具有可移除且可更换的射束收集器的激光量测装置的制作方法

背景技术：

1、高功率激光用于广泛多种应用中，包括材料加工应用，诸如切割、焊接、雕刻及积层制造。激光射束属性的准确量测为重要的，使得可控制此等程序。用于此目的的激光量测仪器包括光功率计、光能量计及激光射束轮廓仪。在一些应用中，需要高功率激光射束的显著衰减以便避免损害此等仪器。为了避免激光射束衰减，可将相当大百分比的射束功率导引至经配置以吸收未经量测的射束的部分的射束收集器。

2、虽然现有技术的射束收集器系统在过去已证明为有用的，但已识别出数个缺点。在高功率应用(例如，0.5kw及以上)中，射束收集器可在短时间内变得极热。激光量测仪器的准确度可受到过热影响。此问题的解决方案包括使用空气-水热交换器的强制空气对流或流体冷却。然而，冷却系统可导致环绕高功率激光加工系统的封闭腔室或环境内的问题，这些问题包括粉尘在某些激光光学器件上的堆积。举例而言，在一些应用中，强制空气冷却系统可将碎屑(例如，粉尘或加工副产物)吹入射束递送光学器件上或对电子器件造成损害。在其他应用中，归因于空间限制或缺乏对公用设施的接近，流体冷却或强制空气对流系统可为不切实际的或不可用的。

3、鉴于前述内容，存在对具有能够在不需要强制空气对流、流体冷却或任何其他形式的主动热移除的情况下处置高功率激光射束的射束收集器的激光量测装置的持续需求。

技术实现思路

1、本申请公开经配置以量测入射激光能量射束的多个特性的激光量测装置及使用方法。在一个具体实例中，激光量测装置包括具有外壳主体的外壳，该外壳主体具有上部外壳构件、中间外壳构件及外壳基底以及形成于外壳主体中的至少一个第一隔室及至少一个第二隔室。第二隔室借由中间外壳构件与第一隔室分离，其中中间外壳构件可操作以减少第二隔室与第一隔室之间的热能的传送。孔径组合件安装于上部外壳构件中，该孔径组合件经配置以允许至少一个入射激光能量射束经由其传播至第一隔室中。至少一个第一光学模组安装于第一隔室中，第一光学模组具有经配置以量测激光能量射束的至少一个第一特性的第一光学感测器。至少一个光窗组合件安装于中间外壳构件中，且第四光学模组安装于第一隔室中，第四光学模组具有经配置以量测激光能量射束的至少一个第二特性的第四光学感测器。至少一个射束收集器收纳器形成于至少一个第二隔室中，射束收集器收纳器经配置以收纳可移除地定位于其中的射束收集器组合件，该射束收集器组合件经配置以吸收激光能量射束的至少一部分。在一个具体实例中，第一光学感测器为射束轮廓仪，且第四光学感测器为光功率计。可用于第一隔室中的其他光学感测器包括光能量计、基于摄影机及非接触式激光射束轮廓仪及射束传播分析器。所量测的射束特性包括射束直径、射束形状、射束参数乘积、光功率、光强度、射束脉冲功率、射束脉冲能量、射束腰及射束半径。

2、在一个具体实例中，入射激光能量射束经由孔径组合件传播至第一光学模组，该第一光学模组具有至少一个光学组件，该至少一个光学组件经配置以自孔径组合件接收激光能量射束，且将经反射第一光学模组信号反射至第一光学感测器，且允许至少一个经传输第一光学模组信号经由其传播至窗口组合件，窗口组合件经配置以自第一光学模组接收经传输第一光学模组信号，且将经反射窗光学信号反射至第四光学模组，且允许至少一个经传输光窗信号经由其传播至至少一个第二隔室中。

3、在一些具体实例中，装置包括安装于第一隔室中的第二光学模组，第二光学模组包括至少一个光学组件，该至少一个光学组件经配置以允许自第一光学模组接收的经传输第一光学模组信号经由其传播。第二光学模组可包括经配置以可移除地容纳具有光学组件的光学安装件收纳器使得可容易地更换光学组件的光学安装件。

