CN107824989A - 一种激光穿孔的检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光器领域，具体涉及一种激光穿孔的检测方法。所述检测方法包括步骤：不断采集激光穿孔过程中的光信号，并处理得到对应的参数数据；判断参数数据是否满足穿孔完成条件；若满足，完成激光穿孔动作并启动下一个动作或关闭。本发明还涉及一种激光穿孔的检测系统。本发明通过设计一种激光穿孔的检测方法及系统，检测激光穿孔过程中的光信号，如辐射光信号和反射光信号，当穿孔过程完成后，快速做出判断并进行响应；以及，在激光穿孔的过程中，光信号会受到穿孔焦点、穿孔功率、穿孔频率以及切割嘴大小等各种工艺参数及外部环境的影响，可避免上述因素对穿孔检测判断结果的影响，提高穿孔的准确度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光器领域，具体涉及一种激光穿孔的检测方法及系统。
背景技术
目前应用激光切割机加工工件的过程中，需要先对工件进行穿孔处理再进行切割操作，现在绝大多数采用的方法是设定一个固定的穿孔延时时间，必须在这个延时时间内完成穿孔过程，但是由于所切割的工件的密度不均匀、工件不平整、激光功率不稳定等因素造成穿孔的时间不固定，如果设定的穿孔延时时间太短，会出现未完成穿孔便开始切割操作，造成工件损坏；如果设定的穿孔延时时间太长，则出现穿孔已经完成却还在等待延时结束，极大的降低了生产效率。
现有的采用的激光穿孔检测进行穿孔判断的方法是设定阈值的方式，只要反馈的信号在设定阈值范围内，则认为已完成穿孔过程，并且不同的参数条件设定不同的阈值范围，但是这种方法受激光穿孔过程中穿孔焦点、穿孔功率、穿孔频率、切割嘴大小等工艺参数及外部环境的影响非常大，并且需要不断的调整阈值，稳定性很差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光穿孔的检测方法，快速做出穿孔判断并进行响应。
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光穿孔的检测系统，快速做出穿孔判断并进行响应。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光穿孔的检测方法，所述检测方法包括步骤：
不断采集激光穿孔过程中的光信号，并处理得到对应的参数数据；
判断参数数据是否满足穿孔完成条件；
若满足，完成激光穿孔动作并启动下一个动作或关闭。
其中，较佳方案是，所述光信号处理及判断的步骤包括：
将光信号转化为信号值，并设置一最小信号阈值；
判断信号值与最小信号阈值的大小；
当信号值不大于最小信号阈值时，确定穿孔完成，并将当前信号值设置为最小信号阈值。
其中，较佳方案是，所述设置最小信号阈值的步骤包括：
设置一最小信号阈值，当信号值不大于最小信号阈值时，确定穿孔完成；
将当前信号值放入历史最小信号阈值的集合中，并将所有历史最小信号阈值进行偏差分析，根据分析结果设置下一次穿孔动作的最小信号阈值。
其中，较佳方案是，所述光信号处理及判断的步骤还包括：
根据信号值计算出导数值；
判断导数值的大小；
当导数值趋近于0时，并进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
其中，较佳方案是，所述导数值的判断步骤还包括：
设置一导数阈值，以及设置第一预设时间；
判断导数值与导数阈值的大小；
当导数值小于导数阈值时，启动计时，并在第一预设时间内不断检测导数值是否趋近于0；
若计时超过第一预设时且导数值没有趋近于0，重新进入判断导数值与导数阈值的大小的步骤；
若在第一预设时间内导数值趋近于0，并进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
其中，较佳方案是，所述光信号处理及判断的步骤还包括：
设置一临界信号阈值；
判断信号值与临界信号阈值的大小；
当信号值趋近于临界信号阈值时，确定穿孔进入完成临界点，并将当前信号值设置为最大信号阈值；
以及，进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
其中，较佳方案是，所述设置临界信号阈值的步骤包括：
设置一临界信号阈值，当信号值趋近于临界信号阈值时，确定穿孔进入完成临界点；
将当前信号值放入历史临界信号阈值的集合中，并将所有历史临界信号阈值进行偏差分析，根据分析结果设置下一次穿孔动作的临界信号阈值。
