CN113814586A - 一种基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法，涉及激光切割技术领域。该基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法，包括激光切割设备的割头和声音处理系统，其中声音处理系统包括声音采集模块、数据库、数据处理模块、声音控制系统。该判断方法，通过对采集的激光切割设备声音信号进行数据处理，获得不同工艺加工状态的声音信号对应的频率、幅值和标记值，最后利用数据处理后的声音信号模型，以此获得穿刺状态判断模型，该方法直接对激光切割设备加工声音频谱分类，避免生产过程中的观测，将工件穿刺状态反馈到机床的控制系统，提高了机床穿刺识别速度及生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域，具体为一种基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法。
背景技术
任何一种热切割技术,除少数情况可以从板边缘开始外,一般都必须在板上穿一个小孔。激光冲压复合机上是用冲头先冲出一个孔,然后再用激光从小孔处开始进行切割。而对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基本方法：
爆破穿孔——材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑,然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一个孔。
脉冲穿孔——采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化,常用空气或氮气作为辅助气体,每个脉冲激光只产生小的微粒喷射,逐步深入形成小孔。
激光切割设备的激光器工作时，经聚焦的高功率密度激光束照射工件，工件表面被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，燃烧的部分形成熔融物质，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开的功能。在此加工过程中，会使用带有特定压力的助吹气体，助吹气体在释放时本身因为压差会造成空气的震动从而产生边缘音。另外，在进行激光切割时助吹气体接触工件表面,也会对工件接触表面周围的空气产生扰动，从而使空气振动发声。当工件的表面产生物理形状的变化时，助吹气体产生的声音会随之变化，并且在工件穿透前后有较为明显的变化，因此可以通过声音信号来判断工件的穿刺状态，并且以穿刺状态作为依据来对激光切割机的下一步动作做出控制。
常规激光切割机床在加工过程中是否穿刺成功需要操作者去观察激光贯穿状态，这种方法虽然可以做出判断但却并不高效和智能且存在一定的误判的可能性。另外人眼直视激光也具有一定的危害性，因此需要一种方法不通过视觉观察即可判定工件的穿刺状态。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法，解决了常规激光切割机床在加工过程中是否穿刺成功需要操作者去观察激光贯穿状态，这种方法虽然可以做出判断但却并不智能，效率不高且存在一定的误判的可能性。另外人眼直视激光也具有一定的危害性，因此需要一种方法不通过观察即可判定工件的穿刺状态的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法，包括激光切割设备的割头和声音处理系统，其中声音处理系统包括声音采集模块、数据库、数据处理模块、声音控制系统，具体操作如下：
S1、对于待测量激光切割设备，声音采集模块采集其对于不同厚度、不同材质的工件在不同的工艺要求加工时发出的音频信号，以此形成音频信号的原始数据库，其中不同的工艺要求的类型包括：气体类型、气体压强、加工走速、随动高度；
S2、数据处理模块对原始数据库中的数据进行处理，获得分析数据，其中数据处理按照下列步骤进行：
S21、对原始数据库中的音频信号进行傅里叶处理，获得每种加工工艺音频信号对应的关于频率和声压关系的频谱图,截取穿刺成功前后1-2s图像；
S22、找出补正S21中频谱图中发生突变的点，取出所述频谱图中突变点发生的前后声压值，对这两个声压值进行积分运算得到其声压变化率最大的点对应的的声压值，视为该突变的标志声压，其中突变标志声压为多次测量取平均值获得；
S3、通过数据处理模块构建穿刺判断模型，穿刺判断模型采用卷积网络、RBF网络或BP网络，建立数控系统与声音控制系统的通讯连接，将实际的工艺情况作为输入信号传递到声音控制系统，从而匹配到声音控制系统内的相应模式，确认相应的声音突变检测模型，加工程序运行且激光器出光时激活声音控制系统对声音信号的监控，加工过程中声音控制系统实时采集加工区的声音并通过步骤S2的处理，在检测到跳变信号时即输出一个数字量的上升沿信号到数控系统，数控系统以此信号作为判断标准来执行接下来的程序动作，其中，以加工时采集的频率、声压作为输入，机床穿刺是否成功作为输出。
