自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭，屬于激光切割技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光切割機(jī)的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用很大程度上提高了鈑金等板料加工行業(yè)的加工效率和精度，科技化程度的不斷提高也使傳統(tǒng)的加工方式發(fā)生了很大的改變，由原來(lái)粗放尚能耗變成了現(xiàn)在的環(huán)保節(jié)能尚精度，隨著廣品檔次以及精度的不斷提尚，使原有的目標(biāo)客戶(hù)群發(fā)生了變化，不斷有更高精度更高要求的產(chǎn)品加工需求提出來(lái)，這就使得激光切割機(jī)在功能以及使用效率上不斷的進(jìn)行提高，現(xiàn)有激光切割機(jī)加工材料大多是開(kāi)環(huán)模式，所謂的開(kāi)環(huán)指的是設(shè)置盡可能大于正常切割的能量和延時(shí)參數(shù)，以確保材料能被正常加工，但是這樣的加工方式無(wú)疑浪費(fèi)了很多時(shí)間以及資源。尤其是在加工起始穿孔過(guò)程中往往因?yàn)楸仨毚_保穿孔成功以及防止飛濺會(huì)將能量設(shè)置到很低水平，穿孔持續(xù)時(shí)間一般都會(huì)設(shè)置很長(zhǎng)時(shí)間，大多數(shù)情況下穿孔成功后都會(huì)浪費(fèi)1-2秒鐘的時(shí)間進(jìn)行等待以確保每一次穿孔都能夠成功，不但浪費(fèi)了大量的加工時(shí)間，還會(huì)使穿孔區(qū)域周?chē)鷾囟仍黾?，產(chǎn)生板材溫度升尚的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭。
[0004]本發(fā)明的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭，包括頂部的QBH接口(3)、設(shè)在QBH接口
(3)下方的對(duì)中調(diào)整模塊、設(shè)在對(duì)中調(diào)整模塊下方的調(diào)焦模塊(2)、設(shè)在調(diào)焦模塊(2)下方的保護(hù)鏡模塊(4)和設(shè)在保護(hù)鏡模塊(4)下方的噴嘴(5)，所述的對(duì)中調(diào)整模塊內(nèi)設(shè)有準(zhǔn)直鏡(7);
所述的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭還包括C⑶相機(jī)(6-1)、設(shè)在(XD相機(jī)(6-1)上的鏡頭(6-2 )、帶有折射鏡(6-3 )的折射鏡座(6-4)、選擇性光譜折射鏡(6-7 )和帶有聚焦鏡(6-5)的聚焦鏡座(6-6)，所述的選擇性光譜折射鏡(6-7)和聚焦鏡(6-5)設(shè)在噴嘴(5)上方，所述的選擇性光譜折射鏡(6-7)與折射鏡(6-3)設(shè)在同一水平面且方向相同，所述的聚焦鏡(6-5 )設(shè)在選擇性光譜折射鏡(6-7 )正下方，所述的選擇性光譜折射鏡(6-7 )設(shè)在準(zhǔn)直鏡(7)正下方；
所述的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括激光切割控制系統(tǒng)和影像處理系統(tǒng)，所述的激光切割控制系統(tǒng)與影像處理系統(tǒng)相連，所述的影像處理系統(tǒng)與(XD相機(jī)(6-1)相連。
[0005]本發(fā)明的工作原理是在穿孔開(kāi)始時(shí)激光切割控制系統(tǒng)給CCD穿孔檢測(cè)控制器一個(gè)開(kāi)始信號(hào)，這樣CCD穿孔檢測(cè)機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，在激光穿孔過(guò)程中激光會(huì)持續(xù)不斷的輸出聚焦在材料上而發(fā)出明亮度較高的光亮，當(dāng)材料被激光穿透時(shí)因?yàn)楣獍咄高^(guò)已經(jīng)穿刺的空洞聚焦在材料下部很遠(yuǎn)的位置這樣穿孔過(guò)程的高亮光斑將會(huì)發(fā)生明顯的光斑亮度衰減現(xiàn)象。這樣影像處理系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)該影像的持監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)的與穿孔成功后的樣片進(jìn)行比對(duì)能夠在第一時(shí)間判斷穿孔是否已經(jīng)結(jié)束，當(dāng)穿孔成功后CCD相機(jī)撲捉到底高亮光斑突然消失，此時(shí)CCD穿孔檢測(cè)控制器經(jīng)過(guò)和樣片比對(duì)后輸出穿孔結(jié)束信號(hào)，激光切割控制系統(tǒng)收到該控制信號(hào)后撤銷(xiāo)穿孔開(kāi)始信號(hào)同時(shí)結(jié)束穿孔動(dòng)作開(kāi)始軌跡切割工作。
