CN112518122B - 激光加工件熔深检测方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种激光加工件熔深检测方法、装置和系统，通过接收激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号，该光辐射信号包括：红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号中的一种或多种；通过光电传感器将所述接收到光辐射信号进行光电转换成电信号；根据激光加工点的实际熔深值，建立激光加工点熔深值与所述电信号的对应关系；根据所述对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据。本申请实施例通过使用加工点加工时辐射出的光信号进行光电转换后检测，使用的硬件简单有效，降低了检测成本，减少了熔深检测设备结构的复杂度。

Description

激光加工件熔深检测方法、装置和系统

技术领域

本申请涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光焊接过程中，激光加工件熔深检测方法、装置和系统。

背景技术

激光加工过程是光与材料相互作用的过程，其主要是利用激光器发出的激光束通过光纤和透镜传输后聚焦在材料表面，材料吸收激光能量引起熔化甚至气化，进而达到材料加工的目的。由于激光的热影响，待加工材料的加工区域会形成熔池，并辐射出等离子体、金属蒸汽、辐射光信号和辐射声信号等多重信号。大量的研究表明，上述信号与激光加工质量密切相关。如果激光加工过程中出现驼峰、未焊透、飞溅、污染等缺陷时，上述辐射信号会体现出不同的信号表征。

对于激光深焊接工艺，在焊接过程期间沿着激光加工射束的射束轴线形成蒸汽毛细孔，也称为“匙孔(Keyhole)”，匙孔被液态熔融物包围。这种匙孔的深度与焊入深度有关，也就是说，与焊接过程期间金属熔化的深度有关。这个匙孔深度影响着焊接质量。因此实际需要除了测量匙孔深度以确定激光焊接质量。

为了确定匙孔深度(或焊入深度)，传统技术使用导引到匙孔中的测量射束的光学测量方法。如2020年10月23日公开的中国专利201880090132.4用于激光加工系统间距测量的装置和方法及激光加工系统，介绍了一种用于给激光加工系统进行间距测量的装置。该装置包括：用于导引到工件上的初级射束的光源；用于检测从工件反射的次级射束探测装置；用于放大所述初级射束和/或次级射束的光学放大器；和用于评估在频域中的频谱分量之间的干涉的评估单元。该评估单元为光学相干断层扫描仪。

发明内容

本申请提出激光加工件熔深检测方法、装置和系统，相对于使用光学相干断层扫描仪，本申请实施例低成本实现了熔深检测。

本申请采用如下技术方案实现：

第一方面，本申请实施例提供一种激光加工件熔深检测方法，包括：接收激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号，该光辐射信号包括：红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号中的一种或多种；通过光电传感器将所述接收到光辐射信号进行光电转换成电信号；根据激光加工点的实际熔深值，建立激光加工点熔深值与所述电信号的对应关系；根据所述对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据。

上述激光加工件熔深检测方法中，通过将激光加工点的光辐射信号进行光电转换成的电信号与激光加工点熔深值建立对应关系，根据对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据。本申请实施例使用加工点加工时辐射出的光信号进行光电转换后检测，使检测设备简单有效，降低了检测成本，减少了熔深检测设备结构的复杂度。

结合第一方面，在一些实施例中，接收激光加工点覆盖范围至少一个加工点的光辐射信号，包括：在激光加工路径上，接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点的不同光辐射信号。进而通过多种工艺参数下同一个加工点的不同光辐射信号进行数据拟合，在加工点获得更为精确的熔深和电信号的对应关系。

上述通过光电传感器将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号，可以具体为：根据接收到的至少两种参数工艺对应的同一个加工点的不同的光辐射信号，取样不同的光辐射信号进行光电转换成电信号的平均值，通过该平均值表征该同一个加工部位对应的电信号。

结合第一方面，在一些实施例中，通过光电传感器将接收到辐射信号进行光电转换成电信号，包括：通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3，分别将对应V1、V2和V3通过增益调整后输出调整电信号。

结合第一方面，在一些实施例中，根据激光加工点的实际熔深值，建立激光加工点熔深值与电信号的对应关系，包括：分别将激光加工标准件每个加工点对应的V1、V2和V3电压值与激光加工点的熔深值建立对应关系；对应关系，用于根据在激光加工路径上激光加工点对应的调整电信号的大小，来反映激光加工点的熔深值；该熔深值包括：熔深深度和熔深宽度中的一种或两种。

结合第一方面，在一些实施例中，根据对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据，还包括：根据预存的激光加工标准件加工点对应的正常电信号，生成用于熔深检测的表征数据。

结合第一方面，在一些实施例中，预存的激光加工标准件加工点对应的正常调整电信号，包括：预先获取正常激光加工点对应的电信号，其中，正常激光加工点对应的电信号是正常激光加工点在加工点的光辐射信号经过光电转换和增益调整后输出的。

结合第一方面，在一些实施例中，通过光电传感器将接收到辐射信号进行光电转换成电信号，包括：通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3，进而得到的电信号为V＝m*V1+n*V2+k*V3，其中m、n、k都为常数，且m+n+k＝1。

