CN114101943A - 一种水导激光穿透监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，且公开了一种水导激光穿透监测系统，包括装置本体，装置本体的内部设置有光源系统、光束调节系统、水导系统和动态监测系统，所述光源系统包括第一光源和第二光源，第一光源固定连接在装置本体的左侧，第二光源固定连接在装置本体的顶部；通过动态监测系统对激光穿孔过程中进行动态监测，定量分析模块对待测样光谱与分类数据图谱库系统预存的标准对比光谱进行曲线对比，对判定结果进行判定，确定激光信号，根据对比结果，确定激光穿孔加工达到预定时的激光信号时，定量分析模块将判定信号传输给控制中心，从而有效保证动态监测的效果，从而保证工件穿孔加工的稳定性，保证穿孔加工效果。

Description

一种水导激光穿透监测系统

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体为一种水导激光穿透监测系统。

背景技术

激光打孔过程是激光和物质相互作用的热物理过程，它是由激光光束特性和物质的诸多热物理特性决定的。利用高功率密度激光束照射被加工材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞。激光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。它在激光加工中归类于激光去除，也叫蒸发加工。而水导激光加工技术是以水射流引导激光束对待加工工件进行切割的复合加工技术。水导激光是利用水束光纤传导激光束的特性，由于水的折射率大于空气，当聚焦光束在水束的空气及液体交界面满足全反射临界条件时，形成的水束光纤能将其内部发生全反射的聚焦光束限制在水束中，激光在水束内部由于全反射作用沿水束光纤传播到待加工工件的表面，在激光烧蚀和熔融工件表面的同时，微细水束冲击工件去除材料并进行工件的冷却，从而完成对工件的加工。

然而现有的装置在进行激光加工时，对加工过程监测效果差，无法及时监测工件的穿孔操作，从而导致在工件穿孔加工过程中，穿孔质量差，影响加工精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种水导激光穿透监测系统，具备提高对工件穿孔加工的监测效果，提高穿孔加工精度的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水导激光穿透监测系统，包括装置本体，装置本体的内部设置有光源系统、光束调节系统、水导系统和动态监测系统，其中，

所述光源系统包括第一光源和第二光源，第一光源和第二光源用于发出激光，第一光源固定连接在装置本体的左侧，第二光源固定连接在装置本体的顶部；

所述光束调节系统包括第一透镜、移动滑块、半透镜、透光板、电子变焦透镜和变焦控制器，其中，第二光源、半透镜、电子变焦透镜和透光板由上而下依次设置，移动滑块用于调节半透镜的位置，变焦控制器用于电子变焦透镜的焦距；

所述水导系统包括高压水泵，用于提供高压水流；

所述动态监测系统，用于监测激光器运行状态及激光穿透监测，包括光谱测量模块、信号转换模块、元素标定模块、分类数据图谱库和定量分析模块；

所述装置本体设置有控制中心，控制中心包括对光源系统、光束调节系统和水导系统运行或停止命令的接收与传输，包括光源控制模块、水源控制模块、移动控制模块和变焦控制模块。

优选的，所述装置本体的内部开设有激光合束室，移动滑块和半透镜滑动连接在激光合束室的内部，半透镜和移动滑块固定连接，移动滑块用于调节半透镜在激光合束室内部的位置。

优选的，所述装置本体的内部开设有光液耦合室，透光板固定连接在激光合束室和光液耦合室，用于隔离激光合束室和光液耦合室，所述光液耦合室和高压水泵连通，高压水泵注入液体进入光液耦合室的内部，所述光液耦合室的底部固定设置有导流嘴。

优选的，所述装置本体的内部开设有耦合导流道，耦合导流道位于光液耦合室的底部，通过导流嘴连通，装置本体的正下方设置有工作台，所述工作台的上方用于安置工件。

优选的，所述耦合导流道、导流嘴、光液耦合室、透光板、电子变焦透镜、半透镜、第二光源由下而上依次分布，第一透镜设置在半透镜和第一光源之间，所述第一光源发出激光经过第一透镜达到半透镜位置，经过半透镜向正下方反射，所述第二光源发出激光穿透半透镜，两束激光在激光合束室融合，合束激光经过电子变焦透镜、透光板、光液耦合室。导流嘴和耦合导流道作用于工件的表面。

