本发明专利技术涉及激光加工头、用于激光加工的检测系统和检测方法。所述激光加工头包括：透镜组件、喷嘴、分光镜组件和成像组件，其中，基于实时采集的熔池图像和喷嘴初始数据来确定喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者是否超过阈值，所述喷嘴初始数据为每次更换喷嘴后对该更换的喷嘴进行标定而获得的该更换的喷嘴在所采集熔池图像中的相关数据。所述检测系统包括前述激光加工头、数据处理单元和控制单元，其可对喷嘴进行标定以获得所述喷嘴初始数据，基于实时采集的熔池图像和所述喷嘴初始数据来确定喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者，并当喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者超过阈值时发出报警。所述检测方法与上述检测系统相对应。统相对应。统相对应。
【技术实现步骤摘要】
激光加工头、用于激光加工的检测系统和检测方法
[0001]本专利技术涉及激光加工领域，更具体地涉及激光加工头、用于激光加工的检测系统和检测方法。
技术介绍
[0002]激光加工技术因为具有高效率、高精度等优点，已经广泛应用在金属加工领域。激光加工头是激光加工设备的核心部件。激光通过加工头内部的准直镜和聚焦镜，以聚焦高能光束的形式从加工头的喷嘴出射，在同样经由喷嘴出射的辅助气体的协助下，对加工材料进行诸如切割之类的加工。为了保证加工质量，在加工过程中，激光必须位于喷嘴中心(也就是本领域中常说的“对中”)，并且喷嘴轮廓必须完整，以保证加工激光和辅助气体的相互作用具有各向同性。否则就可能出现喷嘴烧毁、加工件单边挂渣、四边不一致等问题。因此，需要对上述“对中”和喷嘴轮廓进行检测。
[0003]一种检测方法是由加工人员在喷嘴表面贴胶纸或十字金属丝，接着在低功率情况下，在0焦位置低功率激光点射，并观察点射形成的孔洞与喷嘴或金属丝的相对位置，从而判断加工激光与喷嘴的同轴度，即，是否对中。这种方法是在加工前进行的，虽然成本低廉，但是因为依靠肉眼识别，所以误差较大，且容易受操作者主观判断影响；而且，机械加工和装配误差导致在0焦和高焦位置处激光在水平方向会发生偏移，因此无法保证检测的准确性。另外有一种检测方法是利用外置视觉传感器，通过在喷嘴处外置成像系统，同时拍摄激光以及喷嘴影像，通过轮廓提取来判断喷嘴损伤，计算光束与喷嘴之间的相对位置，并定量分析对中偏移情况。这种方法虽然相比上述人工检测方法提高了检测的准确性，但因为在加工过程中该外置视觉传感器是无法工作的，所以同样仅限于在非加工时间进行检测。
[0004]然而，在实际加工过程中，工件碰擦、粘渣、热辐射等会损坏原本正常的喷嘴，而且高功率激光的热透镜效应(镜片吸收激光能量，导致透镜内部折射率变化，从而使激光焦点的位置发生变化)也会影响激光对中的准确性。所以相比加工前检测，更加需要的是在激光加工过程中能够实时检测喷嘴轮廓的完整程度和对中偏移程度，这样才能保证加工精度和稳定性。
[0005]目前，最常用的加工过程中的检测手段，是由有经验的操作工通过连续不断地观察来发现加工火花异常、落料不稳定等现象后，再停机进行检测。这会影响良品率，也会使加工效率降低，还给操作员带来了极大的工作量。
[0006]还有一种实时检测的方法是利用集成在加工头内部的视觉模块来检测喷嘴轮廓和对中偏移量，但这种方法必需同时内置照明源来照亮喷嘴及板材表面，否则无法进行检测，因此存在成本高、维护难的问题。
[0007]因此，亟需一种新的技术能在激光加工过程中方便、快捷且低成本地对喷嘴轮廓及激光对中进行精确且稳定的实时检测。
技术实现思路
[0008]本专利技术就旨在克服现有技术中的上述和/或其它问题。通过本专利技术所提供的激光加工头、用于激光加工的检测系统和检测方法，可以在不内置照明源的情况下对喷嘴轮廓和激光对中进行精确且稳定的实时检测，从而有效地提升激光加工的效率和稳定性。
[0009]根据本专利技术的第一方面，提供一种激光加工头，包括透镜组件、喷嘴、分光镜组件和成像组件。所述透镜组件用于将激光汇聚到加工表面，该汇聚的激光穿过所述喷嘴到达所述加工表面。所述分光镜组件设置在所述透镜组件和所述喷嘴之间。所述成像组件包括视觉传感器。熔池发出的辐射光穿过所述喷嘴由所述分光镜组件汇聚到所述成像组件，所述视觉传感器实时采集熔池图像。基于所述实时采集的熔池图像和喷嘴初始数据来确定喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者是否超过阈值，所述喷嘴初始数据为每次更换喷嘴后对该更换的喷嘴进行标定而获得的该更换的喷嘴在所采集熔池图像中的相关数据。
[0010]本专利技术的激光加工头特别在每次更换喷嘴后就对该更换的喷嘴进行标定，该标定所需要的亮度借助经由分光镜组件到达成像组件的熔池辐射光就可以获得，而且有了该标定所获得的喷嘴初始数据，从只借助熔池辐射光所采集的熔池图像就可以对喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者进行实时检测，由此在不使用内置照明源的情况下巧妙地实现了低成本、高稳定性的喷嘴检测和对中检测功能。
[0011]较佳地，根据本专利技术的激光加工头可进一步包括设置在所述分光镜组件和所述喷嘴之间的保护镜，用于防止飞溅的金属熔渣损伤所述透镜组件、所述分光镜组件和所述成像组件。
[0012]较佳地，在根据本专利技术的激光加工头中，所述成像组件可相对于加工光束同轴成像。这样的设置可使激光加工头的内部空间更加紧凑。
[0013]较佳地，在根据本专利技术的激光加工头中，所述分光镜组件可包括二向色镜，用于将加工光束几乎完全透射到所述喷嘴，同时将所述熔池发出的辐射光几乎完全反射到所述成像组件。由此，可在不影响加工光束能量的情况下，将喷嘴收集的加工过程辐射信息反射至成像组件，以利于所述视觉传感器采集到均匀、稳定的图像。