本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:采用了 CCD穿孔檢測(cè)功能后可以在穿孔時(shí)間設(shè)置上不用花更多時(shí)間，只需要設(shè)置一個(gè)較為保守的穿透時(shí)間，確保在該時(shí)間范圍內(nèi)材料都會(huì)被穿透就可以不用考慮時(shí)間太長(zhǎng)造成切割時(shí)間浪費(fèi)的問(wèn)題，CCD穿孔檢測(cè)功能會(huì)在每次穿孔過(guò)程中把提前穿透的過(guò)程反饋給激光切割控制系統(tǒng)，由激光切割控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)束穿孔動(dòng)作，從而有效的節(jié)約穿孔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的大量時(shí)間浪費(fèi)。而傳統(tǒng)的技術(shù)只能靠延時(shí)來(lái)預(yù)估，確保穿孔穿透率的話(huà)穿孔延時(shí)就必須要設(shè)置長(zhǎng)一點(diǎn)，但是為了節(jié)約時(shí)間又得讓穿孔時(shí)間越短越好，因此很難形成一個(gè)平衡，往往不是造成時(shí)間上的浪費(fèi)就是造成切割過(guò)程中穿孔爆孔的現(xiàn)象偶有發(fā)生。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是本發(fā)明的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭的剖面圖；
圖3是本發(fā)明的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的光路實(shí)現(xiàn)原理圖；
圖4是本發(fā)明中激光切割控制系統(tǒng)的組成模塊示意圖；
圖5為本發(fā)明的工作流程框圖；
圖6為本發(fā)明的工作流程詳圖。
[0007]其中，I為切割頭主體，2為調(diào)焦模塊，3為QBH接口，4為保護(hù)鏡模塊，5為噴嘴，6-1為CCD相機(jī)，6-2為鏡頭，6-3為折射鏡，6-4為折射鏡座，6_5為聚焦鏡，6_6為聚焦鏡座，6_7為選擇性光譜折射鏡，7為準(zhǔn)直鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0008]如圖1-2所示，本發(fā)明的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭，包括頂部的QBH接口(3)、設(shè)在QBH接口(3)下方的對(duì)中調(diào)整模塊、設(shè)在對(duì)中調(diào)整模塊下方的調(diào)焦模塊(2)、設(shè)在調(diào)焦模塊(2 )下方的保護(hù)鏡模塊(4 )和設(shè)在保護(hù)鏡模塊(4 )下方的噴嘴(5 )，所述的對(duì)中調(diào)整模塊內(nèi)設(shè)有準(zhǔn)直鏡(7);
所述的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭還包括C⑶相機(jī)(6-1)、設(shè)在CXD相機(jī)(6-1)上的鏡頭(6-2 )、帶有折射鏡(6-3 )的折射鏡座(6-4)、選擇性光譜折射鏡(6-7 )和帶有聚焦鏡(6-5)的聚焦鏡座(6-6)，所述的選擇性光譜折射鏡(6-7)和聚焦鏡(6-5)設(shè)在噴嘴(5)上方，所述的選擇性光譜折射鏡(6-7)與折射鏡(6-3)設(shè)在同一水平面且方向相同，所述的聚焦鏡(6-5 )設(shè)在選擇性光譜折射鏡(6-7 )正下方，所述的選擇性光譜折射鏡(6-7 )設(shè)在準(zhǔn)直鏡(7)正下方；
所述的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括激光切割控制系統(tǒng)和影像處理系統(tǒng)，所述的激光切割控制系統(tǒng)與影像處理系統(tǒng)相連，所述的影像處理系統(tǒng)與CXD相機(jī)(6-1)相連。
[0009]如圖4所示，本發(fā)明中的激光切割控制系統(tǒng)，包括工業(yè)控制電腦、電容調(diào)高控制器、顯示器外設(shè)和無(wú)線(xiàn)遙控手柄等，工業(yè)控制電腦內(nèi)設(shè)有運(yùn)動(dòng)控制卡，用于控制伺服系統(tǒng)和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明中的影像處理系統(tǒng)，為工業(yè)影像處理器，與(XD相機(jī)聯(lián)合使用。
[0011]所述的激光切割控制系統(tǒng)，用于發(fā)出穿孔指令給激光控制機(jī)；
所述的影像處理系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)穿孔，以及穿孔完成后向激光切割控制系統(tǒng)發(fā)出穿孔結(jié)束信號(hào)。
[0012]本發(fā)明中的激光切割控制系統(tǒng)和影像處理系統(tǒng)均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0013]如圖3所示，本發(fā)明的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭中，光路實(shí)現(xiàn)的過(guò)程如下:激光通過(guò)激光光纖輸出后，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡(7)對(duì)光束進(jìn)行準(zhǔn)直，也就是平行化處理，然后通過(guò)選擇性光譜折射鏡(6-7)，最終經(jīng)過(guò)聚焦鏡(6-5)進(jìn)行聚焦行程能量密集型光斑進(jìn)行切割操作，同時(shí)(XD相機(jī)(6-1)通過(guò)折射鏡(6-3)以及選擇性光譜折射鏡(6-7)兩片部分波長(zhǎng)反射鏡后經(jīng)過(guò)聚焦鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)焦點(diǎn)周?chē)挠跋駬渥?所謂部分波長(zhǎng)反射鏡是指1060-1070nm波長(zhǎng)激光全透，400-550波長(zhǎng)可見(jiàn)光全反)，因?yàn)?XD撲捉的光束波長(zhǎng)范圍是可見(jiàn)光，400-670nm之間，為了避免對(duì)紅色指示激光650nm波段光進(jìn)行反射影像畫(huà)面質(zhì)量因此部分波長(zhǎng)反射鏡只對(duì)400-550nm波段激光進(jìn)行反射成像。光路實(shí)現(xiàn)過(guò)程中反映了 CCD對(duì)圖像采集的一個(gè)方案，因?yàn)镃CD是側(cè)裝的但是要與激光進(jìn)行同軸拍攝涉及到了里面有兩片比較特殊的特定補(bǔ)償反射鏡片，所以光路實(shí)現(xiàn)過(guò)程圖可說(shuō)明用途和安裝位置。
