本公開涉及光學(xué)測(cè)量，特別涉及一種高功率激光直徑測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

1、激光光斑直徑是激光器的主要指標(biāo)之一。尤其在激光加工相關(guān)領(lǐng)域，如激光釬焊、熔覆、淬火、切割、清洗、裝調(diào)、增材制造等應(yīng)用中，高功率激光器激光光斑直徑大小的測(cè)量與控制是影響工藝成敗的重要因素。

2、高功率激光光斑的準(zhǔn)確測(cè)量，需要可靠的誤差來(lái)源評(píng)估與有效的溯源保障。采用ccd/cmos圖像傳感器對(duì)激光直徑進(jìn)行成像，是目前常用的高功率激光直徑測(cè)量方法。但是由于圖像傳感器的感光元件受損傷閾值、飽和閾值等限制，在測(cè)量高功率激光直徑時(shí)，必須先利用分光鏡等手段將光束進(jìn)行衰減。對(duì)于功率在千瓦、萬(wàn)瓦甚至數(shù)十萬(wàn)瓦以上的激光，衰減往往需3次以上才能達(dá)到圖像傳感器允許的光強(qiáng)。另外，由于圖像傳感器陣列尺寸有限，對(duì)于直徑較大的激光光束，還需經(jīng)過(guò)縮束等手段進(jìn)行相似變換，獲得與原始光束相似的低光強(qiáng)光束，最終入射圖像傳感器進(jìn)行測(cè)量。

3、在上述過(guò)程中，激光光束每經(jīng)過(guò)一個(gè)光學(xué)元件，都會(huì)因界面面形、界面反射率、介質(zhì)折射率、晶格排列、灰塵等原因產(chǎn)生不同程度的畸變。另外，隨著激光功率的不斷上升，上述來(lái)源的誤差還會(huì)被進(jìn)一步放大，同時(shí)元件因受熱造成的其他特性變化，也會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生難以準(zhǔn)確估計(jì)的額外誤差，最終令測(cè)量結(jié)果失去可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本公開的主要目的是提供一種高功率激光直徑測(cè)量裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處。

2、為達(dá)到上述目的一個(gè)方面，本公開提供了一種高功率激光直徑測(cè)量裝置，包括：第一反射體1、第二反射體2、第一支架3、連接板4、第一遠(yuǎn)心鏡頭5、第二遠(yuǎn)心鏡頭5＇、第一圖像傳感器6、第二圖像傳感器6＇、第二支架7、第一位移臺(tái)8、第二位移臺(tái)9、探測(cè)器11、第一收集器12和第二收集器13，其中：

3、第一反射體1和第二反射體2分別設(shè)置于待測(cè)的高功率激光光束14入射進(jìn)入探測(cè)器11的光路上，激光光束14中被第一反射體1遮擋的部分被第一反射體1反射至第一收集器12，激光光束14中被第二反射體2遮擋的部分被第二反射體2反射至第二收集器13；

4、第一反射體1和第二反射體2均安裝于第一支架3，第一支架3通過(guò)連接板4集成安裝于由第一位移臺(tái)8和第二位移臺(tái)9構(gòu)成的位移臺(tái)組；

5、第一遠(yuǎn)心鏡頭5、第一圖像傳感器6、第二遠(yuǎn)心鏡頭5＇和第二圖像傳感器6＇均安裝于第二支架7，分別用于對(duì)第一反射體1和第二反射體2進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，并通過(guò)邊緣檢測(cè)算法反饋修正第一反射體1和第二反射體2的位置。

6、上述方案中，所述第一反射體1的反射面法線與所述第二反射體2的反射面法線之間的夾角為60°，所述第一反射體1的運(yùn)動(dòng)軸、所述第二反射體的運(yùn)動(dòng)軸2與所述激光光束14的主軸兩兩正交，且所述第一反射體1的運(yùn)動(dòng)軸與所述第一反射體1的反射面法線呈45°夾角，所述第二反射體2的運(yùn)動(dòng)軸與所述第二反射體2的反射面法線呈45°夾角。

7、上述方案中，第一反射體1和第二反射體2分別由所述位移臺(tái)組帶動(dòng)，沿正交軸掃描，通過(guò)逐漸遮擋光束的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光束14的某一截面進(jìn)行掃描測(cè)量。

8、上述方案中，所述第一位移臺(tái)8和所述第二位移臺(tái)9互相組合，構(gòu)成具備正交的兩軸（x，y）掃描位移功能的位移臺(tái)組，所述第一反射體1和所述第二反射體2在沿正交的x軸和y軸進(jìn)行掃描時(shí)，從完全不遮擋所述激光光束14，移動(dòng)到將所述激光光束14完全遮擋結(jié)束，從而完成對(duì)所述激光光束14的某一截面進(jìn)行沿x或y方向的掃描測(cè)量。