优选的，所述光谱测量模块设置为CCD光学监测装置，用于测量光谱信号；

所述信号转换模块，用于将光信号转换为电信号；

所述元素标定模块，根据测得信号进行光谱标定，建立定标曲线，获得待测样光谱；

所述分类数据图谱库，根据系统预设光谱类别建立标准对比光谱数据库；

所述定量分析模块，用于对待测样光谱与标准对比光谱进行曲线对比，确定激光信号。

优选的，所述光谱测量模块的测量信号包括的光的明暗情况、颜色状态和光谱频率。

优选的，所述动态监测系统和控制中心信号连接，动态监测系统用于向控制中心反馈测量结果，控制中心根据测量结果作出控制指令。

优选的，所述光源控制模块包括对第一光源控制单元和第二光源控制单元，第一光源控制单元和第二光源控制单元分别和第一光源、第二光源信号连接，用于控制第一光源或第二光源的开始和结束；

所述水源模块和高压水泵信号连接，用于控制高压水泵的开启或关闭；

所述移动控制模块和移动滑块信号连接，用于控制移动滑块的左右移动；

所述变焦控制模块和变焦控制器信号连接，对变焦控制器发送控制命令，用于控制电子变焦透镜的焦距。

有益效果：

1、该水导激光穿透监测系统，通过动态监测系统对激光穿孔过程中进行动态监测，定量分析模块对待测样光谱与分类数据图谱库系统预存的标准对比光谱进行曲线对比，对判定结果进行判定，确定激光信号，根据对比结果，通过对激光状态的监测判定穿孔过程，确定激光穿孔加工达到预定时的激光信号时，定量分析模块将判定信号传输给控制中心，从而有效保证动态监测的稳定性，提高监测效果，从而保证工件穿孔加工的稳定性，保证穿孔加工效果。

2、该水导激光穿透监测系统，通过变焦控制器调节电子变焦透镜的焦距，同时控制移动滑块在激光合束室的位置，从而达到调节合束激光的效果，保证激光加工的稳定性，通过第一光源和第二光源，以两道激光合成激光束，提高激光强度，且移动滑块调节第一光源发出激光束的位置，提高第一光源和第二光源合束激光效果。

附图说明

图1为本发明结构整体装置连接示意图；

图2为本发明监测及控制系统示意图。

图中：1、装置本体；2、第一光源；21、第二光源；31、第一透镜；32、移动滑块；33、半透镜；34、透光板；35、电子变焦透镜；351、变焦控制器；4、高压水泵；5、激光合束室；6、光液耦合室；61、导流嘴；7、耦合导流道；8、控制中心；9、工件；10、工作台。

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。

实施例一

请参阅图1，一种水导激光穿透监测系统，包括装置本体1，装置本体1的内部设置有光源系统、光束调节系统、水导系统，其中，

光源系统包括第一光源2和第二光源21，第一光源2和第二光源21用于发出激光，第一光源2固定连接在装置本体1的左侧，第二光源21固定连接在装置本体1的顶部；

光束调节系统包括第一透镜31、移动滑块32、半透镜33、透光板34、电子变焦透镜35和变焦控制器351，其中，第二光源21、半透镜33、电子变焦透镜35和透光板34由上而下依次设置，移动滑块32用于调节半透镜33的位置，变焦控制器351用于电子变焦透镜35的焦距；

水导系统包括高压水泵4，用于提供高压水流。

本实施例中，装置本体1的内部开设有激光合束室5，移动滑块32和半透镜33滑动连接在激光合束室5的内部，半透镜33和移动滑块32固定连接，移动滑块32用于调节半透镜33在激光合束室5内部的位置。

