激光焊接光谱监测仪的制作方法

本技术属于光谱检测，涉及一种用于激光焊接的光谱监测仪。

背景技术：

1、目前，对激光焊接过程的激光监控主要有高速红外相机、光电二极管、高温计和光电倍增管等。这些设备对激光加工过程监控工作非常有吸引力，然而，这些类型的传感器通常仅在有限的光谱范围内敏感。例如，硅光电二极管通常用于紫外和可见光波长，而锗和ingaas光电二极管优选用于可见光到红外光检测。

2、激光焊接接过程中产生的光谱范围较大，其中熔池红外热辐射覆盖红外光（通常波长1200nm-1800nm），而等离子体发射在近紫外至可见光波长(通常波长为350nm-700nm)，激光作用于材料本身会产生反射光（通常波长为1060nm–1090nm)。目前，现有技术中的监测仪器往往只能监测某一段有限波长范围内的光谱无法准确地监测激光加工过程中出现的各种复杂的情况，其监测功能单一、适用范围窄。部分厂家通过使用多个可探测不同光谱段的监测仪器对激光韩，不仅建构复杂、系统臃肿，且会造成监测成本的负担。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种激光焊接光谱监测仪，以解决现有光谱监测仪器只能监测某一段有限波长范围内光谱的问题。

2、为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：包括内部设有光谱监测主控电路板、第一滤波片、第一光电二极管、第二滤波片、第二光电二极管、第三滤波片、第三光电二极管、一号二向色镜和二号二向色镜的监测装置，所述监测装置的下方设有反射装置，所述反射装置包括有第一分光镜和连接管，所述连接管用于同激光焊接头连接，其中:所述第一分光镜为5:5分光镜，能将入射的激光焊接光谱（350-1800nm）50%光反射至纵向光路的二号二向色镜，所述二号二向色镜为波长选择性光学镜片，特性为：反射350-700nm波段的光，透射700-1800nm波段的光；所述一号二向色镜为波长选择性光学镜片，特性为：反射1060-1090nm波段的光，透射1200-1800nm波段的光；

3、所述第一滤波片、所述一号二向色镜、所述二号二向色镜和所述第一分光镜从上至下依次分布形成纵向光路，所述第一滤波片为1200-1800nm窄带滤波片，所述第一光电二极管对应设置于所述第一滤波片的上方，且其感光面朝向所述第一滤波片，用于接收经所述一号二向色镜透射、所述第一滤波片提纯后的1200-1800nm波段光；

4、所述第二滤波片和所述一号二向色镜从左至右分布形成第一横向光路，所述第二滤波片为1060-1090nm窄带滤波片，所述第二光电二极管对应设置于所述第二滤波片的左侧，且其感光面朝向所述第二滤波片，用于接收经所述一号二向色镜反射、所述第二滤波片提纯后的1060-1090nm波段光；

5、所述第三滤波片和所述二号二向色镜从左至右分布形成第二横向光路，所述第三滤波片为350-700nm窄带滤波片，所述第三光电二极管对应设置于所述第三滤波片的左侧，且其感光面朝向所述第三滤波片，用于接收经所述二号二向色镜反射、所述第三滤波片提纯后的350-700nm波段光，经所述二号二向色镜透射的700-1800nm波段光沿所述纵向光路传输至一号二向色镜；

6、所述第一分光镜相对于所述纵向光路倾斜设置并朝向所述第一滤波片（用于将50%焊接光谱导向纵向光路），所述一号二向色镜相对于所述第一横向光路倾斜设置并朝向所述第二滤波片（用于将反射的1060-1090nm光导向第二滤波片），所述二号二向色镜相对于所述第二横向光路倾斜设置并朝向所述第三滤波片（用于将反射的350-700nm光导向第三滤波片），

7、所述第一光电二极管、所述第二光电二极管和所述第三光电二极管均与所述光谱监测主控电路板相连接，能将探测到的不同波段光信号转化为电流信号，所述光谱监测主控电路板用于对电流信号进行电压放大、滤波、解调、a/d转换及数据处理，通过分析三波段光谱强度变化判断焊接状态。

8、上述技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述第一滤波片与所述一号二向色镜之间设有第一聚焦镜，所述第一聚焦镜的光轴与所述纵向光路共线，用于将所述一号二向色镜透射的1200-1800nm光聚焦至所述第一滤波片，提升滤波效率与光信号强度，确保光信号被所述第一光电二极管接收。