9、上述方案中，該裝置還包括第三位移臺(tái)10，設(shè)置于與x軸和y軸均正交的z軸方向上，所述第三位移臺(tái)10與所述第一位移臺(tái)8、所述第二位移臺(tái)9互相組合，構(gòu)成具備正交三軸(x，y，z)掃描位移功能的位移臺(tái)組，所述第一反射體1和所述第二反射體2在沿正交的x軸、y軸和z軸進(jìn)行掃描時(shí)，從完全不遮擋所述激光光束14，移動(dòng)到將所述激光光束14完全遮擋結(jié)束，從而完成對(duì)所述激光光束14的某一截面進(jìn)行沿x、y或z方向的掃描測(cè)量。

10、上述方案中，所述第一反射體1和所述第二反射體2的反射面，以及切入所述激光光束14的棱邊，均具有反射率為95%~99.999%的高反射率，從而降低自身所受熱量。可選地，所述第一反射體1和所述第二反射體2的反射面，以及切入所述激光光束14的棱邊，均經(jīng)過(guò)拋光和鍍膜。

11、上述方案中，所述第一反射體1和所述第二反射體2的內(nèi)部具有液冷結(jié)構(gòu)，或者，所述第一反射體1和所述第二反射體2同時(shí)由面對(duì)反射面的高壓風(fēng)冷散熱?？蛇x地，所述液冷結(jié)構(gòu)包括鰭片21、液冷通路22和密封結(jié)構(gòu)23。

12、上述方案中，所述第一遠(yuǎn)心鏡頭5、所述第二遠(yuǎn)心鏡頭5＇均為低畸變遠(yuǎn)心鏡頭。所述第一遠(yuǎn)心鏡頭5和所述第一圖像傳感器6的主光軸與所述第一反射體1的反射面垂直，所述第一圖像傳感器6自身或增加濾光片后，對(duì)所述激光光束14波長(zhǎng)無(wú)響應(yīng)，避免強(qiáng)激光的散射光對(duì)所述第一圖像傳感器6造成破壞；所述第二遠(yuǎn)心鏡頭5＇和所述第二圖像傳感器6＇的主光軸與所述第二反射體2的反射面垂直，所述第二圖像傳感器6＇自身或增加濾光片后，對(duì)所述激光光束14波長(zhǎng)無(wú)響應(yīng)，避免強(qiáng)激光的散射光對(duì)所述第二圖像傳感器6＇造成破壞。

13、上述方案中，所述第一收集器12，用于將被第一反射體1反射的激光進(jìn)行收集終止，防止其反射、折射、散射至其他不可控區(qū)域，造成人員、儀器設(shè)備的損傷；所述第二收集器13，用于將被第二反射體2反射的激光進(jìn)行收集終止，防止其反射、折射、散射至其他不可控區(qū)域，造成人員、儀器設(shè)備的損傷；所述第一收集器12和所述第二收集器13均具有液冷散熱結(jié)構(gòu)，并抗高功率激光損傷。

14、上述方案中，該裝置還包括防護(hù)罩，設(shè)置于該高功率激光光斑直徑測(cè)量裝置外。

15、從上述技術(shù)方案可以看出，本公開提供的這種高功率激光直徑測(cè)量裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下有益效果：

16、1.本公開提出的高功率激光直徑測(cè)量裝置，相對(duì)于取樣測(cè)量法，無(wú)需對(duì)高功率激光進(jìn)行衰減、縮束等取樣變換處理，大大簡(jiǎn)少了測(cè)量過(guò)程中與高功率激光直接接觸的結(jié)構(gòu)，減少了測(cè)量誤差來(lái)源。裝置中僅第一反射體1、第二反射體2及探測(cè)器11直接接觸高功率激光并產(chǎn)生相關(guān)測(cè)量誤差，其中，探測(cè)器11為專用高功率激光功率計(jì)，誤差已知且可被準(zhǔn)確溯源修正。因此，根據(jù)測(cè)量原理，激光高功率效應(yīng)而造成的額外誤差，僅來(lái)源于第一反射體1和第二反射體2的形變與位移，整體誤差更易于控制與評(píng)估。

17、2.本公開提出的高功率激光直徑測(cè)量裝置，通過(guò)低畸變成像與邊緣檢測(cè)算法，可準(zhǔn)確獲得第一反射體1和第二反射體2形變與位移量，從而修正因激光的高功率效應(yīng)帶來(lái)的額外誤差，對(duì)關(guān)鍵誤差源形成了閉環(huán)控制，溯源鏈條清晰明確，提升了測(cè)量裝置的準(zhǔn)確性與可靠性。

18、3.本公開提出的高功率激光直徑測(cè)量裝置，結(jié)構(gòu)上采用了雙正交對(duì)稱構(gòu)型，光路布局合理、空間緊湊在保證對(duì)反射體無(wú)畸變正成像的同時(shí)，不會(huì)對(duì)入射激光構(gòu)成遮擋，且入射激光可沿與入射光軸垂直的兩個(gè)方向分別反射，被需占據(jù)較大空間的高功率激光收集器安全收集，避免了高功率激光反射回激光器窗口或反射、散射至其他器件、人員造成損害。另外，該構(gòu)型允許主體結(jié)構(gòu)與位移臺(tái)貼合更緊密，降低因應(yīng)力矩造成的結(jié)構(gòu)自身微形變與位移，更利于對(duì)反射體微形變與位移的精確、穩(wěn)定觀測(cè)。