第二方面，本申请实施例提供一种激光加工件熔深检测装置，包括光电传感器和数据处理模块，其中：光电传感器，用于接收激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号，并将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号，其中光辐射信号包括：红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号中的一种或多种；数据处理模块：根据至少一个加工点的实际熔深值，建立熔深值与电信号的对应关系；根据对应关系生成用于熔深检测的表征数据。

上述激光加工件熔深检测装置中，通过将激光加工点的光辐射信号进行光电转换成的电信号与激光加工点熔深值建立对应关系，进而通过该对应关系去表征激光点熔深质量，低成本实现了熔深检测，减少了熔深检测的数据分析复杂度。

结合第二方面，在一些实施例中，激光加工件熔深检测装置还包括存储器和数据处理模块，存储器用于预先存储激光加工标准件加工点经过光电转换后的电信号；数据处理模块用于根据实际熔深值电信号的对应关系和存储器输出的激光加工标准件对应的电信号，生成用于熔深检测的表征数据。

结合第二方面，在一些实施例中，光电传感器，用于在激光加工路径上，接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点的不同光辐射信号；根据接收到的少两种参数工艺对应的同一个加工点的不同的光辐射信号，取样不同的光辐射信号进行光电转换成电信号的平均值，通过该平均值表征该同一个加工部位对应的电信号。

结合第二方面，在一些实施例中，光电传感器为单点光电传感器，包括：红外辐射信号传感器，可见光辐射信号传感器，激光加工反射信号传感器。

结合第二方面，在一些实施例中，光电传感器还用于通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3；数据处理模块还用于：分别将激光加工标准件每个加工点对应的V1、V2和V3电压值与激光加工点的熔深值建立对应关系；所述对应关系，用于根据在激光加工路径上激光加工点对应的调整电信号的大小，来反映激光加工点的熔深值；该熔深值包括：熔深深度和熔深宽度中的一种或两种。

结合第二方面，在一些实施例中，数据处理模块还用于根据预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号，确定激光加工过程中，激光加工点实时熔深检测的表征数据是否符合正常标准。

第三方面，本申请实施例提供一种激光加工件熔深检测系统，包括：激光加工检测模块、存储器、数据处理器和显示模块，其中，激光加工检测模块，用于接收激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号，并将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号，其中，光辐射信号包括：红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号中的一种或多种；数据处理器，用于根据对激光焊接点所述至少一个加工点的实际熔深值，建立熔深值与所述电信号的对应关系；根据所述对应关系生成用于熔深检测的表征数据。存储器：用于预先存储激光加工标准件加工点经过光电转换后的电信号；显示模块：用于将实际熔深值电信号的对应关系和存储器输出的激光加工标准件对应的电信号，在图像界面上进行对比输出显示。

上述激光加工件熔深检测系统中，通过将激光加工点的光辐射信号进行光电转换成的电信号与激光加工点熔深值建立对应关系，进而通过该对应关系去表征激光点熔深质量，低成本实现了熔深检测，减少了熔深检测的数据分析复杂度。

结合第三方面，在一些实施例中，激光加工检测模块还用于在激光加工路径上，接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点的不同光辐射信号；根据接收到的少两种参数工艺对应的同一个加工点的不同的光辐射信号，取样所述不同的光辐射信号进行光电转换成电信号的平均值，通过该平均值表征该同一个加工部位对应的电信号；数据处理器用于根据单点光电传感器接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点对应的电信号生成预先存储激光加工标准件加工点经过光电转换后的电信号，并输出给存储器。

结合第三方面，在一些实施例中，激光加工检测模块为单点光电传感器，包括：红外辐射信号传感器，可见光辐射信号传感器，激光加工反射信号传感器；通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3。

结合第三方面，在一些实施例中，数据处理模块还用于：分别将激光加工标准件每个加工点对应的V1、V2和V3电压值与激光加工点的熔深值建立对应关系；所述对应关系，用于根据在激光加工路径上激光加工点对应的调整电信号的大小，来反映激光加工点的熔深值；该熔深值包括：熔深深度和熔深宽度中的一种或两种。

结合第三方面，在一些实施例中，数据处理模块还用于：根据预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号，确定激光加工过程中，激光加工点实时熔深检测的表征数据是否符合正常标准。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当该计算机程序被执行时，用于执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法，或者执行第二方面或第二方面的任意可能的实现方式中的方法，或者用于执行第三方面或第三方面的任意可能的实现方式中的方法。

本申请提供激光加工件熔深检测方法、装置和系统及计算机可读存储介质，根据激光加工件熔深特征和光学信号相关的特性，建立用于熔深质量检测的表征数据，进而可以通过表征数据判断实际激光加工工件的熔深质量，使得检测设备简单有效，降低了检测成本，减少了熔深检测设备结构的复杂度。

附图说明

图1为本申请实施例一种激光加工件熔深检测装置结构示意图；

图2为本申请实施例中激光加工点熔深与信号关系对应示意图；

图3为本申请实施例中多种激光工艺下，激光加工点熔深与信号关系对应示意图；

图4为本申请实施例中实时检测深与信号关系与标准关系对应示意图；

图5为本申请实施例一种激光加工件熔深检测系统结构示意图；

图6为本申请实施例中激光加工检测模块的结构示意图；和

图7为本申请实施例一种激光加工件熔深检测方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二等来描述设定阈值，但这些设定阈值不应限于这些术语。这些术语仅用来将设定阈值彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一设定阈值也可以被称为第二设定阈值，类似地，第二设定阈值也可以被称为第一设定阈值。

