一种多激光线高速刻痕的质量控制方法及质量评判方法技术

本发明专利技术公开了一种多激光线高速刻痕的质量控制方法，包括步骤：在每一激光光路内同轴嵌设光电检测器；通过光电检测器对被刻工件表面上对应的各条激光刻痕线的反射光谱特征进行实时采集；将采集的各线信号值分别对比设定的参照光谱阈值；根据对比结果对相应激光源进行闭环功率控制。本发明专利技术还公开了一种多激光线高速刻痕的质量评判方法。本发明专利技术通过采集分析激光反射光谱数据，闭环激光功率输出，实现稳定均匀刻痕深度，保证刻痕质量。还通过在光路内同轴内嵌高敏感光电检测器，精确探测工件表面反射光谱，可精准监测单条及多条激光线加工效果，通过构建的数据模型分析评估刻痕系统稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
一种多激光线高速刻痕的质量控制方法及质量评判方法


[0001]本专利技术涉及冷轧硅钢板表面激光刻痕技术，尤其涉及一种多激光线高速刻痕的质量控制方法及质量评判方法。

技术介绍

[0002]近年激光表面刻痕技术在工业领域有着较多的应用，尤其在金属板材表面处理方面得到了大量的应用。一般在冷轧板材后续工艺处理中，通过高能量的激光对钢板表面进行高速刻痕，使得内部材料晶体得到细化，例如针对某些硅钢细化磁畴，降低铁损，当前激光表面刻痕工艺基本采用高速棱镜和高速振镜技术。
[0003]激光刻痕质量关联的因素较为复杂，如激光功率、光斑大小、焦点位置、扫描速度、镜面状态、工件材料等，任何因素均可以影响工艺效果。由于高功率多光束激光刻痕技术是一门新兴的高精尖技术，目前的大型激光表面刻痕系统并未实现质量末端监控技术，尤其对于多线刻痕系统，缺乏有效的实时质量判定系统，无法在线同步评估，质量缺陷往往靠抽样检查，离线分析后才发现问题，导致质量管控存在滞后性，存在批量质量事故风险性较大的问题。
[0004]公开号为CN104772568A的专利公开了一种激光表面处理质量控制方法及其在线监控系统，其通过光电传感器外围检测工件加工反射的光，转化为反射功率值；通过另一光电传感器检测光路镜面残余穿透光，获得实际功率，该方法通过末端推算的功率与上级光路功率进行功率损失对比，对质量进行判定预警。
[0005]公开号为CN104028919A的专利公开了一种激光晶体在线监测传输的焊接系统及焊接系统在线监测方法。其在线监控用于将探测激光束传输到激光晶体，将探测激光束划分为通过激光晶体的检测激光器和未通过激光晶体的参考激光器，以及根据通过激光晶体的检测激光与不通过参考激光的参考激光的光强度比例在线监测激光晶体的透射度。而其监测方法根据通过激光晶体的检测激光器的光强度与不经激光晶体的参考激光器的光强度之比，改变激光晶体的透射率。为改进焊接工艺、提高晶体焊接产量提供了依据。
[0006]上述两专利中，前者主要是针对镜面污染或劣化导致的功率损耗进行判定；而后者则是根据同一激光分光不同路径后进行的光强对比，检测透射率，以便后续人为改进焊接工艺。但是，这两专利均不适用于多线刻痕系统的实时质量判定。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供了一种多激光线高速刻痕的质量控制方法及质量评判方法，通过检测工件反射的光谱特征，对比参照光谱阈值，进行闭环功率控制，实现质量控制；同时针对多激光线的反射光谱信息，利用构建的数学模型数值分析，判定整体刻痕质量。
[0008]一方面，一种多激光线高速刻痕的质量控制方法，包括以下步骤：
[0009]A.在每一激光光路内同轴嵌设光电检测器；
[0010]B.通过光电检测器对被刻工件表面上对应的各条激光刻痕线的反射光谱特征进行实时采集；
[0011]C.将采集的各线信号值分别对比设定的参照光谱阈值；
[0012]D.根据对比结果对相应激光源进行闭环功率控制：当采集信号值在参照光谱阈值范围内时，相应激光源的初始设定功率维持不变；当采集信号值小于参照光谱阈值范围时，控制增大该激光源的功率，并重复步骤S2-S4，直至采集信号值在参照光谱阈值范围内；当采集信号值大于参照光谱阈值范围时，控制减小该激光源的功率，并重复步骤S2-S4，直至采集信号值在参照光谱阈值范围内。
[0013]所述光电检测器设于激光源内或设于扫描盒入口或扫描盒内反光镜后侧。
[0014]所述光电检测器采用具有190nm-1100nm响应光谱范围、采样频率至少25kHz以上的高敏感光电管，用以检测激光反射的近紫外波段辐射光波。
[0015]另一方面，一种多激光线高速刻痕的质量评判方法，包括以下步骤：
[0016]a.在每一激光光路内同轴嵌设光电检测器；
[0017]b.通过光电检测器分别对被刻工件表面上各条激光刻痕线长度方向上周期采集多点的反射光谱特征；