4、在一个具体实例中，装置包括定位于第一隔室中的第一辅助模组，第一辅助模组包括经配置以感测定位于第一隔室、第二隔室或外壳主体中或与第一隔室、第二隔室或外壳主体热连通的任何光学模组的温度的热感测器。

5、在另一具体实例中，装置包括定位于第二隔室中的第二辅助模组，第二辅助模组包括经配置以感测定位于第一隔室、第二隔室或外壳主体中或与第一隔室、第二隔室或外壳主体热连通的任何器件或光学模组的温度的热感测器。

6、在一个具体实例中，射束收集器组合件包括射束收集器外壳，该射束收集器外壳具有其中形成有凹槽的射束收集器主体，凹槽经配置以在其中收纳吸收器，吸收器与射束收集器主体热连通。射束收集器组合件亦包括与射束收集器主体热连通的温度指示器，温度指示器经配置以指示射束收集器主体的温度。

7、在一些具体实例中，一或多个散热特征可形成于射束收集器外壳或射束收集器主体上。例示性散热特征包括孔、流体热传送系统、热泵、热电冷却器、被动散热片及强制对流散热片。

8、在其他具体实例中，激光量测装置实现量测激光能量射束的一或多个特性的方法，方法包含：经由孔径光学器件将激光能量射束传播至激光量测装置的第一隔室中；使用第一光学组件将经反射第一光学模组信号导引至定位于第一隔室中的第一光学模组，第一光学模组经配置以量测经反射第一光学模组信号的第一特性，其中经反射第一光学模组信号的第一特性表示激光能量射束的第一特性；自光窗将经反射窗光学信号反射至定位于第一隔室中的第四光学模组，其中第四光学模组经配置以量测经反射窗光学信号的第二特性，其中窗光学模组信号的第二特性表示至少一个激光能量射束的第二特性；经由光窗将经传输窗光学信号传播至装置的第二隔室中，因此经传输窗光学信号入射于第一射束收集器组合件上，其中第一射束收集器组合件定位于形成于激光量测装置的第二隔室中的射束收集器收纳器中；用第一射束收集器组合件吸收经传输窗光学信号的至少一部分；用至少一个温度指示器监测至少一个第一射束收集器组合件的温度；当第一射束收集器组合件到达预定温度时移除第一射束收集器组合件；及用第二射束收集器组合件更换第一射束收集器组合件。

技术特征：

1.一种激光量测装置，其包含：

2.如权利要求1所述的激光量测装置，其中该至少一个激光能量射束的该至少一个第一特性及该至少一个激光能量射束的该至少一个第二特性中的至少一者从以下各者组成的群组中选择：射束直径、射束形状、射束参数乘积、光功率、光强度、射束脉冲功率、射束脉冲能量、射束腰及射束半径。

3.如权利要求1所述的激光量测装置，其中该至少一个第一光学感测器为激光射束轮廓仪，且该至少一个第四光学感测器为光功率计。

4.如权利要求1所述的激光量测装置，其中该至少一个第一光学模组包括至少一个光学组件，该至少一个光学组件经配置以从该至少一个孔径组合件接收该至少一个激光能量射束，且将至少一个经反射第一光学模组信号反射至该至少一个第一光学感测器，且允许至少一个经传输第一光学模组信号经由其传播。

5.如权利要求1所述的激光量测装置，其中该至少一个光窗组合件经配置以从该至少一个第一光学模组接收该至少一个经传输第一光学模组信号，且将至少一个经反射窗光学信号反射至该至少一个第四光学模组，且允许至少一个经传输光窗信号经由其传播至该至少一个第二隔室中。

6.如权利要求1所述的激光量测装置，其进一步包含安装于该至少一个第一隔室中的至少一个第二光学模组，该第二光学模组包括至少一个光学组件，该至少一个光学组件经配置以允许从该至少一个第一光学模组接收的该至少一个经传输第一光学模组信号经由其传播。