目前，市场上存在的激光加工检测设备，比如激光激光焊接工艺检测设备中，在沿着激光加工光束的激光束轴线进行焊接的过程中，会产生由液态熔融物包围的匙孔(Keyhole)。匙孔的深度与焊缝深度或焊入深度有关。为了确定激光加工过程中(例如在焊接过程期间的)的焊入深度，光学相干断层扫描仪的测量射束可以与激光加工射束同轴地叠加，并且聚焦到匙孔的开口中。入射光射到匙孔的底部(或端部)，在该处被部分地反射，并且返回到光学相干断层扫描仪(OCT，Optical Coherence Tomography)借此能够测得匙孔的深度。光学相干断层扫描技术利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测激光加工件不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到激光加工点二维或三维结构图像。类似方案通过评估在频域中的频谱分量之间的激光加工点的反射光干涉进行匙孔深度检测，需要使用频域相干断层扫描仪或傅立叶域相干断层扫描仪等较为复杂的设备，成本高且计算复杂。另外，激光加工件熔深检测是使用OCT检测技术也会因环境限制，进而影响检测精度。比如加工件本身尺寸不够标准，焊接加工中焊接空隙的不一致也会影响激光加工精度度。

为此，请参考图一，本申请实施例提供一种激光加工件熔深检测装置10，包括：光电传感器11和数据处理模块12。

光电传感器11，用于接收激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号，并将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号，其中，光辐射信号包括：红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号中的一种或多种；数据处理模块12，用于根据激光加工点的实际熔深值，建立激光加工点熔深值与电信号的对应关系；根据对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据。

本申请实施例提供的激光加工件熔深检测装置10，光电传感器11一般用于接收外部激光加工件20上加工点对应的光辐射信号。通过将激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号进行光电转换成的电信号与激光加工点熔深值建立对应关系，进而通过该对应关系去表征激光点熔深质量。可以理解，相比于光学相干断层扫描技术使用激光在加工点反射信号相干特点对信号检测，本申请实施例使用加工点加工时辐射出的光信号进行光电转换后检测，可以不需要增设另外的检测光源，使的检测硬件简单有效，降低了检测成本，减少了熔深检测设备结构的复杂度。

可以理解，数据处理模块：根据对应关系生成用于熔深检测的表征数据。可以为只是将实时熔深检测信号值在对应的激光加工检测路径上进行输出以表征检测质量，也可以通过外部或内部的存储器引入质量评价标准去对实时检测得到的表征数据进行对比判断或者进行其他数值分析判断。

进一步的，为更为直观的体现加工点熔深质量，激光加工件熔深检测装置10还包括存储器。存储器用于预先存储激光加工标准件加工点经过光电转换后的电信号。数据处理模块：用于根据实际熔深值电信号的对应关系和存储器输出的激光加工标准件对应的电信号，生成用于熔深检测的表征数据。

可以理解，预先存储激光加工标准件加工点经过光电转换后的电信号可以为预存的激光加工标准件加工点对应的正常调整电信号。进而，通过正常调整电信号，可以确定激光加工过程中，激光加工点实时熔深检测的表征数据是否符合正常标准。可选的，预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号，可以为：预先获取正常激光加工点对应的电信号，其中，正常激光加工点对应的电信号是正常激光加工点在加工点的光辐射信号经过光电转换和增益调整后的得到的。可以理解，这里的增益调整后形成熔深值输出调整电信号中，该增益调整与实时检测时将实时电信号进行增益调整的参数选择一致。

预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号还可以为根据激光加工生产时的经验值确定的。在激光加工生产过程中，确定的激光设备在确定的激光功率、离焦量、加工速度等参数设置下，对同一类加工件(同类型焊材材料焊接)焊接/3D打印加工时，可通过经验值判断熔深值(熔深深度或宽度中的一种或两种组合)和电信号的标准对应关系，比如在焊接路径横坐标下，显示一条直线或曲线的熔深深度或宽度。进而可以预先建立标准对应模型，使得后续对激光加工件实时检测时，参考标准对应模型去判断实时加工时的加工件熔深质量。

