CN105328350A - 自动检测穿孔的激光切割头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动检测穿孔的激光切割头，包括顶部的QBH接口（3）、设在QBH接口（3）下方的对中调整模块、设在对中调整模块下方的调焦模块（2）、设在调焦模块（2）下方的保护镜模块（4）和设在保护镜模块（4）下方的喷嘴（5），所述的对中调整模块内设有准直镜（7）。本发明采用了CCD穿孔检测功能后可以在穿孔时间设置上不用花更多时间，只需要设置一个较为保守的穿透时间，确保在该时间范围内材料都会被穿透就可以不用考虑时间太长造成切割时间浪费的问题，CCD穿孔检测功能会在每次穿孔过程中把提前穿透的过程反馈给激光切割控制系统，由激光切割控制系统进行结束穿孔动作，从而有效的节约穿孔时间过长带来的大量时间浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动检测穿孔的激光切割头，属于激光切割技术领域。
背景技术
激光切割机的大规模工业化应用很大程度上提高了钣金等板料加工行业的加工效率和精度，科技化程度的不断提高也使传统的加工方式发生了很大的改变，由原来粗放高能耗变成了现在的环保节能高精度，随着产品档次以及精度的不断提高，使原有的目标客户群发生了变化，不断有更高精度更高要求的产品加工需求提出来，这就使得激光切割机在功能以及使用效率上不断的进行提高，现有激光切割机加工材料大多是开环模式，所谓的开环指的是设置尽可能大于正常切割的能量和延时参数，以确保材料能被正常加工，但是这样的加工方式无疑浪费了很多时间以及资源。尤其是在加工起始穿孔过程中往往因为必须确保穿孔成功以及防止飞溅会将能量设置到很低水平，穿孔持续时间一般都会设置很长时间，大多数情况下穿孔成功后都会浪费1-2秒钟的时间进行等待以确保每一次穿孔都能够成功，不但浪费了大量的加工时间，还会使穿孔区域周围温度增加，产生板材温度升高的风险。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种自动检测穿孔的激光切割头。
本发明的自动检测穿孔的激光切割头，包括顶部的QBH接口（3）、设在QBH接口（3）下方的对中调整模块、设在对中调整模块下方的调焦模块（2）、设在调焦模块（2）下方的保护镜模块（4）和设在保护镜模块（4）下方的喷嘴（5），所述的对中调整模块内设有准直镜（7）；
所述的自动检测穿孔的激光切割头还包括CCD相机（6-1）、设在CCD相机（6-1）上的镜头（6-2）、带有折射镜（6-3）的折射镜座（6-4）、选择性光谱折射镜（6-7）和带有聚焦镜（6-5）的聚焦镜座（6-6），所述的选择性光谱折射镜（6-7）和聚焦镜（6-5）设在喷嘴（5）上方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）与折射镜（6-3）设在同一水平面且方向相同，所述的聚焦镜（6-5）设在选择性光谱折射镜（6-7）正下方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）设在准直镜（7）正下方；
所述的自动检测穿孔的激光切割头还包括自动控制系统，所述的自动控制系统包括激光切割控制系统和影像处理系统，所述的激光切割控制系统与影像处理系统相连，所述的影像处理系统与CCD相机（6-1）相连。
本发明的工作原理是在穿孔开始时激光切割控制系统给CCD穿孔检测控制器一个开始信号，这样CCD穿孔检测机构开始工作，在激光穿孔过程中激光会持续不断的输出聚焦在材料上而发出明亮度较高的光亮，当材料被激光穿透时因为光斑透过已经穿刺的空洞聚焦在材料下部很远的位置这样穿孔过程的高亮光斑将会发生明显的光斑亮度衰减现象。这样影像处理系统可以通过对该影像的持监测，实时的与穿孔成功后的样片进行比对能够在第一时间判断穿孔是否已经结束，当穿孔成功后CCD相机扑捉到底高亮光斑突然消失，此时CCD穿孔检测控制器经过和样片比对后输出穿孔结束信号，激光切割控制系统收到该控制信号后撤销穿孔开始信号同时结束穿孔动作开始轨迹切割工作。
本发明具有如下技术效果：采用了CCD穿孔检测功能后可以在穿孔时间设置上不用花更多时间，只需要设置一个较为保守的穿透时间，确保在该时间范围内材料都会被穿透就可以不用考虑时间太长造成切割时间浪费的问题，CCD穿孔检测功能会在每次穿孔过程中把提前穿透的过程反馈给激光切割控制系统，由激光切割控制系统进行结束穿孔动作，从而有效的节约穿孔时间过长带来的大量时间浪费。而传统的技术只能靠延时来预估，确保穿孔穿透率的话穿孔延时就必须要设置长一点，但是为了节约时间又得让穿孔时间越短越好，因此很难形成一个平衡，往往不是造成时间上的浪费就是造成切割过程中穿孔爆孔的现象偶有发生。
附图说明
图1是本发明的自动检测穿孔的激光切割头的结构示意图；
图2是本发明的自动检测穿孔的激光切割头的剖面图；
图3是本发明的自动检测穿孔的光路实现原理图；
图4是本发明中激光切割控制系统的组成模块示意图；
图5为本发明的工作流程框图；
图6为本发明的工作流程详图。
