СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТНОЙ И ЦВЕТОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ В ОБЛАСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК G01N21/63 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при измерении температуры поверхности в области лазерного воздействия.

Известен способ измерения температуры поверхности в области лазерной обработки [1], состоящий в регистрации теплового излучения поверхности в 2-х спектральных интервалах.

Недостатком данного способа является то, что его невозможно применить в системе с гальвосканером с F-teta линзой.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является реализованный в устройстве [2] способ измерения температуры поверхности в области лазерной обработки, состоящий в регистрации теплового излучения поверхности в 2-х спектральных интервалах.

Недостатком данного способа является то, что регистрация теплового излучения осуществляется в спектральных интервалах, значительно удаленных от полосы излучения лазера, что приводит при сканировании поверхности к значительному смещению изображения поверхности в свете этих длин волн по отношению в изображению в свете длины волны лазера вследствие аббераций промышленной F-teta линзы гальвосканера и, как следствие, к искажению результатов измерения и необходимости разработки специальной F-teta линзы, что существенно усложняет и удорожает лазерную систему.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа измерения яркостной и цветовой температуры поверхности в области воздействия лазерного излучения при сканировании поверхности с помощью гальвосканера с серийно выпускаемой F-teta линзой и устройства для его осуществления.

В заявляемом способе узкие спектральные полосы регистрации теплового излучения поверхности располагают в полосе отражения зеркал гальвосканера по обе стороны полосы лазерного излучения в ее непосредственной близости. Известно устройство [1], содержащее сканер и 2-канальный оптический пирометр с объективом.

Данное устройство не обеспечивает измерение в системе сканирования с F-teta линзой.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является представленное в [2] устройство, содержащее гальвосканер с F-teta линзой и 2-канальный оптический пирометр с объективом.

Недостатком данного устройства является то, что дихроичными поворотными зеркалами возможно выделение области спектра излучения, посылаемого на пирометр, только в области слабого отражения зеркал гальвосканера и удаленной от волны излучения лазера, что приводит к ошибкам измерения вследствие сдвига изображения, формируемого F- teta линзой и объективом пирометра на входной диафрагме пирометра.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для измерения яркостной и цветовой температуры поверхности в области воздействия лазерного излучения, содержащее гальвосканер с F-teta линзой и 2-канальный оптический пирометр с объективом.

С помощью поворотного зеркала с узкой спектральной полосой отражения лазерного излучения либо поворотного зеркала осуществляют ввод лазерного излучения в гальвосканер, а узкие спектральные полосы регистрации теплового излучения поверхности располагают в полосе пропускания поворотного зеркала по обе стороны полосы отражения поворотного зеркала в ее непосредственной близости.

Устройство дополнительно содержит содержит поворотное зеркало с узкой спектральной полосой отражения на длине волны лазера и 100% коэффициентом отражения, оптически связанное с лазером и 2-канальным оптическим пирометром с объективом, причем пирометр регистрирует тепловое излучение поверхности в 2-х узких спектральных интервалах вблизи спектральной полосы отражения поворотного зеркала, либо поворотное зеркало имеет в центре эллиптическую область с покрытие со 100% отражением на длине волны лазера, а периферическая область зеркала обладает высоким пропусканием в области спектра вне полосы генерации лазера.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежом (фиг.1), где 1 - лазер, 2 - поворотное зеркало, 3 - гальвосканер, объектив, 4 - обрабатываемая поверхность, 5 - F-teta линза, 6 - диафрагма сканера, 7 - эллиптическая отражающая область, 8 - объектив пирометра, 9 - полевая диафрагма пирометра, 10 - световод, 11 - пирометр.

Устройство для измерения яркостной и цветовой температуры поверхности работает следующим образом. Излучение лазера 1 отражается поворотным зеркалом и вводится на зеркала гальвосканера 3 и с помощью F-teta объектива 5 фокусируется на поверхности обработки 4. При вращении зеркал сканера фокус лазера перемещается по поверхности 4. Изображение фокальной области строится на диафрагме пирометра 9 с помощью F-teta линзы и объектива пирометра 8. Пирометр 11 регистрирует тепловое излучение нагретой поверхности в узких спектральных участках вблизи линии излучения лазера. У поворотного зеркала на пропускание работает либо вся поверхность в случае применения так называемого Rugate Notch покрытия всей поверхности зеркала с очень узкой полосой отражения лазерного излучения, либо свободная от покрытия периферия поворотного зеркала, а лазерное излучение отражается центральной эллиптической областью с 100% коэффициентом отражения. Так как измерения проводятся на длинах волн вблизи линии генерации лазера, то хроматические абберации F-teta линзы будут приводить к пренебрежимо малым смещениям изображения на диафрагме пирометра при сканировании поверхности.

Таким образом, заявляемый способ и устройство обеспечивают измерение яркостной и цветовой температуры поверхности в области лазерного воздействия при ее сканировании с помощью гальвосканера с F-teta линзой с минимальной погрешностью при использовании серийной оптики.

Список литературы

1. Патент JP №2007190576 А.

2. Чивель Ю.А., Смуров И., Лаже Б.// Патент RU 2371704, 27.10.2009.

Изобретение относится к области измерительной техники. В изобретении узкие спектральные полосы регистрации теплового излучения поверхности располагаются в спектральной полосе отражения зеркал гальвосканера по обе стороны полосы лазерного излучения в ее непосредственной близости. Устройство для измерения яркостной и цветовой температуры поверхности в области воздействия лазерного излучения содержит гальвосканер с F-teta линзой и 2-канальный оптический пирометр с объективом. Устройство дополнительно содержит поворотное зеркало с узкой спектральной полосой отражения на длине волны лазера и 100% коэффициентом отражения, оптически связанное с лазером и 2-канальным оптическим пирометром с объективом. Устройство дополнительно содержит поворотное зеркало с центральной эллиптической областью с 100% отражающим покрытием на длине волны лазера, а периферическая область зеркала обладает высоким пропусканием в области спектра вне полосы генерации лазера. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения яркостной и цветовой температуры поверхности в области воздействия лазерного излучения при сканировании поверхности с помощью гальвосканера с F-teta линзой, состоящий в регистрации теплового излучения поверхности в двух узких спектральных интервалах, отличающийся тем, что узкие спектральные полосы регистрации теплового излучения поверхности располагаются в спектральной полосе отражения зеркал гальвосканера по обе стороны полосы лазерного излучения в ее непосредственной близости.

2. Устройство для измерения яркостной и цветовой температуры поверхности в области воздействия лазерного излучения, содержащее гальвосканер с F-teta линзой и 2-канальный оптический пирометр с объективом, отличающееся тем, что дополнительно содержит поворотное зеркало с узкой спектральной полосой отражения на длине волны лазера и 100% коэффициентом отражения, оптически связанное с лазером и 2-канальным оптическим пирометром с объективом, причем пирометр регистрирует тепловое излучение поверхности в 2 узких спектральных интервалах вблизи спектральной полосы отражения поворотного зеркала.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что поворотное зеркало имеет в центре эллиптическую область с покрытием со 100% отражением на длине волны лазера, а периферическая область зеркала обладает высоким пропусканием в области спектра вне полосы генерации лазера.