本发明专利技术属于水导激光加工领域，具体说是一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置及方法，包括：上位机、激光器、光谱采集系统、CCD相机、光谱分析设备、耦合头以及供水装置；光谱分析设备与光谱采集系统相连接，将接收到的光频谱数据进行频域转换后发送至上位机；激光器用于发射激光依次通过光谱采集系统、耦合头作用于加工区处；CCD相机设于光谱采集系统上方，用于实现激光光斑与耦合头的水束流之间的耦合；上位机，与光谱分析设备相连接；供水装置通过供水管路与耦合头的入水孔连接，且设于光谱采集系统正下方。本发明专利技术可以自动化地实现水导激光射流是否穿透工件的判断，并决定停止当前结构加工并开始下一结构加工的时机。构加工并开始下一结构加工的时机。构加工并开始下一结构加工的时机。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置及方法
[0001]本专利技术属于水导激光加工领域，具体说是一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置及方法。
技术介绍
[0002]水导激光加工技术是一种新型激光加工技术，利用载有高能激光的稳定水射流实现材料去除。目前普遍采用的加工方式是多次重复加工轨迹直至载能水束流完成所需结构的加工。由于工件材料的不均匀性及加工过程的偶然性，载能水束流穿透工件所需的循环数在一定范围内变化。而由于缺少有效判断载能水束流穿透工件的方法，目前普遍采用超过完成待加工结构所需的循环数，借此确保所加工的结构已经完全穿透工件。但是这种方式在进行大量贯通结构加工时会造成极大比例加工时间的浪费，同时影响水导激光加工大量贯通结构时的综合加工效率。因此，实现水导激光射流穿透工件与否的自动化判断对进一步提高水导激光综合加工效率，及实现水导激光加工技术的大规模连续应用，提高加工过程的稳定性有重要意义。
[0003]目前一般采用超量加工的方式来确保水导激光射流完全穿透工件，鉴于此种方法造成的综合加工效率低、可靠性差且对操作人员有较高要求的问题，现提出一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置与方法。
技术实现思路
[0004]本专利技术目的是提供一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置与方法，以解决水导激光加工过程中无法准确判断水导激光射流穿透工件时机的问题。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置，包括：
[0006]上位机、激光器、光谱采集系统、CCD相机、光谱分析设备、耦合头以及供水装置；
[0007]所述光谱分析设备，与光谱采集系统相连接，用于接收光谱采集系统发送的频谱数据，并将采集到的频谱数据进行频域转换后发送至上位机；
[0008]所述激光器，用于发射激光依次通过光谱采集系统、耦合头作用于加工区处，实现材料加工；
[0009]所述CCD相机设于光谱采集系统上方，用于实现激光光斑与耦合头的水束流之间的耦合；
[0010]所述上位机，与光谱分析设备相连接，用于对经过光谱分析设备进行频域转换后的频谱强度数据进行记录与分析；
[0011]所述供水装置通过供水管路与耦合头的入水孔连接；所述耦合头设于光谱采集系统正下方，用于加工待加工材料。
[0012]所述光谱采集系统，包括：同轴设置的第二反射镜、第一反射镜、聚焦镜；
[0013]水导激光加工过程中，激光器发射的激光经第一反射镜反射后，依次经聚焦镜及
耦合头作用在待加工材料表面后，产生的等离子体光在通过耦合头后，沿激光入射的反方向，依次经过聚焦镜、第一反射镜透射，再经第二反射镜反射进入光谱分析设备，光谱分析设备将测得的光谱数据转换至频域，并将频谱的强度数据经过数据线传送至上位机。
[0014]所述第二反射镜和第一反射镜均呈45
°
设置；
[0015]所述激光器的发射方向与第一反射镜之间的夹角呈45
°
，光谱分析设备接收到激光光斑的入射方向与第二反射镜之间的夹角呈45
°
。
[0016]所述第二反射镜为半透半反镜。
[0017]一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置的识别方法，包括以下步骤：
[0018]1)供水装置向耦合头的入水孔内注水，水流进入耦合头的通孔腔后，形成水射流；
[0019]2)打开CCD相机，激光器以设定功率出光，激光器发射的激光经第一反射镜反射后，再经聚焦镜将激光束聚焦成光斑，确认通过聚焦镜形成的激光光斑与耦合头产生的水流束耦合；
[0020]3)激光器以设定功率出光，耦合头开始加工，加工区内产生的等离子体光谱依次经由耦合头、聚焦镜、第一反射镜、第二反射镜输入频谱分析设备中，频谱分析设备将收到的频谱信息由时域变换为频域，并将频谱的光谱强度数据输入至上位机；
[0021]4)根据所加工材料种类选择特征频谱数量后，上位机将对应频率的光谱强度信号进行实时记录并绘制曲线图；
[0022]所述单次数据记录与曲线图绘制的周期与加工轨迹的重复周期相同；
[0023]5)上位机判断水导激光束流是否已经穿透待加工材料，若已穿透，则向加工设备发出信号，加工设备中止当前加工结构的加工程序，并开始下一结构的加工程序；反之，继续进行加工。