在工业化激光加工过程中，一台激光加工机台会对很多相同或相似的工件对应的激光加工点使用加工激光进行重复批量加工。比如激光焊接应用中，使用加工激光对同一批工件的相应部位的某个点、某个曲线段或某个面进行批量加工。对应的，激光加工点可以是同一批激光加工件对应相同部位的加工点，比如激光焊接某个焊接点、或者是焊接激光在直线或曲线的焊接线段中的某个焊接点，或者是焊接激光一个蝶形焊/缝焊等的某个焊接点，或者是激光3D打印时的一次打点的某个熔接点等。在物理上，同一批激光加工件相同或相似部位的上述焊接点或熔接点及为激光加工路径中的一个加工点。通过光电传感器采集该加工点的光学辐射信号，并经过光电传感器进行光电转换后形成对应的电信号。最后根据这些电信号的差异性对这些加工点的熔深进行特征判定。请参考图2，当对同一批激光加工件中的某个激光加工件中的一条直线焊缝210进行激光焊接时，激光加工路径方向为从左到右进行焊接，这样在焊缝210处可以选择八个加工点201进行熔深检测。这样八个加工点201的光辐射信号会被光电传感器11检测到后，进而形成在焊接路径长度L上，加工点熔深深度与检测得到的电信号值V的对应关系。通过图2可知，激光加工点的熔深深度与检测得到的电信号值V相关。熔深差异明显的八个加工点201对应的电信号对应向上突起，在电压值上形成可识别的特征点。或者根据熔深深度与电压值对应一致的关系，熔深差异明显的八个加工点201对应的电信号对应向上突起，在熔深值纵坐标上形成可识别的特征点。

可以理解，同一批激光加工件某个曲线段或某个面进行批量加工时，焊接区域较长，不同焊接工艺参数(比如不同的焊接速度、不同的焊接激光离焦量、不同的焊接功率等一种或多种参数的配置)对单个加工点的熔深深度影响不一致。因此，接收激光加工路径中单个加工点的光辐射信号时，可以采用不同焊接工艺参数下的加工点进行光辐射信号取样。该加工点在不同工艺参数下取样的光辐射信号，最后也会得到不同工艺参数下的电信号，进而将相关不同工艺参数下的电信号进行数学上的均值，比如不同电信号求和后再取平均值等。请参考图3，取同一批中的四个激光加工件，分别采用四个工艺参数分别对该四个激光加工件进行加工。一个激光加工件可以有一个或多个加工点。如果对一个加工件的进行点焊接，那么一个加工件可以只有一个点焊接的加工点。如图2所示的激光加工件上的一条焊缝210对应有8个加工点。该8个加工点可以对应到图3中每一个工艺中虚线框圈起来的特征点。比如工艺1中对应第一个加工工件的4个加工点，工艺2对应第二个加工工件的4个加工点，工艺3对应第三个加工工件的4个加工点，工艺4对应第四个加工工件的6个加工点。可见，分别通过对工艺1、工艺2、工艺3、工艺4参数下的激光加工件中若干加工点的熔深与电压进行拟合，并结合上述四组对应数据，就可以得出同一批加工件中一类加工点辐射光电信号与熔深深度的对应关系。可以理解，最少有两组工艺参数即可拟合出同一类加工点辐射光电信号与熔深深度的对应关系。及在激光加工路径上，当光电传感器检测到一个加工点的光辐射信号时，通过不同时间分别接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点的不同光辐射信号，即可建立激光加工点熔深值与电信号的对应关系。

可以理解，在激光加工路径上，光电传感器接收至少两种参数工艺对应的同一个加工点的不同光辐射信号。通过光电传感器将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号，包括：根据接收到的至少两种参数工艺对应的同一个加工点的不同的光辐射信号，取样不同的光辐射信号进行光电转换成电信号的平均值，通过该平均值表征该同一个加工部位对应的电信号。即可初步根据熔深深度和对应电信号拟合出对应关系。

具体的，光电传感器为单点光电传感器，该单点光电传感器用于接收辐射光并将辐射光转化为对应的光强电信号，包括：红外辐射信号传感器，可见光辐射信号传感器，激光加工反射信号传感器。一般的，红外辐射信号传感器可以对应接收波长在1250nm至1700nm区间的红外辐射信号。可见光辐射信号传感器可以对应接收400nm至700nm区间的可见光辐射信号。激光加工反射信号传感器可以对应接收实际激光加工时的加工激光反射信号，比如加工激光波长有915nm、1064nm、1080nm等。加工激光的波长与实际使用激光器波长相关。本领域技术人员可以理解，本申请通过光电传感器11接收的激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号与光电传感器本身可检测的光谱相关。在一些使用环境中，红外辐射信号适宜区间可以在1250nm至1700nm区间之外进行扩展。在一些使用环境中，可见光辐射信号可以在400nm至700nm区间外扩展。或者相关光辐射信号可以为相关区间的某一段或者某些特定光谱。比如特定蓝光、特定绿光等。本申请实施例通过红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号三段取值，可以对比表征激光加工质量，进而可以更为精准的进行激光加工件熔深检测。

具体的，光电传感器将接收到辐射信号进行光电转换成电信号，包括：通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3，分别将对应V1、V2和V3通过增益调整后输出调整电信号。这里的增益调整可以理解为：为了通过电压值更直观方便的表征对应激光加工点的熔深值，适当将V1、V2和V3电压值大小分别在一定范围内对应调整，使得电压值得变动可以直观反映激光加工点的熔深变化。本申请实施例中，通过光电传感器将接收到辐射信号进行光电转换成电信号，进而得到的电信号可以为V＝m*V1+n*V2+k*V3，其中m、n、k都为常数，且m+n+k＝1。