9、进一步的：所述第二滤波片与所述一号二向色镜之间设有第二聚焦镜，所述第二聚焦镜的光轴与所述第一横向光路共线，用于将所述一号二向色镜反射的1060-1090nm光聚焦至所述第二滤波片，提升滤波效率与光信号强度，确保光信号被所述第二光电二极管接收。

10、进一步的：所述第三滤波片与所述二号二向色镜之间设有第三聚焦镜，所述第三聚焦镜的光轴与所述第二横向光路共线，用于将所述二号二向色镜反射的350-700nm光聚焦至所述第三滤波片，提升滤波效率与光信号强度，确保光信号被所述第三光电二极管接收。

11、进一步的：所述第三聚焦镜与所述二号二向色镜之间设有第二分光镜，所述第二分光镜相对于所述第二横向光路倾斜设置并朝向所述二号二向色镜，所述监测装置的壳壁上通过固定板和螺栓组件可拆卸安装有红光指示器，所述红光指示器的出光口对准所述第二分光镜，且所述第二分光镜能将红光反射至所述纵向光路，经所述第一分光镜投射至焊接区域。

12、进一步的：所述第一分光镜通过镜架和调节螺栓安装在所述反射装置的底部壳壁上，通过旋转所述调节螺栓可调节所述第一分光镜对准所述连接管的角度，以便外部焊接产生的光同轴传输至所述监测装置内部。

13、由于采用了上述技术方案，本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：通过一号二向色镜（反射1060-1090nm、透射1200-1800nm）、二号二向色镜（反射350-700nm、透射700-1800nm）的协同分光作用，配合对应波段的窄带滤波片，构建了覆盖350-700nm（等离子体发射光）、1060-1090nm（激光反射光）、1200-1800nm（熔池红外热辐射）的三通道监测系统，完整捕捉激光焊接过程中的核心光谱信息。相较于现有技术中仅能监测单一光谱段的仪器，或需多台设备组合的复杂方案，本方案通过一体化设计能够覆盖激光加工过程中较长监测范围，且结构简单，能实现实时、准确、快捷的进行激光焊接监测。

1.一种激光焊接光谱监测仪，其特征在于：包括内部设有光谱监测主控电路板、第一滤波片、第一光电二极管、第二滤波片、第二光电二极管、第三滤波片、第三光电二极管、一号二向色镜和二号二向色镜的监测装置，所述监测装置的下方设有反射装置，所述反射装置包括有第一分光镜和连接管，所述第一滤波片、所述一号二向色镜、所述二号二向色镜和所述第一分光镜从上至下依次分布形成纵向光路，所述第一光电二极管对应设置于所述第一滤波片的上方，所述第二滤波片和所述一号二向色镜从左至右分布形成第一横向光路，所述第二光电二极管对应设置于所述第二滤波片的左侧，所述第三滤波片和所述二号二向色镜从左至右分布形成第二横向光路，所述第三光电二极管对应设置于所述第三滤波片的左侧，所述第一分光镜相对于所述纵向光路倾斜设置并朝向所述第一滤波片，所述一号二向色镜相对于所述第一横向光路倾斜设置并朝向所述第二滤波片，所述二号二向色镜相对于所述第二横向光路倾斜设置并朝向所述第三滤波片，所述第一光电二极管、所述第二光电二极管和所述第三光电二极管均与所述光谱监测主控电路板相连接。

2.根据权利要求1所述的激光焊接光谱监测仪，其特征在于：所述第一滤波片与所述一号二向色镜之间设有第一聚焦镜。

3.根据权利要求2所述的激光焊接光谱监测仪，其特征在于：所述第二滤波片与所述一号二向色镜之间设有第二聚焦镜。

4.根据权利要求3所述的激光焊接光谱监测仪，其特征在于：所述第三滤波片与所述二号二向色镜之间设有第三聚焦镜。

5.根据权利要求4所述的激光焊接光谱监测仪，其特征在于：所述第三聚焦镜与所述二号二向色镜之间设有第二分光镜，所述第二分光镜相对于所述第二横向光路倾斜设置并朝向所述二号二向色镜，所述监测装置安装有红光指示器，所述红光指示器的出光口对准所述第二分光镜。

6.根据权利要求5所述的激光焊接光谱监测仪，其特征在于：所述第一分光镜通过镜架和螺栓安装在所述反射装置的底部。