[0014]根据本专利技术的第二方面，提供一种用于激光加工的检测系统，其包括根据本专利技术的激光加工头、数据处理单元和控制单元。所述控制单元用于控制所述激光加工头和所述数据处理单元，包括：对所述喷嘴进行标定，以使所述数据处理单元基于所述视觉传感器所采集到的熔池图像获得所述喷嘴初始数据；控制所述数据处理单元基于所述视觉传感器实时采集的熔池图像和所述喷嘴初始数据来确定喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者；和当所述喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者超过阈值时，发出报警。
[0015]根据本专利技术的第三方面，提供一种用于激光加工的检测方法，包括如下步骤：a)对激光加工头的喷嘴进行标定，以获得所述喷嘴在视觉传感器所采集到的熔池图像中的相关数据，并将该相关数据作为喷嘴初始数据；b)基于所述视觉传感器实时采集的熔池图像和所述喷嘴初始数据来确定喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者；以及c)当所述喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者超过阈值时，发出报警。
[0016]上述检测系统和检测方法通过激光加工头、数据处理单元和控制单元之间的配合来进行实时检测，特别因为对喷嘴预先进行标定而得到了喷嘴初始数据，所以即便没有内置照明源，只要基于该喷嘴初始数据和实时采集的熔池图像，也能够准确判定喷嘴损伤度
和对中偏移量是否超出阈值，并在超出阈值时进行相应报警和处理，使得能够在喷嘴损伤和/或对中偏移将影响加工效果之前作出调整。由此，可在降低成本的情况下保证激光加工过程的稳定性，提高加工效率和良品率。
[0017]上述对喷嘴的标定只要在准备进行实时检测之前进行即可，但较佳地是在每次更换喷嘴后就进行，因为这样可以更准确地判断出喷嘴是否损伤以及激光是否对中。
[0018]较佳地，对所述喷嘴进行标定时，可使激光点射出光，以在加工表面上形成熔池，接着可由所述视觉传感器采集所形成熔池的图像，再对该图像进行筛选和处理以得到所述喷嘴初始数据。
[0019]所述喷嘴初始数据可包括喷嘴轮廓大小、喷嘴中心和喷嘴圆度。这些参数可被用来作为判定喷嘴损伤度和对中偏移量的基准。
[0020]较佳地，在确定喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光加工头，包括：透镜组件，用于将激光汇聚到加工表面；喷嘴，所述汇聚的激光穿过该喷嘴到达所述加工表面；分光镜组件，设置在所述透镜组件和所述喷嘴之间；以及成像组件，包括视觉传感器，其中，熔池发出的辐射光穿过所述喷嘴由所述分光镜组件汇聚到所述成像组件，所述视觉传感器实时采集熔池图像，并且其中，基于所述实时采集的熔池图像和喷嘴初始数据来确定喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者是否超过阈值，所述喷嘴初始数据为每次更换喷嘴后对该更换的喷嘴进行标定而获得的该更换的喷嘴在所采集熔池图像中的相关数据。2.如权利要求1所述的激光加工头，进一步包括设置在所述分光镜组件和所述喷嘴之间的保护镜，用于防止飞溅的金属熔渣损伤所述透镜组件、所述分光镜组件和所述成像组件。3.如权利要求1或2所述的激光加工头，其特征在于，所述成像组件相对于加工光束同轴成像。4.如权利要求1或2所述的激光加工头，其特征在于，所述分光镜组件包括二向色镜，用于将加工光束几乎完全透射到所述喷嘴，同时将所述熔池发出的辐射光几乎完全反射到所述成像组件。5.一种用于激光加工的检测系统，包括：如权利要求1
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4中任一项所述的激光加工头；数据处理单元；以及控制单元，用于控制所述激光加工头和所述数据处理单元，包括：对所述喷嘴进行标定，以使所述数据处理单元基于所述视觉传感器所采集到的熔池图像获得所述喷嘴初始数据；控制所述数据处理单元基于所述视觉传感器实时采集的熔池图像和所述喷嘴初始数据来确定喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者；和当所述喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者超过阈值时，发出报警。6.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，对所述喷嘴进行标定时，所述控制单元被进一步配置为：使激光点射出光，以在加工表面上形成熔池；以及控制所述视觉传感器采集所形成熔池的图像，并控制所述数据处理单元对该图像进行筛选和处理以得到所述喷嘴初始数据。7.如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述喷嘴初始数据包括喷嘴轮廓大小、喷嘴中心和喷嘴圆度。8.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，在确定喷嘴损伤度和对中偏移量中的至少一者的过程中，所述控制单元被进一步配置为：控制所述视觉传感器实时采集在激光加工过程中形成在加工表面上的熔池的图像；控制所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐晔，郭震东，董小龙，王威，
申请(专利权)人：上海波刺自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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