一種利用氣體壓力或流量變化檢測(cè)材料穿透與否的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測(cè)方法，具體的說(shuō)是一種在激光進(jìn)行打孔加工時(shí)，利用氣體壓力或流量的變化，快速、準(zhǔn)確檢測(cè)材料穿透與否的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光切割及打孔是最早達(dá)到實(shí)用化的激光加工技術(shù)，也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。隨著近代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，使用硬度大、熔點(diǎn)高的材料越來(lái)越多，而傳統(tǒng)的加工方法已不能滿足某些工藝要求。這一類的加工任務(wù)用常規(guī)機(jī)械加工方法很困難，有時(shí)甚至是不可能的，而用激光切割或打孔則不難實(shí)現(xiàn)。激光束在空間和時(shí)間上高度集中，利用透鏡聚焦，可以將光斑直徑縮小到微米級(jí)從而獲得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度幾乎可以在任何材料實(shí)行激光切割或打孔。
[0003]在實(shí)際的激光的切割或打孔加工中，如何檢測(cè)材料的穿透與否從而合理的控制激光加工時(shí)間極為重要，它不僅影響著加工的質(zhì)量，而且影響著加工的效率。具體的說(shuō)，因不同厚度的材料穿孔所需要的時(shí)間不同，同時(shí)，即便是同樣厚度的材料，由于材料層分的差另IJ，產(chǎn)生對(duì)光吸收率的不同，穿孔所需要的時(shí)間也是有很大的差別，進(jìn)而，無(wú)法依靠純計(jì)算或單個(gè)觀察、推導(dǎo)的方式確定一個(gè)精確的穿孔延時(shí)時(shí)間，延時(shí)的時(shí)間如果太短，則無(wú)法保證孔打穿或穿透材料，影響后續(xù)加工；延時(shí)的時(shí)間如果太長(zhǎng)，則浪費(fèi)了有效的加工時(shí)間，同時(shí)也會(huì)影響材料加工的質(zhì)量，易出現(xiàn)黑邊、加工孔徑增大的問(wèn)題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)對(duì)材料穿透與否的實(shí)時(shí)檢測(cè)，目前有的方法是電容檢測(cè)和CCD圖像處理兩種，其中電容檢測(cè)出現(xiàn)在德國(guó)，其具體實(shí)現(xiàn)方式是根據(jù)電容的微弱變化來(lái)判斷加工孔的穿透與否，但，這種檢測(cè)方式非常容易受到環(huán)境因素(如離子云、飛濺物等)的干擾，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷，無(wú)法保證可靠性。CCD圖像處理出現(xiàn)在日本，其具體實(shí)現(xiàn)方式是，根據(jù)CCD采集的圖像進(jìn)行分析判斷要加工孔的穿透與否，這種方法需要增加CCD及整套濾光、照明光路，同時(shí)圖像采集也會(huì)受到加工中產(chǎn)生的離子云的干擾，圖像處理比較復(fù)雜，同時(shí)需要增加的硬件CCD、濾光片、分光鏡、LED照明等，代價(jià)非常高。
[0005]因上述兩種方式，各存在不同的不足，均無(wú)法滿足實(shí)際工業(yè)穩(wěn)定、準(zhǔn)確、低成本的使用需要，故而，目前在實(shí)際加工過(guò)程中，為保證加工的完成，而又受限于缺乏能滿足實(shí)際使用需要的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，大多數(shù)激光加工不實(shí)時(shí)檢測(cè)材料的穿透狀態(tài)，僅采用的延時(shí)方式，即，延長(zhǎng)激光的作用時(shí)間來(lái)保證孔的穿透或打穿，加工效率低，加工成本高、且加工效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有激光切割或打孔加工中，實(shí)時(shí)檢測(cè)材料穿透與否的方法所存在的不足，提供一種準(zhǔn)確性高、使用成本低、工作穩(wěn)定性好的一種激光加工時(shí)，利用氣體壓力變化檢測(cè)材料穿透與否的方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括以下步驟:
[0008]步驟1、在激光加工頭上套設(shè)一個(gè)與其同心同軸的噴嘴，該噴嘴通過(guò)導(dǎo)管與一空壓設(shè)備或是一氣罐相連，從過(guò)噴嘴處沿激光束軸線方向噴射出定額壓強(qiáng)的氣流；
[0009]步驟2、在噴嘴側(cè)面開(kāi)孔，并在該孔上通過(guò)導(dǎo)管與氣體壓力傳感器或氣體流量傳感器相連，同時(shí)，將氣體壓力傳感器或氣體流量傳感器與控制電路相連；
[0010]步驟3、在激光頭進(jìn)行工作加工時(shí)，給控制電路發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，此時(shí)，控制電路控制將當(dāng)前激光加工時(shí)噴嘴處的氣體壓力或氣體流量的數(shù)值轉(zhuǎn)換成一模擬電壓，并記錄；
[0011]步驟4、氣體壓力傳感器或氣體流量傳感器實(shí)時(shí)采集氣體壓力或氣體流量的數(shù)值并通過(guò)控制電路將采集的數(shù)值轉(zhuǎn)換成一模擬電壓；
[0012]步驟5、將步驟4采集的模擬電壓與步驟3中記錄的模擬電壓進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)數(shù)值間的差額發(fā)生突變時(shí)，給出一反饋信號(hào)，完成材料穿透與否的檢測(cè)。
[0013]步驟6、檢測(cè)完成后關(guān)閉氣體壓力或流量傳感器的采集，等待啟動(dòng)信號(hào)。
