CN105312781A - 一种利用气体压力或流量变化检测材料穿透与否的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用气体压力或流量变化检测材料穿透与否的方法，通过实时检测气体压力或流量的变化，可以稳定、准确、快速的对材料是否被穿透进行判断，从而得到合理的延时时间，通过合理的延时加工，进而可以有效提高加工效率，同时提高加工质量，避免了因为激光过烧而产生的冲孔过大，黑边等现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测方法，具体的说是一种在激光进行打孔加工时，利用气体压力或流量的变化，快速、准确检测材料穿透与否的方法。
背景技术
激光切割及打孔是最早达到实用化的激光加工技术，也是激光加工的主要应用领域之一。随着近代工业和科学技术的迅速发展，使用硬度大、熔点高的材料越来越多，而传统的加工方法已不能满足某些工艺要求。这一类的加工任务用常规机械加工方法很困难，有时甚至是不可能的，而用激光切割或打孔则不难实现。激光束在空间和时间上高度集中，利用透镜聚焦，可以将光斑直径缩小到微米级从而获得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度几乎可以在任何材料实行激光切割或打孔。
在实际的激光的切割或打孔加工中，如何检测材料的穿透与否从而合理的控制激光加工时间极为重要，它不仅影响着加工的质量，而且影响着加工的效率。具体的说，因不同厚度的材料穿孔所需要的时间不同，同时，即便是同样厚度的材料，由于材料层分的差别，产生对光吸收率的不同，穿孔所需要的时间也是有很大的差别，进而，无法依靠纯计算或单个观察、推导的方式确定一个精确的穿孔延时时间，延时的时间如果太短，则无法保证孔打穿或穿透材料，影响后续加工；延时的时间如果太长，则浪费了有效的加工时间，同时也会影响材料加工的质量，易出现黑边、加工孔径增大的问题。
为实现对材料穿透与否的实时检测，目前有的方法是电容检测和CCD图像处理两种，其中电容检测出现在德国，其具体实现方式是根据电容的微弱变化来判断加工孔的穿透与否，但，这种检测方式非常容易受到环境因素(如离子云、飞溅物等)的干扰，会产生错误的判断，无法保证可靠性。CCD图像处理出现在日本，其具体实现方式是，根据CCD采集的图像进行分析判断要加工孔的穿透与否，这种方法需要增加CCD及整套滤光、照明光路，同时图像采集也会受到加工中产生的离子云的干扰，图像处理比较复杂，同时需要增加的硬件CCD、滤光片、分光镜、LED照明等，代价非常高。
因上述两种方式，各存在不同的不足，均无法满足实际工业稳定、准确、低成本的使用需要，故而，目前在实际加工过程中，为保证加工的完成，而又受限于缺乏能满足实际使用需要的实时检测方法，大多数激光加工不实时检测材料的穿透状态，仅采用的延时方式，即，延长激光的作用时间来保证孔的穿透或打穿，加工效率低，加工成本高、且加工效果差。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有激光切割或打孔加工中，实时检测材料穿透与否的方法所存在的不足，提供一种准确性高、使用成本低、工作稳定性好的一种激光加工时，利用气体压力变化检测材料穿透与否的方法。
为实现上述目的，本发明包括以下步骤：
步骤1、在激光加工头上套设一个与其同心同轴的喷嘴，该喷嘴通过导管与一空压设备或是一气罐相连，从过喷嘴处沿激光束轴线方向喷射出定额压强的气流；
步骤2、在喷嘴侧面开孔，并在该孔上通过导管与气体压力传感器或气体流量传感器相连，同时，将气体压力传感器或气体流量传感器与控制电路相连；
步骤3、在激光头进行工作加工时，给控制电路发送启动信号，此时，控制电路控制将当前激光加工时喷嘴处的气体压力或气体流量的数值转换成一模拟电压，并记录；
步骤4、气体压力传感器或气体流量传感器实时采集气体压力或气体流量的数值并通过控制电路将采集的数值转换成一模拟电压；
步骤5、将步骤4采集的模拟电压与步骤3中记录的模拟电压进行对比，当数值间的差额发生突变时，给出一反馈信号，完成材料穿透与否的检测。
步骤6、检测完成后关闭气体压力或流量传感器的采集，等待启动信号。