数据处理模块12根据激光加工点的实际熔深值，建立激光加工点熔深值与电信号的对应关系，包括：分别将激光加工标准件每个加工点对应的V1、V2和V3电压值与激光加工点的熔深值建立对应关系；对应关系，用于根据在激光加工路径上激光加工点对应的调整电信号的大小，来反映激光加工点的熔深值；可以理解，本申请实施例所描述的熔深值包括：熔深深度和熔深宽度中的一种或两种。及调整电信号的变化可以单独反映熔深深度变化、或者单独反映熔深宽度变化，也可以反映熔深深度和/或宽度的加权变化。

进一步的，数据处理模块12根据对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据，还包括：根据预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号，确定激光加工过程中，激光加工点实时熔深检测的表征数据是否符合正常标准。本申请实施例中，当激光加工过程中，比如批量焊接某一类加工件时，需要实时检测这一类加工件的焊接点熔深深度是否满足产品合格要求。根据前述方案，需要实时检测该批激光加工件相同或相似部位的上述加工点的光辐射信号，进而建立实时激光加工点熔深值与电信号的对应关系。因实时得到对应关系需要标准参照表来对照判断，比如需要确定预存标准加工点熔深值与电压的对应关系，进而根据实时得到的电压值去判断实时加工点熔深值是否异常。可以理解，预存标准加工点熔深值与电压的对应关系可以是一个包络面，即在相同激光加工路径中，若干个激光加工点拟合形成的标准加工点熔深值与电压的对应曲线可以有上限和下限。当实时激光加工点熔深值与电信号拟合的加工路径上的对应关系满足标准加工点熔深值与电压的对应关系的上下限之间时，则判断实时激光加工点熔深值满足激光加工标准。

请结合参阅图4，在激光加工路径L上，实时得到电信号检测值V，通过图示可以看出有若干信号值形成下陷特征，而根据预存标准加工点熔深值与电压的对应关系中，激光加工点容许极限的熔深深度对应一条电压标准值直线(图4中，虚线表示)，通过监测实施监测值是否超出标准值，进而去判断实时检测的激光加工点熔深深度是否满足预设标准。

预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号，还可以包括：预先获取正常激光加工点对应的电信号，其中，正常激光加工点对应的电信号是正常激光加工点在加工点的光辐射信号经过光电转换和增益调整后的得到的。结合图4，激光加工的辐射信号经光电传感器得到的值在一个很较小范围浮动时，比如1.5V左右变动。为得到更为直观的图形检测，可以对较小范围浮动值做一个增益调整，比如提高5倍增益，以便在图形界面以为7.5的值在附图中显示，进而更直观的进行图形监控。可以理解进行增益调整后可以为电信号参数输出显示，也可为正常激光加工点对应的电信号是正常激光加工点在加工点的光辐射信号经过光电转换和增益调整后的得到对应的熔深值输出。

对应的，实时检测中，通过光电传感器将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号会以上述相同的增益调整，并得到调整后对应的熔深值参数显示。进而根据激光加工点的实际熔深值，建立激光加工点熔深值与电信号的对应关系。根据对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据，可以具体为通过激光加工路径与熔深值得对应关系，直观显示实时加工点熔深值和预存的激光加工标准件对应加工点的正常调整熔深值的对应关系。

可以理解，本申请实施例，通过将外部激光加工件20上激光加工点的光辐射信号进行光电转换成的电信号与激光加工点熔深值建立对应关系，进而通过该对应关系去表征激光点熔深质量。根据对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据。本申请实施例使用加工点加工时辐射出的光信号进行光电转换后检测，使用的硬件简单有效，降低了检测成本，减少了熔深检测设备结构的复杂度。

请参考图5，本申请实施例揭露一种激光加工件熔深检测系统500，包括：激光加工检测模块510、存储器520、数据处理器530和显示模块540，其中，激光加工检测模块510，用于接收激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号，并将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号，其中光辐射信号包括：红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号中的一种或多种。数据处理器530，用于根据对激光焊接点至少一个加工点的实际熔深值，建立熔深值与电信号的对应关系；根据对应关系生成用于熔深检测的表征数据。存储器520：用于预先存储正常加工标准件经过光电转换后的电信号。显示模块540：用于将用于熔深检测的表征数据和存储器520得到的电信号，在图像界面进行对比输出显示。

可以理解，本申请实施例，通过数据处理器530将激光加工点的光辐射信号进行光电转换成的电信号与激光加工点熔深值建立对应关系，进而通过该对应关系去表征激光点熔深质量。可以避免使用加工激光外的专用检测光源进行辅助检测，使的检测硬件简单有效，减低了激光检测成本，减少了熔深检测的数据分析复杂度。

具体的：显示模块540用于将用于熔深检测的表征数据和存储器520得到的电信号，在图像界面进行对比输出显示。实时检测中，显示模块540用于将用于熔深检测的表征数据是通过激光加工检测模块510将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号会进行增益调整后得到。得到调整后对应的熔深值参数通过电信号输出显示。进而根据激光加工点的实际熔深值，建立激光加工点熔深值与熔深值参数电信号的对应关系。

存储器520用于预先存储正常加工标准件经过光电转换后的电信号。预存的正常激光加工标准件加工点对应的正常调整电信号，为预先获取正常激光加工点对应的电信号，其中，正常激光加工点对应的电信号是正常激光加工点在加工点的光辐射信号经过光电转换和增益调整后的得到的。该增益调整与实时检测时将实时电信号进行增益调整的参数选择一致。

