CN102717184A - 激光传导装置及激光器自动保护设备 - Google Patents

Abstract

激光传导装置及激光器自动保护设备。在激光切割和焊接过程中，经常出现激光传导被污染，结露或增透膜坏损，光学元件不同轴，聚焦位置不正确，加工环境恶劣等现象，导致加工质量下降甚至设备损坏，这是一个世界性的难题，一直依靠操作人员的感官和经验来避免这些问题的发生， 但由于人个体差异较大，判断这些问题的准确性也参差不齐，故本发明通过一系列的传感器代替人的感官，用多种人工智能算法模拟人工判断，实时监控这些问题的程度，本发明包含人机交互界面，一系列传感器模块，传感器处理模块，智能决策模块，通讯模块，输入输出模块。

Description

激光传导装置及激光器自动保护设备

技术领域

本发明涉及一种在激光切割及焊接时，对激光传导装置及激光器的自动保护设备。

背景技术

在使用中高功率激光器（如CO₂激光器，波长=10.6μm；YAG激光器及光纤激光器，波长=1064-1710nm）进行金属切割或焊接应用时，通常会遇到以下情况，导致切割或焊接质量下降，甚至直接造成激光传导装置损坏或激光器损坏：

（1）  激光传导装置（如聚焦镜，保护镜，反射镜等）被污染，结露或增透膜坏损，导致激光无法有效的通过。

（2）  光束与各激光传导装置的通过中心不同心，导致激光不能被正确传导，不被正确传导的光会被反射，漫反射或折射到其他元器件上并加热它们，导致其他元器件的损坏。

（3）  加工时焦点偏离正常位置过多，导致无法正确聚焦，激光无法有效与材料作用而被大计量反射。

（4）  在某些加工条件下，材料发热非常严重，强大的热辐射会加热各激光传导装置包括激光器本体，造成其损坏，还有可能产生热透镜效应，使激光焦点发生偏移，直接导致加工质量下降。

这些问题的防护一直是世界性的难题，因为很难用简单的指标去衡量这些问题的存在或严重程度，故目前基本上都依靠人的视觉，听觉，触觉以及经验来判断，因为人的个体差异很大，所以判断的准确性也参差不齐。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一个智能保护装置，该装置可替代人工判断，交叉判据，判断准，易于拆装，使用方便，稳定性好并适合工业环境使用。可以在危险的状态下主动关闭激光从而保证设备及人员的安全，降低加工废品率，提高光学镜片，激光器的使用寿命。

为实现这个目的，本发明通过一系列的传感器代替人的感官，用多种人工智能算法模拟人工判断，实时监控这些问题的程度，本发明包含人机交互界面，一系列传感器模块，传感器处理模块，智能决策模块，通讯模块，输入输出模块。

所述的一系列传感器模块用于对不同的信息进行采集，包括探测配套激光器波段的光电传感器，温度传感器，湿度传感器，热电堆传感器或热电偶传感器。通过将这些传感器安装在不同的位置，对加工点附近的辐射场分布进行实时监测。

所述的传感器处理模块用于接收传感器的采集信号，进行处理后，统一变送为数字信号，传送到智能决策模块，根据不同的应用需求，变送数字信号提供多种通信协议选择，有CAN总线，RS232，RS485，Modbus，Profibus，Ethernet TCP/IP等。

所述的智能决策模块是软件模块，有两种可选，一种是基于PC的，一种是基于ARM嵌入式系统的，他们完成的任务是一致的，都是通过接受到的传感器信息，和激光器的信息（由激光器的输入输出接口得到），经过神经网络，模糊计算，模式识别等人工智能算法自动判断激光传导装置及激光器的状态，通过这些状态做出如下智能决策：

（1）  水冷机的启停及水温调节，主要目的是防止结露，和防止在没有水冷的情况下激光传导装置或激光器工作；

（2）  是否需要启动电子制冷模块和换气装置，主要目的是为了防止激光传导装置结露，过热及消除热透镜效应等；

（3）  是否出现严重的激光反射现象（一部分是激光在进行加工时，激光没有有效地穿透材料的部分，被反射回来；还有一部分是激光传导装置对激光的反射）；

（4）  是否需要报警，提示工作人员检查；

（5）  是否遇到灾难性故障需要停止激光器或数控设备；

（6）  加工质量是否降低或改变以及改变的方向（向好还是差）；

（7）  是否需要对特征数据建立记录日志，供后期检查。

所述的人机交互界面，主要是为了显示数据，警示信息，分析结果等，并包含输入输出设备，供用户进行操作。

具体实施方法

参考图1，本发明包含6个部分分别是：一系列传感器模块1，传感器处理模块2，，通讯模块3，智能决策模块4，人机交互界面5，输入输出模块6。

一系列传感器模块1主要包括：探测配套激光器波段的光电传感器，温度传感器，湿度传感器，热电堆传感器或热电偶传感器。安装位置和安装数量由具体应用决定，原则上，要获得越多的信息，需要越多的传感器和越多的分布点。

传感器处理模块2是一个独立的电路，主要完成各种传感器的信号转换，首先是当收到上位机命令后将各传感器的数据采集，然后做初步处理，将处理过的数据打包，返回到上位机。返回的信息符合RS485,RS232，或CAN总线标准，经过通讯模块3与上位机进行协议交换。 

通讯模块3，设计中考虑了本发明的适用性，由于外围产品很多，采用的通讯协议也不尽相同，故专门设计了通讯模块，用于与各种外围设备7进行通讯，如激光器，水冷机等等。

智能决策模块4是一个软件模块，本发明中，该模块兼容PC的Windows系统如Windows XP/Vista/7等，也兼容Windows　CE6.0及以上的嵌入式平台，所以智能决策模块有两种组成方式，一种是PC与软件，一种是嵌入式系统与软件，本发明中还包含一个基于ARM的嵌入式系统用于搭载该模块。

人机交互界面5，主要用于显示数据及数据分析结果，并提供部分用户操作接口，如触摸屏，键盘鼠标等。用户可以在人机交互界面上看到各种分析数据，各种状态，分析结果等。

输入输出模块6，主要提供TTL，5V，24V的输入输出接口，用于继电器控制，单片机通讯等。

图2是本发明与激光切割头（保护对象）在一起的实物图。

Claims (7)

1.一种用于激光切割，激光焊接的激光传导装置及激光器的保护设备，其特征在于利用温度，湿度，激光反射，热辐射等数据，在激光切割或焊接时，对激光传导装置及激光器进行自动保护。

2.包括一系列传感器模块，传感器处理模块，通讯模块，智能决策模块，人机交互界面，输入输出模块等。

3.根据权利要求1所述的激光传导装置及激光器的保护设备，其特征在于同时使用了温度传感器，湿度传感器，探测配套激光器波段的光电传感器，热电堆传感器，热电偶传感器等。

4.根据权利要求2所述的激光传导装置及激光器的保护设备，其特征在于判断激光传导装置及激光器状态的依据，由权利要求2中的各种传感器得到。

5.根据权利要求3所述的激光传导装置及激光器的保护设备，其特征在于有智能决策模块，它的判断的方法利用了神经网络，模糊计算，模式识别，通过对权利要求1中各传感器的数据进行对比，学习，得知激光传导装置及激光器的状态。

6.它可以决策是否需要报警，停止设备运转，调整制冷源，启动换气装置行动等。

7.根据权利要求4所述的激光传导装置及激光器的保护设备，其特征在于人机界面可以按仪表盘的方式，显示激光传导装置及激光器的健康程度；按示波器的方式，显示各种传感器的数据曲线；模拟LED的方式，显示激光器的状态。

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