本实施例中，装置本体1的内部开设有光液耦合室6，透光板34固定连接在激光合束室5和光液耦合室6，用于隔离激光合束室5和光液耦合室6，光液耦合室6和高压水泵4连通，高压水泵4注入液体进入光液耦合室6的内部，光液耦合室6的底部固定设置有导流嘴61。

本实施例中，装置本体1的内部开设有耦合导流道7，耦合导流道7位于光液耦合室6的底部，通过导流嘴61连通，装置本体1的正下方设置有工作台10，工作台10的上方用于安置工件9。

本实施例中，耦合导流道7、导流嘴61、光液耦合室6、透光板34、电子变焦透镜35、半透镜33、第二光源21由下而上依次分布，第一透镜31设置在半透镜33和第一光源2之间，第一光源2发出激光经过第一透镜31达到半透镜33位置，经过半透镜33向正下方反射，第二光源21发出激光穿透半透镜33，两束激光在激光合束室5融合，合束激光经过电子变焦透镜35、透光板34、光液耦合室6。导流嘴61和耦合导流道7作用于工件9的表面。

使用时，高压水泵4向光液耦合室6注入高压液体，高压液体通过导流嘴61进入耦合导流道7，通过耦合导流道7冲击工件9，通过调节工件9在工作台10位置，保证穿孔位置的准确性，确定位置时，打开第一光源2和第二光源21，第一光源2发出激光经过第一透镜31达到半透镜33位置，经过半透镜33向正下方反射，第二光源21发出激光穿透半透镜33，两束激光在激光合束室5融合。

合束激光经过电子变焦透镜35、透光板34进入光液耦合室6，激光通过光液耦合室6和导流嘴61进入耦合导流道7，是激光在耦合导流道7内部的水流柱内部形成完全折射，进行激光打孔加工。

激光加工时，方便通过变焦控制器351调节电子变焦透镜35的焦距，同时控制移动滑块32在激光合束室5的位置，从而达到调节合束激光的效果，保证激光加工的稳定性，通过第一光源2和第二光源21，以两道激光合成激光束，提高激光强度，且移动滑块32调节第一光源2发出激光束的位置，提高第一光源2和第二光源21合束激光效果。

实施例二

请参阅图1-2，一种水导激光穿透监测系统，包括装置本体1，装置本体1的内部设置有光源系统、光束调节系统、水导系统和动态监测系统，其中，

光源系统包括第一光源2和第二光源21，第一光源2和第二光源21用于发出激光，第一光源2固定连接在装置本体1的左侧，第二光源21固定连接在装置本体1的顶部；

光束调节系统包括第一透镜31、移动滑块32、半透镜33、透光板34、电子变焦透镜35和变焦控制器351，其中，第二光源21、半透镜33、电子变焦透镜35和透光板34由上而下依次设置，移动滑块32用于调节半透镜33的位置，变焦控制器351用于电子变焦透镜35的焦距；

水导系统包括高压水泵4，用于提供高压水流；

动态监测系统，用于监测激光器运行状态及激光穿透监测，包括光谱测量模块、信号转换模块、元素标定模块、分类数据图谱库和定量分析模块；

装置本体1设置有控制中心8，控制中心8包括对光源系统、光束调节系统和水导系统运行或停止命令的接收与传输，包括光源控制模块、水源控制模块、移动控制模块和变焦控制模块。

本实施例中，装置本体1的内部开设有激光合束室5，移动滑块32和半透镜33滑动连接在激光合束室5的内部，半透镜33和移动滑块32固定连接，移动滑块32用于调节半透镜33在激光合束室5内部的位置。

本实施例中，装置本体1的内部开设有光液耦合室6，透光板34固定连接在激光合束室5和光液耦合室6，用于隔离激光合束室5和光液耦合室6，光液耦合室6和高压水泵4连通，高压水泵4注入液体进入光液耦合室6的内部，光液耦合室6的底部固定设置有导流嘴61。