进而通过显示模块540将用于熔深检测的实时表征数据和存储器520得到的电信号，在图像界面进行对比输出显示。

具体的，请一并参考图6，激光加工检测模块510包括：红外辐射信号传感器512，可见光辐射信号传感器513，激光加工反射信号传感器514和光学镜头模组515。红外辐射信号传感器512，可见光辐射信号传感器513和激光加工反射信号传感器514分别用于接收和处理来自光学镜头模组515传输的辐射光束。其中，红外辐射信号传感器511，可见光辐射信号传感器512，激光加工反射信号传感器513可以全部为光电传感器。激光加工检测模块510在激光加工路径上，接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点的不同光辐射信号。进而激光加工检测模块510可以选择性的接收红外辐射信号、可见光辐射信号和激光加工反射信号的一种或多种。这样，激光加工检测模块510根据接收到的少两种参数工艺对应的同一个加工点的不同的光辐射信号，取样不同的光辐射信号进行光电转换成电信号的平均值，通过该平均值表征该同一个加工部位对应的电信号。

可以理解，数据处理器530可以根据单点光电传感器接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点对应的电信号生成预先存储激光加工标准件加工点经过光电转换后的电信号，并输出给存储器520。具体的，数据处理器530用于：分别将激光加工标准件每个加工点对应的V1、V2和V3电压值与激光加工点的熔深值建立对应关系；对应关系，用于根据在激光加工路径上激光加工点对应的调整电信号的大小，来反映激光加工点的熔深值；该熔深值包括：熔深深度和熔深宽度中的一种或两种。

其中，数据处理器530根据预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号，确定激光加工过程中，激光加工点实时熔深检测的表征数据是否符合正常标准。实时检测中，激光加工检测模块510将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号会进行增益调整后得到。这里的增益调整可以理解为：为了通过电压值或其他参数以更直观方便的表征对应激光加工点的熔深值，适当将V1、V2和V3电压值大小分别在一定范围内对应调整，使得电压值或其他参数的变动可以直观反映激光加工点的熔深变化。本申请实施例中，通过光电传感器将接收到辐射信号进行光电转换成电信号，进而得到的电信号可以为V＝m*V1+n*V2+k*V3，其中m、n、k都为常数，且m+n+k＝1。

请参考图7，本申请实施例揭露一种激光加工件熔深检测方法，包括以下步骤：

步骤710：接收激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号，该光辐射信号包括：红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号中的一种或多种；

步骤720：通过光电传感器将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号；

步骤730：根据激光加工点的实际熔深值，建立激光加工点熔深值与电信号的对应关系；

步骤740：根据对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据。

本申请实施例提供的激光加工件熔深检测方法，通过将激光加工点的光辐射信号进行光电转换成的电信号与激光加工点熔深值建立对应关系，进而通过该对应关系去表征激光点熔深质量，熔深检测方法简单有效，降低了检测成本，减少了熔深检测设备的复杂度。

具体的，步骤710还包括：在激光加工路径上，接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点的不同光辐射信号。结合本申请前述实施例可以看出，本步骤中，可以对激光加工标准件上多个加工点在正常加工时熔深值信号进行标准标定，建立标准熔深值与电信号的对应关系。通过多种工艺参数对同一个加工点或同一类加工点进行标准标定，使得同一批加工件加工点熔深值和对应的电信号满足对应关系。

具体的，步骤720中，通过光电传感器将接收到光辐射信号进行光电转换成电信号，包括：根据接收到的少两种参数工艺对应的同一个加工点的不同的光辐射信号，取样不同的光辐射信号进行光电转换成电信号的平均值，通过该平均值表征该同一个加工部位对应的电信号。

可以理解的：步骤710与步骤720可以实时对激光加工件加工时进行。在对标准激光件加工时，可以不同环境下预先建立标准激光加工点熔深值和电信号数据对应关系。

可以通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3，分别将对应V1、V2和V3输出电压值电信号；也可以分别将对应V1、V2和V3通过增益调整后输出调整后电压值电信号；也可以分别将对应V1、V2和V3通过增益调整后输出调整后反应熔深值的电信号；也可以将对应V1、V2和V3拟合成一个或多个复合电信号去反应熔深值；也可以将对应V1、V2和V3拟合成一个或多个复合电信号，并将改复合电信号进行增益调整后形成熔深值输出。这里的激光加工反射信号可以理解为，对激光加工件加工时的激光信号经加工件表面反射后形成的。

具体的，步骤730中，可以分别将激光加工标准件每个加工点对应的V1、V2和V3电压值与激光加工点的熔深值建立对应关系；对应关系，用于根据在激光加工路径上激光加工点对应的调整电信号的大小，来反映激光加工点的熔深值；该熔深值包括：熔深深度和熔深宽度中的一种或两种。

