自動檢測穿孔的激光切割頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自動檢測穿孔的激光切割頭，屬于激光切割技術領域。
【背景技術】
[0002]激光切割機的大規模工業化應用很大程度上提高了鈑金等板料加工行業的加工效率和精度，科技化程度的不斷提高也使傳統的加工方式發生了很大的改變，由原來粗放尚能耗變成了現在的環保節能尚精度，隨著廣品檔次以及精度的不斷提尚，使原有的目標客戶群發生了變化，不斷有更高精度更高要求的產品加工需求提出來，這就使得激光切割機在功能以及使用效率上不斷的進行提高，現有激光切割機加工材料大多是開環模式，所謂的開環指的是設置盡可能大于正常切割的能量和延時參數，以確保材料能被正常加工，但是這樣的加工方式無疑浪費了很多時間以及資源。尤其是在加工起始穿孔過程中往往因為必須確保穿孔成功以及防止飛濺會將能量設置到很低水平，穿孔持續時間一般都會設置很長時間，大多數情況下穿孔成功后都會浪費1-2秒鐘的時間進行等待以確保每一次穿孔都能夠成功，不但浪費了大量的加工時間，還會使穿孔區域周圍溫度增加，產生板材溫度升尚的風險。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服現有技術的不足之處，提供一種自動檢測穿孔的激光切割頭。
[0004]本發明的自動檢測穿孔的激光切割頭，包括頂部的QBH接口(3)、設在QBH接口
(3)下方的對中調整模塊、設在對中調整模塊下方的調焦模塊(2)、設在調焦模塊(2)下方的保護鏡模塊(4)和設在保護鏡模塊(4)下方的噴嘴(5)，所述的對中調整模塊內設有準直鏡(7);
所述的自動檢測穿孔的激光切割頭還包括C⑶相機(6-1)、設在(XD相機(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)設在同一水平面且方向相同，所述的聚焦鏡(6-5 )設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 )設在準直鏡(7)正下方；
所述的自動檢測穿孔的激光切割頭還包括自動控制系統，所述的自動控制系統包括激光切割控制系統和影像處理系統，所述的激光切割控制系統與影像處理系統相連，所述的影像處理系統與(XD相機(6-1)相連。
[0005]本發明的工作原理是在穿孔開始時激光切割控制系統給CCD穿孔檢測控制器一個開始信號，這樣CCD穿孔檢測機構開始工作，在激光穿孔過程中激光會持續不斷的輸出聚焦在材料上而發出明亮度較高的光亮，當材料被激光穿透時因為光斑透過已經穿刺的空洞聚焦在材料下部很遠的位置這樣穿孔過程的高亮光斑將會發生明顯的光斑亮度衰減現象。這樣影像處理系統可以通過對該影像的持監測，實時的與穿孔成功后的樣片進行比對能夠在第一時間判斷穿孔是否已經結束，當穿孔成功后CCD相機撲捉到底高亮光斑突然消失，此時CCD穿孔檢測控制器經過和樣片比對后輸出穿孔結束信號，激光切割控制系統收到該控制信號后撤銷穿孔開始信號同時結束穿孔動作開始軌跡切割工作。
本發明具有如下技術效果:采用了 CCD穿孔檢測功能后可以在穿孔時間設置上不用花更多時間，只需要設置一個較為保守的穿透時間，確保在該時間范圍內材料都會被穿透就可以不用考慮時間太長造成切割時間浪費的問題，CCD穿孔檢測功能會在每次穿孔過程中把提前穿透的過程反饋給激光切割控制系統，由激光切割控制系統進行結束穿孔動作，從而有效的節約穿孔時間過長帶來的大量時間浪費。而傳統的技術只能靠延時來預估，確保穿孔穿透率的話穿孔延時就必須要設置長一點，但是為了節約時間又得讓穿孔時間越短越好，因此很難形成一個平衡，往往不是造成時間上的浪費就是造成切割過程中穿孔爆孔的現象偶有發生。
【附圖說明】
[0006]圖1是本發明的自動檢測穿孔的激光切割頭的結構示意圖；
圖2是本發明的自動檢測穿孔的激光切割頭的剖面圖；
圖3是本發明的自動檢測穿孔的光路實現原理圖；
圖4是本發明中激光切割控制系統的組成模塊示意圖；
圖5為本發明的工作流程框圖；
圖6為本發明的工作流程詳圖。
[0007]其中，I為切割頭主體，2為調焦模塊，3為QBH接口，4為保護鏡模塊，5為噴嘴，6-1為CCD相機，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為準直鏡。
【具體實施方式】
[0008]如圖1-2所示，本發明的自動檢測穿孔的激光切割頭，包括頂部的QBH接口(3)、設在QBH接口(3)下方的對中調整模塊、設在對中調整模塊下方的調焦模塊(2)、設在調焦模塊(2 )下方的保護鏡模塊(4 )和設在保護鏡模塊(4 )下方的噴嘴(5 )，所述的對中調整模塊內設有準直鏡(7);
所述的自動檢測穿孔的激光切割頭還包括C⑶相機(6-1)、設在CXD相機(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)設在同一水平面且方向相同，所述的聚焦鏡(6-5 )設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 )設在準直鏡(7)正下方；