优选的，所述在步骤S2中，对不同的激光切割设备工艺状态进行编号，每个编号对应一种加工工艺模式，以方便通过编号表示设备工艺状态。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法。具备以下有益效果：
该基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法，通过对采集的激光切割设备声音信号进行数据处理，获得不同工艺加工状态时的声音信号对应的频率、幅值，然后利用数据处理获得穿刺标志声压，最终得到穿刺状态判断模型，该方法直接对激光切割设备加工声音频谱分类，避免生产过程中的观测，将工件穿刺状态引入到机床的控制系统，提高了机床穿刺识别速度及生产效率。
附图说明
图1为本发明穿刺判断方法示意图；
图2为本发明穿刺判断处理流程示意图；
图3为本发明穿刺判断模型示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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做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。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法，包括激光切割设备的割头和声音处理系统，其中声音处理系统包括声音采集模块、数据库、数据处理模块、声音控制系统，具体操作如下：
S1、对于待测量激光切割设备，声音采集模块采集其对于不同厚度、不同材质的工件在不同的工艺要求加工时发出的音频信号，以此形成音频信号的原始数据库，其中不同的工艺要求的类型包括：气体类型、气体压强、加工走速、随动高度；
S2、数据处理模块对原始数据库中的数据进行处理，同时对不同的激光切割设备工艺状态进行编号，每个编号对应一种加工工艺模式，以方便通过编号表示设备工艺状态，获得分析数据，其中数据处理按照下列步骤进行：
S21、对原始数据库中的音频信号进行傅里叶处理，获得每种加工工艺音频信号对应的关于频率和声压关系的频谱图,截取穿刺成功前后1-2s图像；
S22、找出补正S21中频谱图中发生突变的点，取出所述频谱图中突变点发生的前后声压值，对这两个声压值进行积分运算得到其声压变化率最大的点对应的的声压值，视为该突变的标志声压，其中突变标志声压为多次测量取平均值获得；
S3、通过数据处理模块构建穿刺判断模型，穿刺判断模型采用卷积网络、RBF网络或BP网络，建立数控系统与声音控制系统的通讯连接，将实际的工艺情况作为输入信号传递到声音控制系统，从而匹配到声音控制系统内的相应模式，确认相应的声音突变检测模型，加工程序运行且激光器出光时激活声音控制系统对声音信号的监控，加工过程中声音控制系统实时采集加工区的声音并通过步骤S2的处理，在检测到跳变信号时即输出一个数字量的上升沿信号到数控系统，数控系统以此信号作为判断标准来执行接下来的程序动作，其中，以加工时采集的频率、声压作为输入，机床穿刺是否成功作为输出。
实施例：
一种基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法，具体操作如下：
(1)收录激光切割设备不同工艺加工状态下的声音信号。
(2)对声音信号进行FFT变换处理，得到频谱样本。
(3)通过频谱样本制作测试网络样本的3个特征和1个label。首先提取出频谱样本的声压值作为第一组特征；再提取出的频率值作为第二组特征；使用实验获得的数据库，积分运算获得其突变点声压即为标准声压，作为第三组特征。Label为对应的不同的加工工艺方式建立的表格，为其建立好编号且与实际的加工工艺一一对应起来。
(4)将样本的3组特征值及label送入搭建的网络进行训练测试。
(5)判断时，将加工过程中产生的信号按之前步骤提取出3组特征值，送入判断网络测得到实时输出的穿刺状态判断结果。
综上所述，该基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法，通过对采集的激光切割设备声音信号进行数据处理，获得不同工艺加工状态时的声音信号对应的频率、幅值，然后利用数据处理获得穿刺标志声压，最终得到穿刺状态判断模型，该方法直接对激光切割设备加工声音频谱分类，避免生产过程中的观测，将工件穿刺状态引入到机床的控制系统，提高了机床穿刺识别速度及生产效率；
本发明中提供的激光切割机床穿刺状态判断方法，不用计操作者实际观察工件是否加工贯穿，同时，通过加工声判断机床穿刺状态时更加迅速，相比人工判断机床状态结果更为准确，节省人工成本；
本发明中判断激光切割机床穿刺状态时，只需在加工过程中对声音开启采集，通过声音控制系统对其进行自动运算后即可得出其穿刺状态，不需要再提取机床的加工数据来分析，也不用其他检测设备，操作简单。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法，其特征在于：包括激光切割设备的割头和声音处理系统，其中声音处理系统包括声音采集模块、数据库、数据处理模块、声音控制系统，具体操作如下：
S1、对于待测量激光切割设备，声音采集模块采集其对于不同厚度、不同材质的工件在不同的工艺要求加工时发出的音频信号，以此形成音频信号的原始数据库，其中不同的工艺要求的类型包括：气体类型、气体压强、加工走速、随动高度；
