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激光焊接检测视觉传感器405 nm波长半导体激光线光源

赵子豪 刘旭奇 刘彦 褚兆琪 王睿 彭浩 柳娟 唐霞辉

赵子豪, 刘旭奇, 刘彦, 褚兆琪, 王睿, 彭浩, 柳娟, 唐霞辉. 激光焊接检测视觉传感器405 nm波长半导体激光线光源[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2026-0042
引用本文: 赵子豪, 刘旭奇, 刘彦, 褚兆琪, 王睿, 彭浩, 柳娟, 唐霞辉. 激光焊接检测视觉传感器405 nm波长半导体激光线光源[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2026-0042
ZHAO Zi-hao, LIU Xu-qi, LIU Yan, ZHU Zhao-qi, WANG Rui, PENG Hao, LIU Juan, TANG Xia-hui. Laser welding inspection visual sensor 405 nm wavelength semiconductor laser line light source[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2026-0042
Citation: ZHAO Zi-hao, LIU Xu-qi, LIU Yan, ZHU Zhao-qi, WANG Rui, PENG Hao, LIU Juan, TANG Xia-hui. Laser welding inspection visual sensor 405 nm wavelength semiconductor laser line light source[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2026-0042

激光焊接检测视觉传感器405 nm波长半导体激光线光源

cstr: 32171.14.CO.2026-0042
基金项目: 国家自然科学基金(62375099)
详细信息
    作者简介:

    赵子豪(2000—),男,湖北武汉人,硕士研究生,2018年于华中科技大学取得学士学位,主要从事激光焊接检测及蓝光半导体激光器方面的研究。E-mail:m202373262@hust.edu.cn

    刘旭奇(1999—),男,湖南益阳人,硕士,2024年于华中科技大学取得硕士学位,主要从事激光加工方面的研究。E-mail:675956685@qq.com

    彭浩(1977—),男,湖北荆州人,博士,讲师,2012年于华中科技大学取得博士学位,主要从事高功率射频CO2激光器、蓝光半导体激光器及应用方面的研究。E-mail:penghao@hust.edu.cn

  • 中图分类号: TN249;TP394.1;TH691.9

Laser welding inspection visual sensor 405 nm wavelength semiconductor laser line light source

Funds: Fund program: National Natural Science Foundation of China (62375099)
More Information
  • 摘要:

    针对于激光焊接检测过程在尖角焊缝焊接、高速焊接、高反射材料焊接中对视觉传感器检测光源宽度、均匀性的巨大挑战。本文分析了线激光宽度对于检测精度的影响,针对窄宽度、高均匀性要求,提出了一种基于衍射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)和鲍威尔棱镜的线激光整形设计,波长为405 nm的半导体激光器产生的光源通过扩束准直后使用DOE面整形为理想高斯光束,之后使用鲍威尔棱镜整形为线激光,搭建模型仿真模拟上述过程,设计相应的实验验证线激光宽度与检测精度的关系。结果表明经过该DOE面后得到高斯光束在x方向和y方向的M 2因子分别为1.040和1.038,瑞利长度分别为316.1 mm和321.1 mm,通过鲍威尔棱镜整形后在距离鲍威尔棱镜150 mm处光束宽度为19.433 mm,均匀性为96.93%,满足线激光视觉传感器光源窄宽度、高均匀性要求。

     

  • 图 1  激光焊接机器人系统

    Figure 1.  Basic structure of laser welding robot system

    图 2  激光视觉传感器结构及测量原理

    Figure 2.  Structure and measurement principle of laser vision sensor

    图 3  不同线激光入射角度对瑞利长度的要求

    Figure 3.  图3 The effect of different incident angles of line laser on the beam quality of line laser

    图 4  线激光宽度对传感器图像质量的影响

    Figure 4.  The influence of line laser width on sensors

    图 5  光线在鲍威尔棱镜内部的光路

    Figure 5.  The light path inside the Powell prism

    图 6  输入光场的复振幅分布

    Figure 6.  Complex amplitude distribution of the input light field

    图 7  DOE面及目标平面光场相位分布

    Figure 7.  Phase distribution of DOE surface and target plane light field

    图 8  DOE整形光束强度分布

    Figure 8.  Output beam intensity distribution

    图 9  光束宽度传播曲线

    Figure 9.  Beam width propagation curve

    图 10  整形过程中光斑强度分布变化

    Figure 10.  Changes in the intensity distribution of the light spot during the shaping process

    图 11  线激光x方向截面强度分布

    Figure 11.  Intensity distribution of the line laser in the x-direction cross-section

    图 12  线激光宽度及块规尺寸测试

    Figure 12.  Line laser width and gauge block size testing

    图 13  线激光束腰半径及块规宽度测量

    Figure 13.  Measurement of line laser beam waist radius and gauge block width

    图 14  线光斑在不同束腰位置处测量块规尺寸误差

    Figure 14.  Measurement of block gauge size error of line spot at different waist positions

    表  1  光束在x方向上和y方向上的光束参数

    Table  1.   Beam parameters in the x and y directions.

    w0/ mmθ/mradzR/ mmM2
    x方向0.2020.637316.10.99637
    y方向0.2030.632322.10.99671
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-03-16
  • 录用日期:  2026-05-28
  • 网络出版日期:  2026-07-04

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