其中，1为切割头主体，2为调焦模块，3为QBH接口，4为保护镜模块，5为喷嘴，6-1为CCD相机，6-2为镜头，6-3为折射镜，6-4为折射镜座，6-5为聚焦镜，6-6为聚焦镜座，6-7为选择性光谱折射镜，7为准直镜。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明的自动检测穿孔的激光切割头，包括顶部的QBH接口（3）、设在QBH接口（3）下方的对中调整模块、设在对中调整模块下方的调焦模块（2）、设在调焦模块（2）下方的保护镜模块（4）和设在保护镜模块（4）下方的喷嘴（5），所述的对中调整模块内设有准直镜（7）；
所述的自动检测穿孔的激光切割头还包括CCD相机（6-1）、设在CCD相机（6-1）上的镜头（6-2）、带有折射镜（6-3）的折射镜座（6-4）、选择性光谱折射镜（6-7）和带有聚焦镜（6-5）的聚焦镜座（6-6），所述的选择性光谱折射镜（6-7）和聚焦镜（6-5）设在喷嘴（5）上方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）与折射镜（6-3）设在同一水平面且方向相同，所述的聚焦镜（6-5）设在选择性光谱折射镜（6-7）正下方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）设在准直镜（7）正下方；
所述的自动检测穿孔的激光切割头还包括自动控制系统，所述的自动控制系统包括激光切割控制系统和影像处理系统，所述的激光切割控制系统与影像处理系统相连，所述的影像处理系统与CCD相机（6-1）相连。
如图4所示，本发明中的激光切割控制系统，包括工业控制电脑、电容调高控制器、显示器外设和无线遥控手柄等，工业控制电脑内设有运动控制卡，用于控制伺服系统和齿轮齿条传动机构。
本发明中的影像处理系统，为工业影像处理器，与CCD相机联合使用。
所述的激光切割控制系统，用于发出穿孔指令给激光控制机；
所述的影像处理系统，用于监测穿孔，以及穿孔完成后向激光切割控制系统发出穿孔结束信号。
本发明中的激光切割控制系统和影像处理系统均为现有技术。
如图3所示，本发明的自动检测穿孔的激光切割头中，光路实现的过程如下：激光通过激光光纤输出后，经过准直镜（7）对光束进行准直，也就是平行化处理，然后通过选择性光谱折射镜（6-7），最终经过聚焦镜（6-5）进行聚焦行程能量密集型光斑进行切割操作，同时CCD相机（6-1）通过折射镜（6-3）以及选择性光谱折射镜（6-7）两片部分波长反射镜后经过聚焦镜实现对焦点周围的影像扑捉（所谓部分波长反射镜是指1060-1070nm波长激光全透，400-550波长可见光全反），因为CCD扑捉的光束波长范围是可见光，400-670nm之间，为了避免对红色指示激光650nm波段光进行反射影像画面质量因此部分波长反射镜只对400-550nm波段激光进行反射成像。光路实现过程中反映了CCD对图像采集的一个方案，因为CCD是侧装的但是要与激光进行同轴拍摄涉及到了里面有两片比较特殊的特定补偿反射镜片，所以光路实现过程图可说明用途和安装位置。
如图5、6所示，本发明的自动检测穿孔的激光切割头中自动控制系统的工作过程如下：
1）激光切割控制系统发出穿孔指令；
2）激光切割机开始进行打孔动作；
3）CCD相机通过镜头采集喷嘴处影像；
4）喷嘴的实时影像经过选择性光谱折射镜将可见光反射至CCD相机，最终将影像传送至影像处理系统，影像处理系统判断穿孔火花现象；
5）影像处理系统监测中心光点变化情况，激光因为波长不在可见光波段故不会被反射，通过持续监视喷嘴处的实时火花影像，直至该火花消失即确定穿孔过程完成；若喷嘴位置火花未减小，则返回步骤1）；如喷嘴位置火花减小，则重复监测排除误判；
6）直至该火花消失即确定穿孔过程完成：确定火花消失，影像处理系统给激光切割控制系统发出穿孔结束信号结束穿孔，然后返回步骤1）。
Claims (1)
1.自动检测穿孔的激光切割头，其特征在于，包括顶部的QBH接口（3）、设在QBH接口（3）下方的对中调整模块、设在对中调整模块下方的调焦模块（2）、设在调焦模块（2）下方的保护镜模块（4）和设在保护镜模块（4）下方的喷嘴（5），所述的对中调整模块内设有准直镜（7）；
所述的自动检测穿孔的激光切割头还包括CCD相机（6-1）、设在CCD相机（6-1）上的镜头（6-2）、带有折射镜（6-3）的折射镜座（6-4）、选择性光谱折射镜（6-7）和带有聚焦镜（6-5）的聚焦镜座（6-6），所述的选择性光谱折射镜（6-7）和聚焦镜（6-5）设在喷嘴（5）上方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）与折射镜（6-3）设在同一水平面且方向相同，所述的聚焦镜（6-5）设在选择性光谱折射镜（6-7）正下方，所述的选择性光谱折射镜（6-7）设在准直镜（7）正下方；
所述的自动检测穿孔的激光切割头还包括自动控制系统，所述的自动控制系统包括激光切割控制系统和影像处理系统，所述的激光切割控制系统与影像处理系统相连，所述的影像处理系统与CCD相机（6-1）相连。
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