具体的，步骤740中，根据对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据，可以为：根据预存的激光加工标准件加工点对应的正常调整电信号，结合实时加工时激光加工点对应所述电信号变化的对应关系，确定激光加工过程中，激光加工点实时熔深检测的表征数据是否符合正常标准。可选的，预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号，可以为：预先获取正常激光加工点对应的电信号，其中，正常激光加工点对应的电信号是正常激光加工点在加工点的光辐射信号经过光电转换和增益调整后的得到的。可以理解，这里的增益调整后形成熔深值输出调整电信号中，该增益调整与实时检测时将实时电信号进行增益调整的参数选择一致。可选的，预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号还可以为根据激光加工生产时的经验值确定的。在激光加工生产过程中，确定的激光设备在确定的激光功率、离焦量、加工速度等参数设置下，对同一类加工件(同类型焊材材料焊接)焊接/3D打印加工时，可通过经验值判断熔深值(熔深深度或宽度中的一种或两种组合)和电信号的标准对应关系，比如在焊接路径横坐标下，显示一条直线或曲线的熔深深度或宽度。进而可以预先建立标准对应模型，使得后续对激光加工件实时检测时，参考标准对应模型去判断实时加工时的加工件熔深质量。

可以理解，根据对应关系生成用于熔深检测的表征数据。可以为只是将实时熔深检测信号值在对应的激光加工检测路径上进行输出以表征检测质量，也可以通过外部或内部的存储器引入质量评价标准去对实时检测得到的表征数据进行对比判断或者进行其他数值分析判断。

可选的，上述方案中通过光电传感器将接收到辐射信号进行光电转换成电信号，包括：通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3，进而得到的电信号为V＝m*V1+n*V2+k*V3，其中m、n、k都为常数，且m+n+k＝1。进而通过上述设置，在通过外接显示设备显示时，可以为单独传感器或单独一段频谱的电信号与对应熔深值显示；也可以为几个传感器或几段频谱的电信号与对应熔深值显示；也可以为多个传感器或多段频谱的电信号拟合成一个信号与对应熔深值显示。比如m设置为1，n和k都设置为0，则为单独红外辐射信号传感器获得对应的电压值显示。如果此时还需要进行坐标单位变化，可以继续对m值进行增益调整，形成坐标单位下的信号值，进而更直观的在输出设备中显示，或者跟方便的用于后续的统计计算。

可以理解本申请实施例提供的激光加工件熔深检测方法和采用该方法的激光加工件熔深检测装置和系统，通过将外部激光加工件上激光加工点的光辐射信号进行光电转换成的电信号与激光加工点熔深值建立对应关系，根据对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据。本申请实施例使用加工点加工时辐射出的光信号进行光电转换后检测，使用的硬件简单有效，降低了检测成本，减少了熔深检测设备结构的复杂度。

本申请实施例提供的激光加工件熔深检测方法、装置和系统中，通过红外辐射信号传感器对应接收波长在1250nm至1700nm区间的红外辐射信号。通过可见光辐射信号传感器对应接收400nm至700nm区间的可见光辐射信号。通过激光加工反射信号传感器对应接收实际激光加工时的加工激光反射信号，比如加工激光波长有915nm、1064nm、1080nm等。加工激光的波长与实际使用激光器波长相关。进而本申请实施例通过红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号三段取值，可以结合对比表征出激光加工件熔深质量，进而可以更为精准的进行激光加工件熔深检测。

本领域技术人员可以理解，本申请通过光电传感器或者激光加工检测模块接收的激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号与光电传感器本身可检测的光谱相关。在一些使用环境中，红外辐射信号适宜区间可以在1250nm至1700nm区间之外进行扩展。在一些使用环境中，可见光辐射信号可以在400nm至700nm区间外扩展。或者相关光辐射信号可以为相关区间的某一段或者某些特定光谱。比如特定频谱的蓝光、绿光等。

本领域普通技术人员可以意识到，本文中公开的实施例中描述的各单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，任意一项功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory；以下简称：ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory；以下简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种激光加工件熔深检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号，该光辐射信号包括：红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号；

通过光电传感器将所述接收到光辐射信号进行光电转换成电信号；包括：通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3，分别将对应V1、V2和V3通过增益调整后输出调整电信号；

根据激光加工点的实际熔深值，建立激光加工点熔深值与所述电信号的对应关系；包括：分别将激光加工标准件每个加工点对应的V1、V2和V3电压值与激光加工点的熔深值建立对应关系；所述对应关系，用于根据在激光加工路径上激光加工点对应的调整电信号的大小，来反映激光加工点的熔深值；该熔深值包括：熔深深度和熔深宽度中的一种或两种；

根据所述对应关系生成用于激光加工点熔深检测的表征数据；包括：根据预存的激光加工标准件加工点对应的正常电信号，生成用于熔深检测的表征数据。

2.如权利要求1所述的激光加工件熔深检测方法，其特征在于，接收激光加工点覆盖范围至少一个加工点的光辐射信号，包括：在激光加工路径上，接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点的不同光辐射信号。

3.如权利要求1所述的激光加工件熔深检测方法，其特征在于，通过光电传感器将所述接收到光辐射信号进行光电转换成电信号，包括：根据接收到的至少两种参数工艺对应的同一个加工点的不同的光辐射信号，取样所述不同的光辐射信号进行光电转换成电信号的平均值，通过该平均值表征该同一个加工部位对应的电信号。