本实施例中，装置本体1的内部开设有耦合导流道7，耦合导流道7位于光液耦合室6的底部，通过导流嘴61连通，装置本体1的正下方设置有工作台10，工作台10的上方用于安置工件9。

本实施例中，耦合导流道7、导流嘴61、光液耦合室6、透光板34、电子变焦透镜35、半透镜33、第二光源21由下而上依次分布，第一透镜31设置在半透镜33和第一光源2之间，第一光源2发出激光经过第一透镜31达到半透镜33位置，经过半透镜33向正下方反射，第二光源21发出激光穿透半透镜33，两束激光在激光合束室5融合，合束激光经过电子变焦透镜35、透光板34、光液耦合室6。导流嘴61和耦合导流道7作用于工件9的表面。

本实施例中，光谱测量模块设置为CCD光学监测装置，用于测量光谱信号；

信号转换模块，用于将光信号转换为电信号；

元素标定模块，根据测得信号进行光谱标定，建立定标曲线，获得待测样光谱；

分类数据图谱库，根据系统预设光谱类别建立标准对比光谱数据库；

定量分析模块，用于对待测样光谱与标准对比光谱进行曲线对比，确定激光信号。

本实施例中，光谱测量模块的测量信号包括的光的明暗情况、颜色状态和光谱频率。

本实施例中，动态监测系统和控制中心8信号连接，动态监测系统用于向控制中心8反馈测量结果，控制中心8根据测量结果作出控制指令。

本实施例中，光源控制模块包括对第一光源控制单元和第二光源控制单元，第一光源控制单元和第二光源控制单元分别和第一光源2、第二光源21信号连接，用于控制第一光源2或第二光源21的开始和结束；

水源模块和高压水泵4信号连接，用于控制高压水泵4的开启或关闭；

移动控制模块和移动滑块32信号连接，用于控制移动滑块32的左右移动；

变焦控制模块和变焦控制器351信号连接，对变焦控制器351发送控制命令，用于控制电子变焦透镜35的焦距。

在实施例一的基础上进一步的，增加对该装置的动态监测系统，在监测过程中，其步骤为：

S1、使用过程中，控制中心8对该装置进行控制；

S11、移动控制模块用于控制移动滑块32的左右移动；

S12、变焦控制模块对变焦控制器351发送控制命令，控制电子变焦透镜35的焦距；

S2、激光加工中，光谱测量模块测量光谱信号，同时包括对光的明暗情况、颜色状态监测；

S3、信号转换模块将光信号转换为电信号；

S4、元素标定模块根据测得信号进行光谱标定，建立定标曲线，获得待测样光谱；

S5、定量分析模块对待测样光谱与分类数据图谱库系统预存的标准对比光谱进行曲线对比，对判定结果进行判定，确定激光信号，根据对比结果，通过对激光状态的监测判定穿孔过程，确定激光穿孔加工达到预定时的激光信号时，定量分析模块将判定信号传输给控制中心8；

S6、控制中心8接收判定信号，并作出控制判定；

S61、第一光源控制单元和第二光源控制单元用于控制第一光源2或第二光源21结束；

S62、水源模块用于控制高压水泵4的关闭。

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 (9)

1.一种水导激光穿透监测系统，包括装置本体(1)，其特征在于：装置本体(1)的内部设置有光源系统、光束调节系统、水导系统和动态监测系统，其中，

所述光源系统包括第一光源(2)和第二光源(21)，第一光源(2)和第二光源(21)用于发出激光，第一光源(2)固定连接在装置本体(1)的左侧，第二光源(21)固定连接在装置本体(1)的顶部；

所述光束调节系统包括第一透镜(31)、移动滑块(32)、半透镜(33)、透光板(34)、电子变焦透镜(35)和变焦控制器(351)，其中，第二光源(21)、半透镜(33)、电子变焦透镜(35)和透光板(34)由上而下依次设置，移动滑块(32)用于调节半透镜(33)的位置，变焦控制器(351)用于电子变焦透镜(35)的焦距；

