一种水导激光监测方法及监测系统

技术领域

本发明属于水导激光加工技术领域，涉及一种水导激光监测方法及监测系统。

背景技术

水导激光系统是一种应用广泛的切割和加工技术，通过将激光束导引至工件表面，利用高能量密度的光束进行切割、打孔或表面处理。在水导激光系统中，水被用作传导介质，将聚焦后的激光传导在工件上，而稳定、高质量的激光是影响加工效果的关键。激光在传导过程中可能受到各种影响，例如水质、流速、温度变化等因素，这些因素都可能影响到加工水流的质量和稳定性。因此，监测和维持激光束质量在水导激光系统中至关重要。

然而，由于水导激光需要极高的设备稳定性，激光器与光学元件需要被严格固定。而对于激光光束的测量通常单独进行，未将激光器固定到加工设备上。在确定激光器符合加工要求后便固定在加工设备上，此时由于加工设备限制难以在进行多次测量，操作人员对于激光器的信息不能实时掌握，容易造成喷嘴损伤等问题。

因此，需要一种能够实时监测激光状态，并对功率等参数进行测量的方法或装置来解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：一种水导激光监测方法，包括以下步骤：

步骤S1：激光自激光器发出，通过准直系统后，由分束器将激光分为测量激光与加工激光；其中，测量激光用于实时监测激光参数，加工激光用于水导激光切割与加工；

步骤S2：对测量激光的功率进行监测，当监测到Pt

步骤S3：对测量激光的光斑进行监测，相机在初始位置获得的光斑图像传递给控制系统；控制系统对接收的数据进行滤波处理，之后控制相机前后移动，获得不同位置处的光斑大小，在获得多组数据后根据公式d

步骤S4：根据步骤S2、S3监测结果，实时调节激光器发出的激光功率。

优选的，所述步骤S2中，K取值范围为：0.6～0.8。

优选的，所述步骤S3中，根据公式d

优选的，所述步骤S3中，相机为CCD相机。

本发明还公开一种水导激光监测系统，所述监测系统采用上述任一水导激光监测方法；水导激光监测系统包括：激光器、准直系统、分束器、监测装置、耦合系统、控制系统、加工平台，激光器用于发射激光，准直系统用于调整激光器发射激光的发散角以确保激光在传播过程中保持准直，分束器用于将准直后的激光分束分为测量激光与加工激光，监测装置用于监测测量激光的激光功率和或激光光斑，耦合系统用于将汇聚的入射加工激光与水流合成激光水射流后发射至加工平台，控制系统用于根据监测装置的反馈信息实时调节激光器的发射功率、耦合系统的耦合参数及加工平台的加工参数；激光器光路连接准直系统，准直系统光路连接分束器，分束器分别光路连接监测装置、耦合系统，耦合系统产生的激光水射流射向加工平台，控制系统电连接激光器、监测装置、耦合系统、加工平台。

优选的，所述监测装置监测测量激光的激光功率时，监测装置包括衰减镜片、窄带滤波镜片、聚焦镜片、功率计，测量激光射入监测装置后依序经过衰减镜片、窄带滤波镜片、聚焦镜片后照射在功率计的光功率测量部件上，功率计电连接至控制系统。

优选的，所述监测装置监测测量激光的激光光斑时，监测装置包括衰减镜片、窄带滤波镜片、分束镜片、相机，测量激光射入监测装置后依序经过衰减镜片、窄带滤波镜片、分束镜片后照射在相机的镜头上，相机电连接至控制系统。

优选的，所述监测装置监测测量激光的激光功率和激光光斑时，监测装置包括衰减镜片、窄带滤波镜片、分束镜片、相机、聚焦镜片、功率计，测量激光射入监测装置后依序经过衰减镜片、窄带滤波镜片、分束镜片后，一部分测量激光经过聚焦镜片后照射在功率计的光功率测量部件上，另一部分测量激光照射在相机的镜头上，功率计、相机分别电连接至控制系统。

优选的，所述加工平台的加工参数包括：加工平台距离耦合系统喷口的距离、加工平台上待加工工件的移动速度。

本发明的有益效果是：

本发明通过将准直后的激光用分束器分为测量激光与加工激光，在加工激光进行加工时同步实时对测量激光的功率及光斑进行监测，从而能够实时掌握加工激光的参数信息；因此，本发明提供了一种水导激光监测方法及监测系统，能有效监测加工过程中激光参数变化，及时发现激光器问题，避免激光损伤加工设备，同时提高加工效率。

附图说明

图1是一种水导激光监测方法及监测系统的监测方法示意图；

图2是监测系统示意图；

图3是监测系统仅监测激光功率时的示意图；

图4是监测系统监测激光功率和激光光斑时的示意图。

其中，1、激光器；2、准直系统；3、分束器；4、监测装置；5、耦合系统；6、控制系统；7、加工平台；41、衰减镜片；42、窄带滤波镜片；43、聚焦镜片；44、功率计；45、分束镜片；46、相机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的相关技术进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1～4，一种水导激光监测方法，包括以下步骤：

步骤S1：激光自激光器发出，通过准直系统后，由分束器将激光分为测量激光与加工激光；其中，测量激光用于实时监测激光参数，加工激光用于水导激光切割与加工；

步骤S2：对测量激光的功率进行监测，当监测到Pt

步骤S3：对测量激光的光斑进行监测，相机在初始位置获得的光斑图像传递给控制系统；控制系统对接收的数据进行滤波处理，之后控制相机前后移动，获得不同位置处的光斑大小，在获得多组数据后根据公式d