7.如权利要求6所述的第二光学模组，其进一步包含至少一个光学安装件，该至少一个光学安装件经配置以保持该至少一个光学组件。

8.如权利要求7所述的激光量测装置，其进一步包含至少一个光学安装件收纳器，该至少一个光学安装件收纳器经配置以将该至少一个光学安装件可移除地保持在其中。

9.如权利要求4所述的激光量测仪器，其中该至少一个第一光学感测器为射束轮廓仪器。

10.如权利要求1所述的激光量测装置，其中该至少一个第四光学感测器经配置以接收由该至少一个光窗组合件反射的该至少一个经反射窗光学信号。

11.如权利要求10所述的激光量测装置，其中该至少一个第四光学感测器为光功率计。

12.如权利要求1所述的激光量测装置，其进一步包含形成于该至少一个第二隔室中的至少一个孔。

13.如权利要求1所述的激光量测装置，其中该至少一个射束收集器组合件包含：

14.如权利要求1所述的激光量测装置，其进一步包含包括至少一个第三光学模组，该至少一个第三光学模组经配置以将至少一个第三光学模组信号导引至至少一个第三光学器件的至少一个光学组件。

15.如权利要求14所述的激光量测装置，其中该至少一个第三光学器件为射束收集器。

16.如权利要求1所述的激光量测装置，其中该至少一个第一光学感测器及该至少一个第四光学感测器可从以下各者组成的群组中选择：光功率计、光能量计、激光射束轮廓仪及射束传播分析器。

17.如权利要求1所述的激光量测装置，其进一步包含定位于该至少一个第一隔室中的至少一个第一辅助模组，该至少一个第一辅助模组包括至少一个热感测器，该至少一个热感测器经配置以感测定位于该至少一个第一隔室中或与该至少一个第一隔室热连通的任何光学模组的温度。

18.如权利要求1所述的激光量测装置，其进一步包含定位于该至少一个第二隔室中的至少一个第二辅助模组，该至少一个第二辅助模组包括至少一个热感测器，该经至少一个热感测器配置以感测定位于该至少一个第一隔室、该至少一个第二隔室或该至少一个外壳主体中或与该至少一个第一隔室、该至少一个第二隔室或该至少一个外壳主体热连通的任何器件或光学模组的至少一个温度。

19.如权利要求13所述的激光量测装置，其中该至少一个射束收集器主体进一步包含形成于其上的至少一个散热特征。

20.如权利要求19所述的激光量测装置，其中该至少一个散热特征从以下各者组成的群组中选择：流体热传送系统、热电冷却器；被动散热片及强制对流散热片。

21.一种用于量测激光能量射束的一或多个特性的方法，其包含：

22.如权利要求21所述的方法，其中该至少一个第一光学模组包括经配置以量测该至少一个经反射第一光学模组信号的至少一个射束轮廓的至少一个第一光学感测器。

23.如权利要求21所述的方法，其中该至少一个第一光学模组进一步包括至少一个激光射束衰减器，该激光射束衰减器经配置以在该经反射第一光学模组信号到达该至少一个第一光学感测器前降低该经反射第一光学模组信号的光强度。

24.如权利要求22所述的方法，其中该至少一个第一光学感测器为射束轮廓摄影机。

25.如权利要求22所述的方法，其中该至少一个第一光学感测器为非接触式射束轮廓系统。

26.如权利要求21所述的方法，其中该第四光学模组包括至少一个光学感测器，该至少一个光学感测器经配置以量测该经反射窗光学信号的该光功率。

技术总结本申请公开一种经配置以量测用于材料加工中的高功率激光能量射束的特性的装置。在一个具体实例中，该装置包括具有彼此分离以减少其间的热能的传送的一第一隔室及一第二隔室的一外壳。具有经配置以量测该高功率射束的特性的光学感测器的光学模组安装于该第一隔室中。可操作以允许该射束的一大部分经由其传播的一光窗安装于将该第一隔室与该第二隔室分离的一中间外壳构件中。经配置以吸收大部分该高功率射束的一可移除及可更换的射束收集器定位于该第二隔室中。该射束收集器的该可移除性/更换性使得能够在不主动冷却射束收集器组合件的情况下操作该装置，从而简化该装置且保护该第一隔室中的该光学感测器。技术研发人员：奥列格·季诺维也夫,卡罗尔·萨尼列维奇,亚历山大·苏佩尔芬受保护的技术使用者：奥飞尔光电应用有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12