其中，较佳方案是，所述光信号处理及判断的步骤还包括：
根据信号值计算出方差值，以及设置方差阈值和第二预设时间；
当导数值趋近于0时，判断方差值与方差阈值的大小；
在第二预设时间内，方差值均小于方差阈值时，确定穿孔进入完成临界点，并进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
其中，较佳方案是，所述检测方法还包括步骤：
不断采集激光穿孔过程中的光信号，并将光信号进行滤波处理。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光穿孔的检测系统，所述检测系统包括激光头，所述激光头发射激光并穿孔，所述检测系统还包括：光信号采集模块，所述光信号采集模块不断采集激光穿孔过程中的光信号；第一处理器模块，所述第一处理器模块将光信号进行处理，并得到对应的参数数据；第二处理器模块，所述第二处理器模块判断参数数据是否满足穿孔完成条件，若满足，控制激光头完成激光穿孔动作并启动下一个动作或关闭；其中，第一处理器模块的优先级高于第二处理器模块的优先级。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种激光穿孔的检测方法及系统，检测激光穿孔过程中的光信号，如辐射光信号和反射光信号，当穿孔过程完成后，快速做出判断并进行响应；以及，在激光穿孔的过程中，光信号会受到穿孔焦点、穿孔功率、穿孔频率以及切割嘴大小等各种工艺参数及外部环境的影响，可避免上述因素对穿孔检测判断结果的影响，提高穿孔的准确度和效率；以及，可以解决由于设定固定延时时间方法所造成的工件损坏或效率降低，也可以避免采用阈值判断方法引起的穿孔判断不稳定问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明检测方法的流程示意图；
图2是本发明光信号处理方法的流程示意图；
图3是本发明光信号判断方法的流程示意图；
图4是本发明检测系统的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，本发明提供一种激光穿孔的检测方法的优选实施例。
一种激光穿孔的检测方法，所述检测方法包括步骤：
步骤S10、不断采集激光穿孔过程中的光信号。
步骤S20、并处理得到对应的参数数据。
步骤S30、判断参数数据是否满足穿孔完成条件。
步骤S40、若满足，完成激光穿孔动作并启动下一个动作或关闭。
在本实施例中，采用两个部分独立处理，一部分在高优先级处理模块中进行信号采集、滤波处理、数学运算等操作，并保持1ms的实时数据更新；另一部分在低优先级处理模块中实现判断算法与控制逻辑。
其中，不断采集激光穿孔过程中的光信号，可以采集辐射光信号，或者采集反射光信号，若是辐射光信号，其判断的基础是辐射热源，而光信号为反射光信号，其判断的基础是反射光的亮度值或反射量。
如图2和图3所示，本发明提供检测方法的较佳实施例。
一种光信号处理方法，所述光信号处理方法包括步骤：
步骤S10、不断采集激光穿孔过程中的光信号。
步骤S21、将光信号转化为信号值；
步骤S211、设置一最小信号阈值；
步骤S212、设置一临界信号阈值。
步骤S22、根据信号值计算出导数值；
步骤S221、设置一导数阈值；
步骤S222、以及设置第一预设时间。
步骤S23、根据信号值计算出方差值；
步骤S231、设置方差阈值；
步骤S232、设置第二预设时间。
以及，一种光信号判断方法，所述光信号判断方法包括步骤：
步骤S01、钻孔开始。
步骤S31、判断导数值与导数阈值的大小；
步骤S311、当导数值小于导数阈值时，启动计时，并在第一预设时间内不断检测导数值是否趋近于0，若导数值趋近于0进入步骤S32；反之，在第一预设时间内还没有趋近于0，进入步骤S31，重新判断。
步骤S32、判断信号值与临界信号阈值的大小；
步骤S321、当信号值趋近于临界信号阈值时，确定穿孔进入完成临界点；
步骤S322、将当前信号值放入历史临界信号阈值的集合中，并将所有历史临界信号阈值进行偏差分析，根据分析结果设置下一次穿孔动作的临界信号阈值。
步骤S33、判断方差值与方差阈值的大小；
步骤S331、在第二预设时间内，方差值均小于方差阈值时，确定穿孔进入完成临界点，同时进入步骤S34；反之，进入步骤S33，重新判断。
步骤S34、判断信号值与最小信号阈值的大小；
步骤S341、当信号值不大于最小信号阈值时，确定穿孔完成；
