[發明專利]激光加工頭、用于激光加工的檢測系統和檢測方法

在審

• 申請號: 202210893184.3
• 申請日: 2022-07-27
• 公開（公告）號: CN115178860A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 唐曄;郭震東;董小龍;王威
• 申請（專利權）人: 上海波刺自動化科技有限公司
• 主分類號: B23K26/064
• 分類號: B23K26/064;B23K26/03;B23K26/70;B23K26/38
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖;張鑫

本發明涉及激光加工頭、用于激光加工的檢測系統和檢測方法。所述激光加工頭包括：透鏡組件、噴嘴、分光鏡組件和成像組件，其中，基于實時采集的熔池圖像和噴嘴初始數據來確定噴嘴損傷度和對中偏移量中的至少一者是否超過閾值，所述噴嘴初始數據為每次更換噴嘴后對該更換的噴嘴進行標定而獲得的該更換的噴嘴在所采集熔池圖像中的相關數據。所述檢測系統包括前述激光加工頭、數據處理單元和控制單元，其可對噴嘴進行標定以獲得所述噴嘴初始數據，基于實時采集的熔池圖像和所述噴嘴初始數據來確定噴嘴損傷度和對中偏移量中的至少一者，并當噴嘴損傷度和對中偏移量中的至少一者超過閾值時發出報警。所述檢測方法與上述檢測系統相對應。

技術領域

本發明涉及激光加工領域，更具體地涉及激光加工頭、用于激光加工的檢測系統和檢測方法。

背景技術

激光加工技術因為具有高效率、高精度等優點，已經廣泛應用在金屬加工領域。激光加工頭是激光加工設備的核心部件。激光通過加工頭內部的準直鏡和聚焦鏡，以聚焦高能光束的形式從加工頭的噴嘴出射，在同樣經由噴嘴出射的輔助氣體的協助下，對加工材料進行諸如切割之類的加工。為了保證加工質量，在加工過程中，激光必須位于噴嘴中心(也就是本領域中常說的“對中”)，并且噴嘴輪廓必須完整，以保證加工激光和輔助氣體的相互作用具有各向同性。否則就可能出現噴嘴燒毀、加工件單邊掛渣、四邊不一致等問題。因此，需要對上述“對中”和噴嘴輪廓進行檢測。

一種檢測方法是由加工人員在噴嘴表面貼膠紙或十字金屬絲，接著在低功率情況下，在0焦位置低功率激光點射，并觀察點射形成的孔洞與噴嘴或金屬絲的相對位置，從而判斷加工激光與噴嘴的同軸度，即，是否對中。這種方法是在加工前進行的，雖然成本低廉，但是因為依靠肉眼識別，所以誤差較大，且容易受操作者主觀判斷影響；而且，機械加工和裝配誤差導致在0焦和高焦位置處激光在水平方向會發生偏移，因此無法保證檢測的準確性。另外有一種檢測方法是利用外置視覺傳感器，通過在噴嘴處外置成像系統，同時拍攝激光以及噴嘴影像，通過輪廓提取來判斷噴嘴損傷，計算光束與噴嘴之間的相對位置，并定量分析對中偏移情況。這種方法雖然相比上述人工檢測方法提高了檢測的準確性，但因為在加工過程中該外置視覺傳感器是無法工作的，所以同樣僅限于在非加工時間進行檢測。

然而，在實際加工過程中，工件碰擦、粘渣、熱輻射等會損壞原本正常的噴嘴，而且高功率激光的熱透鏡效應(鏡片吸收激光能量，導致透鏡內部折射率變化，從而使激光焦點的位置發生變化)也會影響激光對中的準確性。所以相比加工前檢測，更加需要的是在激光加工過程中能夠實時檢測噴嘴輪廓的完整程度和對中偏移程度，這樣才能保證加工精度和穩定性。

目前，最常用的加工過程中的檢測手段，是由有經驗的操作工通過連續不斷地觀察來發現加工火花異常、落料不穩定等現象后，再停機進行檢測。這會影響良品率，也會使加工效率降低，還給操作員帶來了極大的工作量。

還有一種實時檢測的方法是利用集成在加工頭內部的視覺模塊來檢測噴嘴輪廓和對中偏移量，但這種方法必需同時內置照明源來照亮噴嘴及板材表面，否則無法進行檢測，因此存在成本高、維護難的問題。

因此，亟需一種新的技術能在激光加工過程中方便、快捷且低成本地對噴嘴輪廓及激光對中進行精確且穩定的實時檢測。

發明內容

本發明就旨在克服現有技術中的上述和/或其它問題。通過本發明所提供的激光加工頭、用于激光加工的檢測系統和檢測方法，可以在不內置照明源的情況下對噴嘴輪廓和激光對中進行精確且穩定的實時檢測，從而有效地提升激光加工的效率和穩定性。