4.如权利要求1所述的激光加工件熔深检测方法，其特征在于，预存的激光加工标准件加工点对应的正常调整电信号，包括：预先获取正常激光加工点对应的电信号，其中，正常激光加工点对应的电信号是正常激光加工点在加工点的光辐射信号经过光电转换和增益调整后输出的。

5.如权利要求1至4任一项所述的激光加工件熔深检测方法，其特征在于，通过光电传感器将所述接收到辐射信号进行光电转换成电信号，包括：通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3，进而得到的电信号为V＝m*V1+n*V2+k*V3，其中m、n、k都为常数，且m+n+k＝1。

6.一种激光加工件熔深检测装置，包括光电传感器和数据处理模块，其特征在于：

光电传感器，为单点光电传感器，包括：红外辐射信号传感器，可见光辐射信号传感器，激光加工反射信号传感器；用于接收激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号，并将所述接收到光辐射信号进行光电转换成电信号，其中光辐射信号包括：红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号；光电传感器将所述接收到辐射信号进行光电转换成电信号，包括：通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3；

数据处理模块：根据所述至少一个加工点的实际熔深值，建立熔深值与所述电信号的对应关系，具体的，分别将激光加工标准件每个加工点对应的V1、V2和V3电压值与激光加工点的熔深值建立对应关系；所述对应关系，用于根据在激光加工路径上激光加工点对应的调整电信号的大小，来反映激光加工点的熔深值；该熔深值包括：熔深深度和熔深宽度中的一种或两种；根据所述对应关系生成用于熔深检测的表征数据，根据预存的激光加工标准件加工点对应的正常电信号，生成用于熔深检测的表征数据。

7.如权利要求6所述的激光加工件熔深检测装置，其特征在于，还包括：

存储器，用于预先存储激光加工标准件加工点经过光电转换后的电信号；

数据处理模块：用于根据实际熔深值电信号的对应关系和存储器输出的激光加工标准件对应的电信号，生成用于熔深检测的表征数据；具体的，通过光电传感器将接收到辐射信号进行光电转换成电信号，进而得到的电信号为V＝m*V1+n*V2+k*V3，其中m、n、k都为常数，且m+n+k＝1。

8.如权利要求6所述的激光加工件熔深检测装置，其特征在于，光电传感器，用于在激光加工路径上，接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点的不同光辐射信号；根据接收到的至少两种参数工艺对应的同一个加工点的不同的光辐射信号，取样所述不同的光辐射信号进行光电转换成电信号的平均值，通过该平均值表征该同一个加工部位对应的电信号。

9.如权利要求6至8任一项所述的激光加工件熔深检测装置，其特征在于，数据处理模块还用于：根据预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号，确定激光加工过程中，激光加工点实时熔深检测的表征数据是否符合正常标准。

10.一种激光加工件熔深检测系统，包括：激光加工检测模块、存储器、数据处理器和显示模块，其特征在于：

激光加工检测模块，为单点光电传感器，用于接收激光加工路径中至少一个加工点的光辐射信号，并将所述接收到光辐射信号进行光电转换成电信号，其中，光辐射信号包括：红外辐射信号、可见光辐射信号、加工激光反射信号；通过红外辐射信号传感器获得对应的电压值V1，通过可见光辐射信号传感器获得对应的电压值V2，通过激光加工反射信号传感器获得对应的电压值V3；

数据处理器，用于根据对激光焊接点所述至少一个加工点的实际熔深值，建立熔深值与所述电信号的对应关系，具体的，分别将激光加工标准件每个加工点对应的V1、V2和V3电压值与激光加工点的熔深值建立对应关系；所述对应关系，用于根据在激光加工路径上激光加工点对应的调整电信号的大小，来反映激光加工点的熔深值；该熔深值包括：熔深深度和熔深宽度中的一种或两种；根据所述对应关系生成用于熔深检测的表征数据，根据预存的激光加工标准件每个加工点对应的正常调整电信号，确定激光加工过程中，激光加工点实时熔深检测的表征数据是否符合正常标准；

存储器：用于预先存储激光加工标准件加工点经过光电转换后的电信号；

显示模块：用于将实际熔深值电信号的对应关系和存储器输出的激光加工标准件对应的电信号，在图像界面上进行对比输出显示。

11.如权利要求10所述的激光加工件熔深检测系统，其特征在于，激光加工检测模块：用于在激光加工路径上，接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点的不同光辐射信号；根据接收到的少两种参数工艺对应的同一个加工点的不同的光辐射信号，取样所述不同的光辐射信号进行光电转换成电信号的平均值，通过该平均值表征该同一个加工部位对应的电信号；

数据处理器：用于根据单点光电传感器接收至少两种工艺参数对应的同一个加工点对应的电信号生成预先存储激光加工标准件加工点经过光电转换后的电信号，并输出给存储器，具体的，通过光电传感器将接收到辐射信号进行光电转换成电信号，进而得到的电信号为V＝m*V1+n*V2+k*V3，其中m、n、k都为常数，且m+n+k＝1。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至5任意一项所述的方法。

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