[0014]如圖5、6所示，本發(fā)明的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭中自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:
1)激光切割控制系統(tǒng)發(fā)出穿孔指令；
2)激光切割機(jī)開(kāi)始進(jìn)行打孔動(dòng)作；
3)CCD相機(jī)通過(guò)鏡頭采集噴嘴處影像；
4)噴嘴的實(shí)時(shí)影像經(jīng)過(guò)選擇性光譜折射鏡將可見(jiàn)光反射至CCD相機(jī)，最終將影像傳送至影像處理系統(tǒng)，影像處理系統(tǒng)判斷穿孔火花現(xiàn)象；
5)影像處理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中心光點(diǎn)變化情況，激光因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)不在可見(jiàn)光波段故不會(huì)被反射，通過(guò)持續(xù)監(jiān)視噴嘴處的實(shí)時(shí)火花影像，直至該火花消失即確定穿孔過(guò)程完成；若噴嘴位置火花未減小，則返回步驟1);如噴嘴位置火花減小，則重復(fù)監(jiān)測(cè)排除誤判；
6)直至該火花消失即確定穿孔過(guò)程完成:確定火花消失，影像處理系統(tǒng)給激光切割控制系統(tǒng)發(fā)出穿孔結(jié)束信號(hào)結(jié)束穿孔，然后返回步驟1)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭，其特征在于，包括頂部的QBH接口(3)、設(shè)在QBH接口(3)下方的對(duì)中調(diào)整模塊、設(shè)在對(duì)中調(diào)整模塊下方的調(diào)焦模塊(2)、設(shè)在調(diào)焦模塊(2)下方的保護(hù)鏡模塊(4)和設(shè)在保護(hù)鏡模塊(4)下方的噴嘴(5)，所述的對(duì)中調(diào)整模塊內(nèi)設(shè)有準(zhǔn)直鏡(7); 所述的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭還包括CXD相機(jī)(6-1 )、設(shè)在CXD相機(jī)(6-1)上的鏡頭(6-2 )、帶有折射鏡(6-3 )的折射鏡座(6-4)、選擇性光譜折射鏡(6-7 )和帶有聚焦鏡(6-5)的聚焦鏡座(6-6)，所述的選擇性光譜折射鏡(6-7)和聚焦鏡(6-5)設(shè)在噴嘴(5)上方，所述的選擇性光譜折射鏡(6-7)與折射鏡(6-3)設(shè)在同一水平面且方向相同，所述的聚焦鏡(6-5 )設(shè)在選擇性光譜折射鏡(6-7 )正下方，所述的選擇性光譜折射鏡(6-7 )設(shè)在準(zhǔn)直鏡(7)正下方； 所述的自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括激光切割控制系統(tǒng)和影像處理系統(tǒng)，所述的激光切割控制系統(tǒng)與影像處理系統(tǒng)相連，所述的影像處理系統(tǒng)與CXD相機(jī)(6-1)相連。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種自動(dòng)檢測(cè)穿孔的激光切割頭，包括頂部的QBH接口（3）、設(shè)在QBH接口（3）下方的對(duì)中調(diào)整模塊、設(shè)在對(duì)中調(diào)整模塊下方的調(diào)焦模塊（2）、設(shè)在調(diào)焦模塊（2）下方的保護(hù)鏡模塊（4）和設(shè)在保護(hù)鏡模塊（4）下方的噴嘴（5），所述的對(duì)中調(diào)整模塊內(nèi)設(shè)有準(zhǔn)直鏡（7）。本發(fā)明采用了CCD穿孔檢測(cè)功能后可以在穿孔時(shí)間設(shè)置上不用花更多時(shí)間，只需要設(shè)置一個(gè)較為保守的穿透時(shí)間，確保在該時(shí)間范圍內(nèi)材料都會(huì)被穿透就可以不用考慮時(shí)間太長(zhǎng)造成切割時(shí)間浪費(fèi)的問(wèn)題，CCD穿孔檢測(cè)功能會(huì)在每次穿孔過(guò)程中把提前穿透的過(guò)程反饋給激光切割控制系統(tǒng)，由激光切割控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)束穿孔動(dòng)作，從而有效的節(jié)約穿孔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的大量時(shí)間浪費(fèi)。
【IPC分類(lèi)】B23K26/382, B23K26/70
【公開(kāi)號(hào)】CN105328350
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510649268
【發(fā)明人】李朝輝
【申請(qǐng)人】江蘇大金激光科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年10月9日