所述水导系统包括高压水泵(4)，用于提供高压水流；

所述动态监测系统，用于监测激光器运行状态及激光穿透监测，包括光谱测量模块、信号转换模块、元素标定模块、分类数据图谱库和定量分析模块；

所述装置本体(1)设置有控制中心(8)，控制中心(8)包括对光源系统、光束调节系统和水导系统运行或停止命令的接收与传输，包括光源控制模块、水源控制模块、移动控制模块和变焦控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种水导激光穿透监测系统，其特征在于：所述装置本体(1)的内部开设有激光合束室(5)，移动滑块(32)和半透镜(33)滑动连接在激光合束室(5)的内部，半透镜(33)和移动滑块(32)固定连接，移动滑块(32)用于调节半透镜(33)在激光合束室(5)内部的位置。

3.根据权利要求2所述的一种水导激光穿透监测系统，其特征在于：所述装置本体(1)的内部开设有光液耦合室(6)，透光板(34)固定连接在激光合束室(5)和光液耦合室(6)，用于隔离激光合束室(5)和光液耦合室(6)，所述光液耦合室(6)和高压水泵(4)连通，高压水泵(4)注入液体进入光液耦合室(6)的内部，所述光液耦合室(6)的底部固定设置有导流嘴(61)。

4.根据权利要求3所述的一种水导激光穿透监测系统，其特征在于：所述装置本体(1)的内部开设有耦合导流道(7)，耦合导流道(7)位于光液耦合室(6)的底部，通过导流嘴(61)连通，装置本体(1)的正下方设置有工作台(10)，所述工作台(10)的上方用于安置工件(9)。

5.根据权利要求4所述的一种水导激光穿透监测系统，其特征在于：所述耦合导流道(7)、导流嘴(61)、光液耦合室(6)、透光板(34)、电子变焦透镜(35)、半透镜(33)、第二光源(21)由下而上依次分布，第一透镜(31)设置在半透镜(33)和第一光源(2)之间，所述第一光源(2)发出激光经过第一透镜(31)达到半透镜(33)位置，经过半透镜(33)向正下方反射，所述第二光源(21)发出激光穿透半透镜(33)，两束激光在激光合束室(5)融合，合束激光经过电子变焦透镜(35)、透光板(34)、光液耦合室(6)。导流嘴(61)和耦合导流道(7)作用于工件(9)的表面。

6.根据权利要求1所述的一种水导激光穿透监测系统，其特征在于：所述光谱测量模块设置为CCD光学监测装置，用于测量光谱信号；

所述信号转换模块，用于将光信号转换为电信号；

所述元素标定模块，根据测得信号进行光谱标定，建立定标曲线，获得待测样光谱；

所述分类数据图谱库，根据系统预设光谱类别建立标准对比光谱数据库；

所述定量分析模块，用于对待测样光谱与标准对比光谱进行曲线对比，确定激光信号。

7.根据权利要求6所述的一种水导激光穿透监测系统，其特征在于：所述光谱测量模块的测量信号包括的光的明暗情况、颜色状态和光谱频率。

8.根据权利要求1所述的一种水导激光穿透监测系统，其特征在于：所述动态监测系统和控制中心(8)信号连接，动态监测系统用于向控制中心(8)反馈测量结果，控制中心(8)根据测量结果作出控制指令。

9.根据权利要求1所述的一种水导激光穿透监测系统，其特征在于：所述光源控制模块包括对第一光源控制单元和第二光源控制单元，第一光源控制单元和第二光源控制单元分别和第一光源(2)、第二光源(21)信号连接，用于控制第一光源(2)或第二光源(21)的开始和结束；

所述水源模块和高压水泵(4)信号连接，用于控制高压水泵(4)的开启或关闭；

所述移动控制模块和移动滑块(32)信号连接，用于控制移动滑块(32)的左右移动；

所述变焦控制模块和变焦控制器(351)信号连接，对变焦控制器(351)发送控制命令，用于控制电子变焦透镜(35)的焦距。

Images