步骤S342、将当前信号值放入历史最小信号阈值的集合中，并将所有历史最小信号阈值进行偏差分析，根据分析结果设置下一次穿孔动作的最小信号阈值。
在本实施例中，首先启动检测系统，以及初始化系统、外设资源与系统变量等，然后进行设置参数，包括导数阀值TDiff、信号波形下降沿的查询时间t1(第一预设时间)、连续方差判断时间t2(第二预设时间)、方差阈值TVar等。完成参数设置后，两个部分的处理模块开始同步运行。
在本实施例中，并参考步骤S21和S211，以及步骤S34、S341和S342，提供一种光信号处理及判断的步骤，具体是：将光信号转化为信号值，并设置一最小信号阈值；判断信号值与最小信号阈值的大小；当信号值不大于最小信号阈值时，确定穿孔完成，并将当前信号值设置为最小信号阈值。
其中，所述设置最小信号阈值的步骤包括：设置一最小信号阈值，当信号值不大于最小信号阈值时，确定穿孔完成；将当前信号值放入历史最小信号阈值的集合中，并将所有历史最小信号阈值进行偏差分析，根据分析结果设置下一次穿孔动作的最小信号阈值。
以及，偏差分析又称为挣得值法或偏差分析法，挣得值分析法是在工程项目实施中使用较多的一种方法，是对项目进度和费用进行综合控制的一种有效方法；在本发明中，以所有历史数据为基础通过偏差分析获取最佳数据，即最小信号阈值和临界信号阈值，使激光穿孔过程中，提高穿孔的精确度，适用于各种激光器以及对应的激光穿孔参数。
在本实施例中，并参考步骤S22、S221和S222，以及步骤S31、S311和S342，提供一种光信号处理及判断的步骤，具体是：根据信号值计算出导数值；判断导数值的大小；当导数值趋近于0时，并进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
其中，导数值趋近于0时表明到达了信号下降沿的终点。
进一步地，所述导数值的判断步骤还包括：设置一导数阈值，以及设置第一预设时间；判断导数值与导数阈值的大小；当导数值小于导数阈值时，启动计时，并在第一预设时间内不断检测导数值是否趋近于0；若计时超过第一预设时且导数值没有趋近于0，重新进入判断导数值与导数阈值的大小的步骤；若在第一预设时间内导数值趋近于0，并进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
其中，若小于导数阈值表明采集的光信号达了某个下降沿的起点。
进一步地，并参考步骤S32、S321和S322，以步骤S212，提供一种光信号处理及判断的步骤，具体是：设置一临界信号阈值；判断信号值与临界信号阈值的大小；当信号值趋近于临界信号阈值时，确定穿孔进入完成临界点，并将当前信号值设置为最大信号阈值；以及，进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
其中，所述设置临界信号阈值的步骤包括：设置一临界信号阈值，当信号值趋近于临界信号阈值时，确定穿孔进入完成临界点；将当前信号值放入历史临界信号阈值的集合中，并将所有历史临界信号阈值进行偏差分析，根据分析结果设置下一次穿孔动作的临界信号阈值。
在本实施例中，并参考步骤S23、S231和S232，以及步骤S33和S331，提供一种光信号处理及判断的步骤，具体是：根据信号值计算出方差值，以及设置方差阈值和第二预设时间；当导数值趋近于0时，判断方差值与方差阈值的大小；在第二预设时间内，方差值均小于方差阈值时，确定穿孔进入完成临界点，并进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
其中，经过这个过程的处理，可以检测到激光穿孔过程中辐射光信号的大幅度下降沿。
在本实施例中，所述检测方法还包括步骤：
不断采集激光穿孔过程中的光信号，并将光信号进行滤波处理。
开始采集辐射光信号，把采集到的信号压入一个FIFO(先入先出队列)中，设计的十阶IIR滤波器从源数据FIFO(先入先出队列)中提取数据并进行低通滤波处理，设计的IIR滤波器的参数为通带截止频率是15hz、采样率为1000hz。完成整个信号采集、滤波处理与数学运算的时间为500us(<1ms，不能超过1ms),在1ms的周期到达后，继续循环处理与更新数据
其中，IIR滤波处理方法可以是FIR滤波、卡尔曼滤波等其它滤波方法。
如图4所示，本发明提供一种激光穿孔的检测系统的优选实施例。