S2、数据处理模块对原始数据库中的数据进行处理，获得分析数据，其中数据处理按照下列步骤进行：
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2.根据权利要求1所述的一种基于声音信号对激光切割机穿刺状态的判断方法，其特征在于：所述在步骤S2中，对不同的激光切割设备工艺状态进行编号，每个编号对应一种加工工艺模式，以方便通过编号表示设备工艺状态。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06277862A (ja) * | 1993-03-30 | 1994-10-04 | Toshiba Corp | レーザ加工装置 |
| US5681490A (en) * | 1995-09-18 | 1997-10-28 | Chang; Dale U. | Laser weld quality monitoring system |
| CN1267579A (zh) * | 2000-04-21 | 2000-09-27 | 清华大学 | 等离子弧焊熔池穿孔状态的声音信号传感方法及其系统 |
| DE102014017780A1 (de) * | 2014-06-07 | 2015-12-17 | Explotech Gmbh | Verfahren zur frequenzspezifischen Überwachung der Laserbearbeitung eines Werkstückes mit gepulster Strahlung und Vorrichtung zu seiner Durchführung |
| JP2016078044A (ja) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 三菱電機株式会社 | 加工状態判定装置及び加工機 |
| CN106338337A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-01-18 | 盐城工学院 | 一种激光打孔中在线监测打孔质量的装置及其监测方法 |
| CN111889894A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-11-06 | 武汉新耐视智能科技有限责任公司 | 一种激光切割质量的检测方法及装置 |
| CN214161805U (zh) * | 2020-12-10 | 2021-09-10 | 上海柏楚数控科技有限公司 | 激光加工质量监测系统 |
-
2021
- 2021-11-05 CN CN202111305137.4A patent/CN113814586B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06277862A (ja) * | 1993-03-30 | 1994-10-04 | Toshiba Corp | レーザ加工装置 |
| US5681490A (en) * | 1995-09-18 | 1997-10-28 | Chang; Dale U. | Laser weld quality monitoring system |
| CN1267579A (zh) * | 2000-04-21 | 2000-09-27 | 清华大学 | 等离子弧焊熔池穿孔状态的声音信号传感方法及其系统 |
| DE102014017780A1 (de) * | 2014-06-07 | 2015-12-17 | Explotech Gmbh | Verfahren zur frequenzspezifischen Überwachung der Laserbearbeitung eines Werkstückes mit gepulster Strahlung und Vorrichtung zu seiner Durchführung |
| JP2016078044A (ja) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 三菱電機株式会社 | 加工状態判定装置及び加工機 |
| CN106338337A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-01-18 | 盐城工学院 | 一种激光打孔中在线监测打孔质量的装置及其监测方法 |
| CN111889894A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-11-06 | 武汉新耐视智能科技有限责任公司 | 一种激光切割质量的检测方法及装置 |
| CN214161805U (zh) * | 2020-12-10 | 2021-09-10 | 上海柏楚数控科技有限公司 | 激光加工质量监测系统 |
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| Publication number | Publication date |
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