[0018]c.计算单一激光刻痕线上所采集的反射光谱特征组的均值和方差，并以此分别判断该单线刻痕是否良好及刻痕质量的波动大小；
[0019]d.设定多条刻痕线构成单位加工区域，通过对该区域内所采集的各线多点的光谱特征进行统计分析，并根据统计量分析判断该单位加工区域内的刻痕质量的波动大小。
[0020]在步骤c中，所述均值的计算公式为：
[0021][0022]式中，为均值；
[0023]IP1～IPn为该单一激光刻痕线上周期采集多点的反射光谱特征值；
[0024]n为每条线所采集的点数；
[0025]所述刻痕是否良好判断公式为：如成立，则单线刻痕良好,否则不良；式中，{IPX1,IPX2}为参照光谱阈值范围。
[0026]在步骤c中，所述方差的计算公式为：
[0027][0028]式中，S2为方差；
[0029]IPx为采集点采集的光谱特征值，x＝1，2，3
……
n；
[0030]所述刻痕质量的波动大小的判断方法为：将所得的各点方差值按大小排列，方差值越大判断该点的波动越大。
[0031]在步骤d中，所述统计分析的步骤如下：
[0032]d1.根据单位加工区域采集的各线多点的光谱特征并建立数据表；
[0033]d2.计算该区域的总变异值SST、每条刻痕线为一组的组内变异值SSE、各刻痕线组间变异值SSA，公式分别为：
[0034]公式为
[0035]式中，i为单位区域内刻痕线号，j为单条刻痕线采集的点数，为单位区域内所有IP平均值、为某刻痕线内采集点IP的平均值，X
ij
为单位区域内任意采集点的IP值；
[0036]d3.计算统计量F，并与设定显著性水平值Fa相比较，若F>Fa，则说明刻痕质量波动大若F<Fa，则说明刻痕系统较为稳定；
[0037]统计量F的计算公式为：
[0038][0039]式中，MSA为组间均方；MSE为组内均方；a为显著性水平，通常取0.05、0.025或0.01；k为刻痕线组数；n为每条刻痕线长度方向所采集的点数。
[0040]采用本专利技术的多激光线高速刻痕的质量控制方法及质量评判方法，具有以下优点：
[0041]1.本专利技术通过在光路内同轴内嵌高敏感光电检测器，精确探测工件表面反射光谱，可精准监测单条及多条激光线加工效果(激光线越多越具备优势)，通过构建的数据模型分析评估刻痕系统稳定性。
[0042]2.本专利技术通过采集分析激光反射光谱数据，闭环激光功率输出，实现稳定均匀刻痕深度，保证刻痕质量。
[0043]3.本专利技术具有高速响应特征，高敏感光电检测器并配以相应的高速通讯模块，可实现高速激光扫描线特征提取。(与现有的焊接系统存在较大区别，焊接为单焦点移动，速度0.013s/mm，而多线刻痕焦点位移速度为0.24ms/mm，响应要求明显高)。
[0044]4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多激光线高速刻痕的质量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A.在每一激光光路内同轴嵌设光电检测器；B.通过光电检测器对被刻工件表面上对应的各条激光刻痕线的反射光谱特征进行实时采集；C.将采集的各线信号值分别对比设定的参照光谱阈值；D.根据对比结果对相应激光源进行闭环功率控制：当采集信号值在参照光谱阈值范围内时，相应激光源的初始设定功率维持不变；当采集信号值小于参照光谱阈值范围时，控制增大该激光源的功率，并重复步骤S2-S4，直至采集信号值在参照光谱阈值范围内；当采集信号值大于参照光谱阈值范围时，控制减小该激光源的功率，并重复步骤S2-S4，直至采集信号值在参照光谱阈值范围内。2.如权利要求1所述的一种多激光线高速刻痕的质量控制方法，其特征在于：所述光电检测器设于激光源内或设于扫描盒入口或扫描盒内反光镜后侧。3.如权利要求1或2所述的一种多激光线高速刻痕的质量控制方法，其特征在于：所述光电检测器采用具有190nm-1100nm响应光谱范围、采样频率至少25kHz以上的高敏感光电管，用以检测激光反射的近紫外波段辐射光波。4.一种多激光线高速刻痕的质量评判方法，其特征在于，包括以下步骤：a.在每一激光光路内同轴嵌设光电检测器；b.通过光电检测器分别对被刻工件表面上各条激光刻痕线长度方向上周期采集多点的反射光谱特征；c.计算单一激光刻痕线上所采集的反射光谱特征组的均值和方差，并以此分别判断该单线刻痕是否良好及刻痕质量的波动大小；d.设定多条刻痕线构成单位加工区域，通过对该区域内所采集的各线多点的光谱特征进行统计分析，并根据统计量分析判断该单位加工区域内的刻痕质量的波动大小。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛兴，李国保，侯长俊，向邦林，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：