作为一种优选，控制电路上设有型号为C8051F410的单片机。
作为一种优选，气体压力传感器的型号为为MPX5700AP。
作为一种优选，气嘴喷出的气体为空气或氮气或氧气。
本发明与传统技术相比较，其优势在于，因激光照射材料，在材料穿透的瞬间，使气体压力或流量数值发生变化，通过实时检测气体压力或流量的变化，可以稳定、准确、快速的对材料是否被穿透进行判断，从而得到合理的延时时间，通过合理的延时加工，进而可以有效提高加工效率，同时提高加工质量，避免了因为激光过烧而产生的冲孔过大，黑边等现象。
附图说明
图1是能实现本发明的一种电路的原理图。
图2是实施本发明时，喷嘴与激光加工头的连接配合后的结构示意图。
图中各标号分别是：(1)被加工材料；(2)喷嘴；(3)气管；(4)透光镜片；(5)气管；(6)激光束。
具体实施方式
为方便对本发明作进一步的理解，现结合图1、图2举一具体实施例，对本发明作进一步的说明。
实施例：
如图1、图2所示，在激光加工头上套设一个与其同心同轴的喷嘴2，该喷嘴2通过与气管3与空压设备相连，从过喷嘴处沿激光束6轴线方向喷射出定额压强的气流；在喷嘴2侧面开孔，并在该孔上通过导管5与气体压力传感器相连，同时，将气体压力传感器与控制电路相连。
选用单片机C8051F410(U3)为信号处理核心元件。
选用气体压力传感器MPX5700AP(U4)为信号采集核心元件，该元件根据气体压力的大小输出对应的模拟电压。
实施时，首先设备数控系统控制激光加工头或控制需要加工的材料到达需要打孔的位置，然后设备数控系统控制气体打开，给出开始打孔信号。
单片机C8051F410通过IN1接收到设备数控系统给出的打孔信号后，单片机C8051F410通过AD1启动对气体压力传感器MPX5700AP采集到的信号进行接收处理，当信号出现稳定跳变是说明加工材料已经被打穿，此时单片机C8051F410通过OUT1口输出一个200ms的电平信号，之后关闭对气压传感器的信号接收，等待设备数控系统给出的下一个开始打孔信号。设备数控系统通过接收OUT1输出信号，可以知道打孔或冲孔已经完成，可以进行下一步的指令，完成一个打孔过程。
以上所述，仅是本发明的较佳实施而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员都可能利用上述技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，在此，凡未脱离本发明的技术方案内容，就依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种利用气体压力或流量变化检测材料穿透与否的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、在激光加工头上套设一个与其同心同轴的喷嘴，该喷嘴通过导管与一空压设备或是一气罐相连，从过喷嘴处沿激光束轴线方向喷射出定额压强的气流；
步骤2、在喷嘴侧面开孔，并在该孔上通过导管与气体压力传感器或气体流量传感器相连，同时，将气体压力传感器或气体流量传感器与控制电路相连；
步骤3、在激光头进行工作加工时，给控制电路发送启动信号，此时，控制电路控制将当前激光加工时喷嘴处的气体压力或气体流量的数值转换成一模拟电压，并记录；
步骤4、气体压力传感器或气体流量传感器实时采集气体压力或气体流量的数值并通过控制电路将采集的数值转换成一模拟电压；
步骤5、将步骤4采集的模拟电压与步骤3中记录的模拟电压进行对比，当数值间的差额发生突变时，给出一反馈信号，完成材料穿透与否的检测。
步骤6、检测完成后关闭气体压力或流量传感器的采集，等待启动信号。
2.如权利要求1所述的一种利用气体压力或流量变化检测材料穿透与否的方法，其特征在于：控制电路上设有型号为C8051F410的单片机。
3.如权利要求1所述的一种利用气体压力或流量变化检测材料穿透与否的方法，其特征在于：气体压力传感器的型号为为MPX5700AP。
4.如权利要求1所述的一种利用气体压力或流量变化检测材料穿透与否的方法，其特征在于：气嘴喷出的气体为空气、氮气、氧气中的一种。
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