专利名称：

发明

一种高反射材料熔池的检测装置和方法

申请公布号：

CN117664019A

申请公布日：

2024-03-08

申请号：

2023116255300

申请日：

2023-11-30

申请人：

华中科技大学,

地址：

430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号

发明人：

黄雅萱,马冬林,唐霞辉,王修正,杨嘉根,罗舒宁,陶源,郝博楷,罗元苒,赵益璇,

分类号：

G01B11/22(2006.01);G01S17/08(2006.01);

专利代理机构：

华中科技大学专利中心 42201

代理人：

尹丽媛

最终专利权人：

摘要：

本发明公开了一种高反射材料熔池的检测装置和方法，属于激光焊接检测技术领域，检测装置将激光束分成主光束和副光束，将所述主光束投射至高反射材料表面进行熔池加工；将所述副光束分成第一检测光和第二检测光并出射，所述第一检测光投射到参考平面得到第一反射光，所述第二检测光投射到高反射材料对应熔池加工位置得到第二反射光，将两束反射光合束成探测光，并从所述探测光对应的干涉图像中获取熔池加工位置的深度信息。本方案只需要一个光源，避免了波长选择的限制，同时有利于限制其他波长的杂散光的干扰，可以获得更好加工效果和检测效果。

权利要求书：

1.一种高反射材料熔池的检测装置，其特征在于，包括：激光光源，用于出射激光光束；主光束模组，设置在所述激光光束的出射光路上，用于将所述激光光束划分成主光束和副光束，将所述主光束投射至高反射材料表面进行熔池加工，并出射所述副光束；副光束模组，设置在所述副光束的出射光路上，用于将所述副光束分成第一检测光和第二检测光并出射；参考臂模组，设置于所述第一检测光的出射光路上，用于将所述第一检测光投射到参考平面，所述第一检测光被反射成第一反射光并投射；样品臂模组，设置于所述第二检测光的出射光路上，用于将所述第二检测光投射到所述高反射材料对应熔池加工位置，所述第二检测光被反射成第二反射光并投射；信号处理模组，设置于所述第一反射光和所述第二反射光的出射光路上，用于将所述第一反射光和所述第二反射光合束成探测光，并从所述探测光对应的干涉图像中获取所述熔池加工位置的深度信息。2.如权利要求1所述的高反射材料熔池的检测装置，其特征在于，在所述激光光源和所述主光束模组之间还设置有：光束准直模组；所述光束准直模组包括：包含两个沿光路平行放置的凸透镜，所述激光光束到第一块凸透镜在其像方交点处会聚且会聚点在第二个凸透镜的物方焦点上。3.如权利要求1所述的高反射材料熔池的检测装置，其特征在于，所述主光束模组，包括：第一反射镜，设置在所述激光光束的出射光路上，用于对入射光束进行反射和透射，分别得到所述主光束和所述副光束，并出射；第一聚焦透镜，设置在所述主光束的出射光路上，用于将所述第一反射镜反射的主光束聚焦至高反射材料表面进行熔池加工。4.如权利要求3所述的高反射材料熔池的检测装置，其特征在于，所述主光束模组还包括：第二反射镜，设置在所述激光光束的出射光路上并在所述第一反射镜之前，用于将所述激光光束对应的入射光束进行反射和透射，反射光入射到所述第一反射镜上作为其入射光束被分束成所述主光束和副光束；其中，利用所述主光束进行熔池加工时，部分光线被熔池散射逆着入射方向沿原光路返回，通过所述第一聚焦透镜形成平行光，经过所述第一反射镜改变光路后入射到所述第二反射镜上进行部分光反射和部分光透射；第一图像处理单元，设置于所述第二反射镜对应的部分光透射光路上，用于根据所述部分光获得所述熔池对应的二维形态图像。5.如权利要求1所述的高反射材料熔池的检测装置，其特征在于，所述副光束模组，包括：第一光隔离器和第一光纤耦合器；所述第一光隔离器，设置在所述副光束的出射光路上，用于将所述副光束导入第一光纤耦合器的第一端；所述第一光纤耦合器，与所述第一光隔离器连接，用于将所述副光束分成第一检测光和第二检测光并分别由第二端和第三端口出射。6.如权利要求5所述的高反射材料熔池的检测装置，其特征在于，所述参考臂模组包括：第一平面反射镜，设置于所述第一光纤耦合器的第二端出射光路上，用于改变所述第二端输出的第一检测光的光路；第二聚焦透镜，设置于所述第一平面反射镜的反射光路上，用于将所述第一平面反射镜的第一检测光聚焦透射；第二平面反射镜，作为所述参考平面，设置于所述第二聚焦透镜的透射光路上，用于反射所述第一检测光得到第一反射光，所述第一反射光通过所述第二聚焦透镜变为平行光束并入射到所述第一平面反射镜改变传播方向，再沿原光路返回到所述第一光纤耦合器并传输至所述信号处理模组。7.如权利要5所述的高反射材料熔池的检测装置，其特征在于，所述样品臂模组包括：第三平面反射镜，设置于所述第一光纤耦合器的第三端出射光路上，用于改变所述第三端的输出的第二检测光的光路；第三聚焦透镜，设置于所述第三平面反射镜的反射光路上，用于将所述第三平面反射镜的反射的第二检测光聚焦到所述高反射材料对应熔池加工位置，得到第二反射光；第四聚焦透镜，设置于所述第二反射光的反射光路上，用于将所述第二反射光转化为平行光；第四平面反射镜，设置于所述平行光的光路上，用于改变其光路使之进入所述信号处理模组。8.如权利要求5所述的高反射材料熔池的检测装置，其特征在于，所述信号处理模组包括：第二光纤耦合器，设置于所述第一反射光和所述第二反射光的出射光路上，用于将所述第一反射光和所述第二反射发生干涉并光合束成所述探测光；光栅，设置于所述探测光的出射光路上，用于将所述探测光进行分光，按波长大小以不同角度出射；第二图像处理单元，设置于所述光栅的出射光路上，用于根据各个分光对应的衍射光图像采集所述熔池加工位置的深度信息。9.如权利要求8所述的高反射材料熔池的检测装置，其特征在于，所述光栅包括多个平行等间距的刻痕；当所述探测光投射到光栅上刻痕对应的狭缝表面时，同一狭缝上不同波长的衍射光具有不同的衍射角，不同狭缝上相同波长的光具有相同的衍射角，以将不同波长的光被分开；所述光栅的能量集中在0级和±1级衍射条纹上。10.一种高反射材料的熔池检测方法，其特征在于，包括：S1：出射激光光束；S2：将所述激光光束划分成主光束和副光束，将所述主光束投射至高反射材料表面进行熔池加工，并出射所述副光束；S2：将所述副光束分成第一检测光和第二检测光并出射；S3：将所述第一检测光投射到第二平面反射镜，所述第一检测光被反射成第一反射光并投射；S4：将所述第二检测光投射到所述高反射材料对应熔池加工位置，所述第二检测光被反射成第二反射光并投射；S5：将所述第一反射光和所述第二反射光合束成探测光，并从所述探测光对应的干涉图像中获取所述熔池加工位置的深度信息。

主视图

日期	最新法律状态	描述
2024-03-26	实质审查的生效	实质审查的生效 IPC(主分类):G01B11/22 专利申请号:2023116255300 申请日:20231130
2024-03-08	公开	公开