步骤S4：根据步骤S2、S3监测结果，实时调节激光器发出的激光功率。

进一步的，所述步骤S2中，K取值范围为：0.6～0.8。

进一步的，所述步骤S3中，根据公式d

进一步的，所述步骤S3中，相机为CCD相机。

本发明还公开一种水导激光监测系统，所述监测系统采用上述任一水导激光监测方法；水导激光监测系统包括：激光器1、准直系统2、分束器3、监测装置4、耦合系统5、控制系统6、加工平台7，激光器1用于发射激光，准直系统2用于调整激光器1发射激光的发散角以确保激光在传播过程中保持准直，分束器3用于将准直后的激光分束分为测量激光与加工激光，监测装置4用于监测测量激光的激光功率和或激光光斑，耦合系统5用于将汇聚的入射加工激光与水流合成激光水射流后发射至加工平台7，控制系统6用于根据监测装置4的反馈信息实时调节激光器1的发射功率、耦合系统5的耦合参数及加工平台7的加工参数；激光器1光路连接准直系统2，准直系统2光路连接分束器3，分束器3分别光路连接监测装置4、耦合系统5，耦合系统5产生的激光水射流射向加工平台7，控制系统6电连接激光器1、监测装置4、耦合系统5、加工平台7。

进一步的，所述监测装置4监测测量激光的激光功率时，监测装置4包括衰减镜片41、窄带滤波镜片42、聚焦镜片43、功率计44，测量激光射入监测装置4后依序经过衰减镜片41、窄带滤波镜片42、聚焦镜片43后照射在功率计44的光功率测量部件上，功率计44电连接至控制系统6。

进一步的，所述监测装置4监测测量激光的激光光斑时，监测装置4包括衰减镜片41、窄带滤波镜片42、分束镜片45、相机46，测量激光射入监测装置4后依序经过衰减镜片41、窄带滤波镜片42、分束镜片45后照射在相机46的镜头上，相机46电连接至控制系统6。

进一步的，所述监测装置4监测测量激光的激光功率和激光光斑时，监测装置4包括衰减镜片41、窄带滤波镜片42、分束镜片45、相机46、聚焦镜片43、功率计44，测量激光射入监测装置4后依序经过衰减镜片41、窄带滤波镜片42、分束镜片45后，一部分测量激光经过聚焦镜片43后照射在功率计44的光功率测量部件上，另一部分测量激光照射在相机46的镜头上，功率计44、相机46分别电连接至控制系统6。

进一步的，所述加工平台7的加工参数包括：加工平台7距离耦合系统5喷口的距离、加工平台7上待加工工件的移动速度。

实施例

本实施例中，整个水导激光加工系统包含激光器1、准直系统2、分束器3、监测装置4、耦合系统5、控制系统6和加工平台7。激光自激光器1发出，通过准直系统2后，由分束器3将激光分为测量激光与加工激光两部分；测量激光进入监测装置4，监测装置4完成测量后，将信息传递给控制系统6，由控制系统6根据激光功率、光束质量等参数对激光器1、加工平台7进行控制。加工激光进入耦合系统5，通过其内在的窗口玻璃，聚焦镜，最后聚焦在喷嘴上表面，聚焦光束经过在水射流中全反射形成加工水流。

其中监测装置4可分为：如图3所示的一类监测装置，测量激光经过衰减镜片41：衰减镜片41用于衰减测量激光功率，避免后续元件损伤，窄带滤波镜片42：窄带滤波镜片42避免其他杂光对测量产生影响、聚焦镜片43，最后到达探测器，该探测器为功率计44，也可以为CCD相机46；当探测器为功率计44时，其探测值Pt为测量激光的功率，探测到该数据后，传递给控制系统6，控制系统6将该值与理论值P＝P0*β*ɑ进行比较，其中P0代表激光器1的出光功率，可由激光器1数据报告得到，β代表经过分束器3后的测量激光功率占比，ɑ代表经过衰减镜片41后功率占比，当Pt<0.7P时，则说明激光器1功率有明显下降，应及时停止加工，对激光器1进行检修。当探测器为CCD相机46时，其初始位置应在聚焦镜片43的后焦面处，其获得的光斑图像传递给控制系统6；控制系统6对接受的数据进行滤波处理，之后控制4CCD相机46前后移动，获得不同位置处的光斑大小，在获得19组数据后根据公式d

第二类监测装置在第一类的基础上增加了分束镜片45，使得系统能同时监测激光功率与其他参数，测量激光经过衰减镜片41，窄带滤波镜片42、分束镜片45后，一部分经过聚焦镜片43，最后到达CCD相机46，进行激光参数测量，其方法与第一类监测装置类似；另一部分到达功率计44。将探测值Pt与理论值P＝P0*β1*ɑ*β2进行比较，其中P0代表激光器1出光功率，β1、β2代表经过两个分束器后的测量激光功率占比，ɑ代表经过衰减器后功率占比。当Pt<0.7P时，则说明激光器1功率有明显下降，应及时停止加工，对激光器进行检修。

综上所述，本发明通过将准直后的激光用分束器分为测量激光与加工激光，在加工激光进行加工时同步实时对测量激光的功率及光斑进行监测，从而能够实时掌握加工激光的参数信息；因此，本发明提供了一种水导激光监测方法及监测系统，能有效监测加工过程中激光参数变化，及时发现激光器问题，避免激光损伤加工设备，同时提高加工效率。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。