所述的自動檢測穿孔的激光切割頭還包括自動控制系統，所述的自動控制系統包括激光切割控制系統和影像處理系統，所述的激光切割控制系統與影像處理系統相連，所述的影像處理系統與CXD相機(6-1)相連。
[0009]如圖4所示，本發明中的激光切割控制系統，包括工業控制電腦、電容調高控制器、顯示器外設和無線遙控手柄等，工業控制電腦內設有運動控制卡，用于控制伺服系統和齒輪齒條傳動機構。
[0010]本發明中的影像處理系統，為工業影像處理器，與(XD相機聯合使用。
[0011]所述的激光切割控制系統，用于發出穿孔指令給激光控制機；
所述的影像處理系統，用于監測穿孔，以及穿孔完成后向激光切割控制系統發出穿孔結束信號。
[0012]本發明中的激光切割控制系統和影像處理系統均為現有技術。
[0013]如圖3所示，本發明的自動檢測穿孔的激光切割頭中，光路實現的過程如下:激光通過激光光纖輸出后，經過準直鏡(7)對光束進行準直，也就是平行化處理，然后通過選擇性光譜折射鏡(6-7)，最終經過聚焦鏡(6-5)進行聚焦行程能量密集型光斑進行切割操作，同時(XD相機(6-1)通過折射鏡(6-3)以及選擇性光譜折射鏡(6-7)兩片部分波長反射鏡后經過聚焦鏡實現對焦點周圍的影像撲捉(所謂部分波長反射鏡是指1060-1070nm波長激光全透，400-550波長可見光全反)，因為(XD撲捉的光束波長范圍是可見光，400-670nm之間，為了避免對紅色指示激光650nm波段光進行反射影像畫面質量因此部分波長反射鏡只對400-550nm波段激光進行反射成像。光路實現過程中反映了 CCD對圖像采集的一個方案，因為CCD是側裝的但是要與激光進行同軸拍攝涉及到了里面有兩片比較特殊的特定補償反射鏡片，所以光路實現過程圖可說明用途和安裝位置。
[0014]如圖5、6所示，本發明的自動檢測穿孔的激光切割頭中自動控制系統的工作過程如下:
1)激光切割控制系統發出穿孔指令；
2)激光切割機開始進行打孔動作；
3)CCD相機通過鏡頭采集噴嘴處影像；
4)噴嘴的實時影像經過選擇性光譜折射鏡將可見光反射至CCD相機，最終將影像傳送至影像處理系統，影像處理系統判斷穿孔火花現象；
5)影像處理系統監測中心光點變化情況，激光因為波長不在可見光波段故不會被反射，通過持續監視噴嘴處的實時火花影像，直至該火花消失即確定穿孔過程完成；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，則重復監測排除誤判；
6)直至該火花消失即確定穿孔過程完成:確定火花消失，影像處理系統給激光切割控制系統發出穿孔結束信號結束穿孔，然后返回步驟1)。
【主權項】
1.自動檢測穿孔的激光切割頭，其特征在于，包括頂部的QBH接口(3)、設在QBH接口(3)下方的對中調整模塊、設在對中調整模塊下方的調焦模塊(2)、設在調焦模塊(2)下方的保護鏡模塊(4)和設在保護鏡模塊(4)下方的噴嘴(5)，所述的對中調整模塊內設有準直鏡(7); 所述的自動檢測穿孔的激光切割頭還包括CXD相機(6-1 )、設在CXD相機(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)設在同一水平面且方向相同，所述的聚焦鏡(6-5 )設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 )設在準直鏡(7)正下方； 所述的自動檢測穿孔的激光切割頭還包括自動控制系統，所述的自動控制系統包括激光切割控制系統和影像處理系統，所述的激光切割控制系統與影像處理系統相連，所述的影像處理系統與CXD相機(6-1)相連。
【專利摘要】本發明提供了一種自動檢測穿孔的激光切割頭，包括頂部的QBH接口（3）、設在QBH接口（3）下方的對中調整模塊、設在對中調整模塊下方的調焦模塊（2）、設在調焦模塊（2）下方的保護鏡模塊（4）和設在保護鏡模塊（4）下方的噴嘴（5），所述的對中調整模塊內設有準直鏡（7）。本發明采用了CCD穿孔檢測功能后可以在穿孔時間設置上不用花更多時間，只需要設置一個較為保守的穿透時間，確保在該時間范圍內材料都會被穿透就可以不用考慮時間太長造成切割時間浪費的問題，CCD穿孔檢測功能會在每次穿孔過程中把提前穿透的過程反饋給激光切割控制系統，由激光切割控制系統進行結束穿孔動作，從而有效的節約穿孔時間過長帶來的大量時間浪費。
【IPC分類】B23K26/382, B23K26/70
【公開號】CN105328350
【申請號】CN201510649268
【發明人】李朝輝
【申請人】江蘇大金激光科技有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年10月9日