钻孔应用，平顶型光斑有利于提升孔壁的垂直度和边缘锐度，激光切割减少切割区域的崩边、熔边，提升切割质量等。

经过DOE调制的激光聚焦光斑可以大大提高光斑的均匀性，改善激光加工效果。为了方便应用和调节，需要在安装DOE时，实时观测聚焦光斑分布，确定DOE的安装和光斑焦面位置。目前应用调试还比较困难，主要原因有两点：聚焦以后的光斑尺寸非常小，一般是几个微米的直径，工业激光器功率都比较高，为几十瓦甚至上百瓦，如此高的功率形成一个极小的热点，会瞬间损坏感光探测器；为了提高激光加工的精度，经过场镜聚焦以后的光斑往往非常小，可达几个微米的直径，而传统的光束测量手段难以测量如此小的光斑直径，这给DOE的安装调节和应用带来困难。

在现有的主流测量技术中光束分析仪主要包含CCD相机、专业光束分析软件，价格比较昂贵，且由于CCD工艺技术的限制，单个像元尺寸往往比较大，比较好的可以做到CCD芯片4um多，一般都是9um。而在实际应用过程中，光斑大小与加工精度息息相关。为了提高加工精度，光斑一般小于10um。通常情况下，一个光斑至少用10个以上像元面积感光拟合光斑分布，即需要CCD芯片做到1um甚至零点几微米。这种CCD芯片工艺很难达到，即便做到价格也非常昂贵，难以在工业应用上大面积推广。

因此，如何简单、方便地测量聚焦光斑的分布在激光加工技术中具有重大意义。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在克服现有技术中聚焦光斑分布测量困难的问题，提出一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于DOE的聚焦光斑分析的焦斑视觉监测系统，包括激光器、扩束镜、DOE、振镜、场镜、第一反射镜、光线收集器、物镜和CCD相机，在所述激光器前方依次设置扩束镜、DOE、振镜，所述振镜的另一端连接有场镜，所述场镜的前方设置有第一反射镜，所述第一反射镜的透射光路上设有物镜和与物镜连接的CCD相机，反射光路上设有光线收集器。

进一步的，所述扩束镜为1-4倍扩束的变倍扩束镜。

进一步的，所述DOE和振镜之间还设有光路转折单元。

进一步的，所述光路转折单元包括多个第二反射镜，且第一个所述第二反射镜的入射光路上设置DOE，最后一个所述第二反射镜的反射光路上设置振镜，中间位置处所述第二反射镜的入射光路上均设置另一个第二反射镜。