[0024]所述上位机判断水导激光束流是否已经穿透待加工材料，具体为：
[0025]上位机对一个频谱强度记录周期内的特征频谱强度值进行判断，若频谱强度值大于判断阈值的时间占整个记录周期的比例低于20％，则判断水导激光束流已经穿透待加工零件。
[0026]所述步骤4)中，所述特征频谱数量为1～4。
[0027]步骤5)中，所述水导激光束流穿透零件的判断阈值的光谱强度范围为1
‑
1000a.u.，且判断阈值占特征频谱强度最大值不超过30％。
[0028]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0029]1.本专利技术可以自动化地实现水导激光射流是否穿透工件的判断，并决定停止当前结构加工并开始下一结构加工的时机，不仅能够可靠地大幅度缩短无效加工时间，提交水导激光加工综合效率，还极大程度地降低对设备操作人员的技术水平要求，有利于水导激光加工技术在生产中的大规模连续应用。
[0030]2.本专利技术还可以通过声光信号分析设备替换光谱分析设备进行对声信号、以及光频谱数据进行分析，获取相应频谱强度变换曲线，进而判断水导激光射流是否穿透工件。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例1的装置结构示意图；
[0032]图2是本专利技术实施例1提供的方法流程图；
[0033]图3是本专利技术实施例1提供的典型频域空间的Fe元素的特征频谱；
[0034]图4是本专利技术实施例1单个重复周期内的特征频谱强度与判断阈值示意图；
[0035]图5是本专利技术实施例2的装置结构示意图；
[0036]图6是本专利技术实施例2提供的方法流程图；
[0037]图7是本专利技术实施例2单个加工轨迹周期内典型特征频谱的光信号强度变化与判断阈值示意图；
[0038]图8是本专利技术实施例2单个加工轨迹周期内典型特征频谱的声信号强度变化与判断阈值示意图。
具体实施方式
[0039]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0040]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0041]如图1所示，本专利技术提供的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置包括：上位机、激光器1、光谱采集系统、CCD相机6、光谱分析设备7、耦合头4以及供水装置；
[0042]光谱分析设备7，与光谱采集系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置，其特征在于，包括：上位机、激光器(1)、光谱采集系统、CCD相机(6)、光谱分析设备(7)、耦合头(4)以及供水装置；所述光谱分析设备(7)，与光谱采集系统相连接，用于接收光谱采集系统发送的频谱数据，并将采集到的频谱数据进行频域转换后发送至上位机；所述激光器(1)，用于发射激光依次通过光谱采集系统、耦合头(4)作用于加工区处，实现材料加工；所述CCD相机(6)设于光谱采集系统上方，用于实现激光光斑与耦合头(4)的水束流之间的耦合；所述上位机，与光谱分析设备(7)相连接，用于对经过光谱分析设备(7)进行频域转换后的频谱强度数据进行记录与分析；所述供水装置通过供水管路与耦合头(4)的入水孔连接，且所述耦合头(4)设于光谱采集系统正下方，用于加工待加工材料。2.根据权利要求1所述的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置，其特征在于，所述光谱采集系统，包括：同轴设置的第二反射镜(5)、第一反射镜(2)、聚焦镜(3)；水导激光加工过程中，激光器(1)发射的激光经第一反射镜(2)反射后，依次经聚焦镜(3)及耦合头(4)作用在待加工材料表面后，产生的等离子体光在通过耦合头(4)后，沿激光入射的反方向，依次经过聚焦镜(3)、第一反射镜(2)透射，再经第二反射镜(5)反射进入光谱分析设备(7)，光谱分析设备(7)将测得的光谱数据转换至频域，并将频谱的强度数据经过数据线传送至上位机。3.根据权利要求2所述的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置，其特征在于，所述第二反射镜(5)和第一反射镜(2)均呈45
°
设置；所述激光器(1)的发射方向与第一反射镜(2)之间的夹角呈45
°
，光谱分析设备(7)接收到激光光斑的入射方向与第二反射镜(5)之间的夹角呈45
°
。4.根据权利要求2所述的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置，其特征在于，所述第二反射镜(5)为半...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔红超，赵吉宾，曹治赫，王顺山，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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