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专利号: 2019103851910
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于测量大功率激光焦点位置的系统,其特征在于,包括依次连接的人机交互界面(1)、微控制器(2)、步进电机驱动器(3),所述步进电机驱动器(3)分别连接电动升降台(5)和位于电动升降台(5)上的电动旋转台(6),所述电动旋转台(6)上连接金属靶材(7),所述金属靶材(7)上设置光电传感器(10),所述光电传感器(10)连接能够采集电信号的ADC模块(11),还包括沿电动升降台(5)移动方向设置的光栅尺位移传感器(9),所述光栅尺位移传感器(9)、ADC模块(11)均连接微控制器(2)。

2.根据权利要求1所述一种用于测量大功率激光焦点位置的系统,其特征在于,所述光电传感器(10)与ADC模块(11)之间还连接有信号放大器(8)。

3.根据权利要求1所述一种用于测量大功率激光焦点位置的系统,其特征在于,所述电动升降台(5)上还连接有能够伸缩的传感器固定装置(4),所述传感器固定装置(4)固定连接光电传感器(10)。

4.根据权利要求1所述一种用于测量大功率激光焦点位置的系统,其特征在于,所述电动升降台(5)、电动旋转台(6)内部均含有步进电机。

5.一种大功率激光焦点的测量方法,其特征在于,使用权利要求1-4任意一项所述一种用于测量大功率激光焦点位置的系统,具体按照以下步骤实施:步骤1、通过人机交互界面(1)调整电动升降台(5)向下移动,至明显低于焦点位置,调整光电传感器(10)位置至激光照射位置处;

步骤2、打开激光源发射连续激光,通过人机交互界面(1)设定电动升降台(5)向上移动,同时激光连续烧蚀金属靶材(7)产生紫外辐射信号,光电传感器(10)采集紫外辐射信号并转化为电信号,电信号通过ADC模块(11)转化成数字信号,并将数字信号传输至微控制器(2),微控制器(2)接收数字信号,并判定数字信号大小,当数字信号进入下降趋势时,再使电动升降台(5)继续向上移动距离L,电动升降台(5)停止移动,金属靶材(7)位于激光焦点上方;

步骤3、通过人机交互界面(1)设定电动升降台(5)以步长m向下移动,并且设定电动旋转台(6)转动角度θ、转动时间间隔Δt;

步骤4、微控制器(2)每隔时间间隔Δt控制电动旋转台(6)转动角度θ,激光烧蚀金属靶材(7)产生紫外辐射信号,光电传感器(10)采集紫外辐射信号并转化为电信号,电信号通过ADC模块(11)转化成一组数字信号,并将数字信号传输至微控制器(2),微控制器(2)采用滑动平均滤波算法对该组数字信号进行滤波处理,得到一组信号值,选取该组信号值中最大值,用该最大值减去前n个信号值的平均值,即为某一步长对应的测量值,将该测量值保存至微控制器(2);

步骤5、通过微控制器(2)控制电动升降台(5)向下移动一个步长m,同时光栅尺位移传感器(9)将电动升降台(5)的位置信息反馈至微控制器(2),重复步骤4,直至电动升降台(5)移动距离为两倍L;

步骤6、对步骤4保存的测量值进行分析,得到激光的焦点位置信息,并将该位置信息显示在人机交互界面(1)上。

6.根据权利要求5所述一种大功率激光焦点的测量方法,其特征在于,步骤6具体过程为:根据微控制器(2)保存的测量值,作一条关于z坐标方向上的紫外光信号强度曲线,采用三次样条法插值处理,通过极值搜索算法找到插值曲线中测量值的最大值,该最大值对应的Z坐标上的位置为激光束的焦点位置。

7.根据权利要求5所述一种大功率激光焦点的测量方法,其特征在于,步骤3所述向下移动步长不小于500μm。

8.根据权利要求5所述一种大功率激光焦点的测量方法,其特征在于,步骤2还包括旋转电动旋转台(6),激光照射在金属靶材(7)上的位置得到更新。

9.根据权利要求5所述一种大功率激光焦点的测量方法,其特征在于,步骤4还包括:按照设定步长移动电动升降台(5)时,光栅尺位移传感器(9)测量电动升降台(5)的位移信息,并将该位移信息反馈至微控制器(2),微控制器(2)根据该位移信息校准移动步长。

10.根据权利要求5所述一种大功率激光焦点的测量方法,其特征在于,步骤2所述向上移动距离L为0-1mm。