一种激光穿孔的检测系统，所述检测系统包括激光头10，所述激光头10发射激光并穿孔，所述检测系统还包括：光信号采集模块21，所述光信号采集模块21不断采集激光穿孔过程中的光信号；第一处理器模块22，所述第一处理器模块22将光信号进行处理，并得到对应的参数数据；第二处理器模块23，所述第二处理器模块23判断参数数据是否满足穿孔完成条件，若满足，控制激光头10完成激光穿孔动作并启动下一个动作或关闭；其中，第一处理器模块22的优先级高于第二处理器模块23的优先级。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。
Claims (10)
1.一种激光穿孔的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括步骤：
不断采集激光穿孔过程中的光信号，并处理得到对应的参数数据；
判断参数数据是否满足穿孔完成条件；
若满足，完成激光穿孔动作并启动下一个动作或关闭。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述光信号处理及判断的步骤包括：
将光信号转化为信号值，并设置一最小信号阈值；
判断信号值与最小信号阈值的大小；
当信号值不大于最小信号阈值时，确定穿孔完成，并将当前信号值设置为最小信号阈值。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述设置最小信号阈值的步骤包括：
设置一最小信号阈值，当信号值不大于最小信号阈值时，确定穿孔完成；
将当前信号值放入历史最小信号阈值的集合中，并将所有历史最小信号阈值进行偏差分析，根据分析结果设置下一次穿孔动作的最小信号阈值。
4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述光信号处理及判断的步骤还包括：
根据信号值计算出导数值；
判断导数值的大小；
当导数值趋近于0时，并进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述导数值的判断步骤还包括：
设置一导数阈值，以及设置第一预设时间；
判断导数值与导数阈值的大小；
当导数值小于导数阈值时，启动计时，并在第一预设时间内不断检测导数值是否趋近于0；
若计时超过第一预设时且导数值没有趋近于0，重新进入判断导数值与导数阈值的大小的步骤；
若在第一预设时间内导数值趋近于0，并进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
6.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述光信号处理及判断的步骤还包括：
设置一临界信号阈值；
判断信号值与临界信号阈值的大小；
当信号值趋近于临界信号阈值时，确定穿孔进入完成临界点，并将当前信号值设置为最大信号阈值；
以及，进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述设置临界信号阈值的步骤包括：
设置一临界信号阈值，当信号值趋近于临界信号阈值时，确定穿孔进入完成临界点；
将当前信号值放入历史临界信号阈值的集合中，并将所有历史临界信号阈值进行偏差分析，根据分析结果设置下一次穿孔动作的临界信号阈值。
8.根据权利要求4或6所述的检测方法，其特征在于，所述光信号处理及判断的步骤还包括：
根据信号值计算出方差值，以及设置方差阈值和第二预设时间；
当导数值趋近于0时，判断方差值与方差阈值的大小；
在第二预设时间内，方差值均小于方差阈值时，确定穿孔进入完成临界点，并进入判断信号值与最小信号阈值的大小的步骤。
9.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括步骤：
不断采集激光穿孔过程中的光信号，并将光信号进行滤波处理。
10.一种激光穿孔的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括激光头，所述激光头发射激光并穿孔，所述检测系统还包括：
光信号采集模块，所述光信号采集模块不断采集激光穿孔过程中的光信号；
第一处理器模块，所述第一处理器模块将光信号进行处理，并得到对应的参数数据；
第二处理器模块，所述第二处理器模块判断参数数据是否满足穿孔完成条件，若满足，控制激光头完成激光穿孔动作并启动下一个动作或关闭；
其中，第一处理器模块的优先级高于第二处理器模块的优先级。
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