[0014]作為一種優(yōu)選，控制電路上設(shè)有型號(hào)為C8051F410的單片機(jī)。
[0015]作為一種優(yōu)選，氣體壓力傳感器的型號(hào)為為MPX5700AP。
[0016]作為一種優(yōu)選，氣嘴噴出的氣體為空氣或氮?dú)饣蜓鯕狻?br>[0017]本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比較，其優(yōu)勢(shì)在于，因激光照射材料，在材料穿透的瞬間，使氣體壓力或流量數(shù)值發(fā)生變化，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)氣體壓力或流量的變化，可以穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速的對(duì)材料是否被穿透進(jìn)行判斷，從而得到合理的延時(shí)時(shí)間，通過(guò)合理的延時(shí)加工，進(jìn)而可以有效提高加工效率，同時(shí)提高加工質(zhì)量，避免了因?yàn)榧す膺^(guò)燒而產(chǎn)生的沖孔過(guò)大，黑邊等現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種電路的原理圖。
[0019]圖2是實(shí)施本發(fā)明時(shí)，噴嘴與激光加工頭的連接配合后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中各標(biāo)號(hào)分別是:(1)被加工材料；(2)噴嘴；(3)氣管；(4)透光鏡片；(5)氣管；(6)激光束。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為方便對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的理解，現(xiàn)結(jié)合圖1、圖2舉一具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例:
[0023]如圖1、圖2所示，在激光加工頭上套設(shè)一個(gè)與其同心同軸的噴嘴2，該噴嘴2通過(guò)與氣管3與空壓設(shè)備相連，從過(guò)噴嘴處沿激光束6軸線方向噴射出定額壓強(qiáng)的氣流；在噴嘴2側(cè)面開(kāi)孔，并在該孔上通過(guò)導(dǎo)管5與氣體壓力傳感器相連，同時(shí)，將氣體壓力傳感器與控制電路相連。
[0024]選用單片機(jī)C8051F410 (U3)為信號(hào)處理核心元件。
[0025]選用氣體壓力傳感器MPX5700AP (U4)為信號(hào)采集核心元件，該元件根據(jù)氣體壓力的大小輸出對(duì)應(yīng)的模擬電壓。
[0026]實(shí)施時(shí)，首先設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)控制激光加工頭或控制需要加工的材料到達(dá)需要打孔的位置，然后設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)控制氣體打開(kāi)，給出開(kāi)始打孔信號(hào)。
[0027]單片機(jī)C8051F410通過(guò)INI接收到設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)給出的打孔信號(hào)后，單片機(jī)C8051F410通過(guò)AD1啟動(dòng)對(duì)氣體壓力傳感器MPX5700AP采集到的信號(hào)進(jìn)行接收處理，當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)穩(wěn)定跳變是說(shuō)明加工材料已經(jīng)被打穿，此時(shí)單片機(jī)C8051F410通過(guò)0UT1 口輸出一個(gè)200ms的電平信號(hào)，之后關(guān)閉對(duì)氣壓傳感器的信號(hào)接收，等待設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)給出的下一個(gè)開(kāi)始打孔信號(hào)。設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)接收0UT1輸出信號(hào)，可以知道打孔或沖孔已經(jīng)完成，可以進(jìn)行下一步的指令，完成一個(gè)打孔過(guò)程。
[0028]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員都可能利用上述技術(shù)內(nèi)容加以變更或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，在此，凡未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案內(nèi)容，就依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用氣體壓力或流量變化檢測(cè)材料穿透與否的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1、在激光加工頭上套設(shè)一個(gè)與其同心同軸的噴嘴，該噴嘴通過(guò)導(dǎo)管與一空壓設(shè)備或是一氣罐相連，從過(guò)噴嘴處沿激光束軸線方向噴射出定額壓強(qiáng)的氣流； 步驟2、在噴嘴側(cè)面開(kāi)孔，并在該孔上通過(guò)導(dǎo)管與氣體壓力傳感器或氣體流量傳感器相連，同時(shí)，將氣體壓力傳感器或氣體流量傳感器與控制電路相連； 步驟3、在激光頭進(jìn)行工作加工時(shí)，給控制電路發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，此時(shí)，控制電路控制將當(dāng)前激光加工時(shí)噴嘴處的氣體壓力或氣體流量的數(shù)值轉(zhuǎn)換成一模擬電壓，并記錄； 步驟4、氣體壓力傳感器或氣體流量傳感器實(shí)時(shí)采集氣體壓力或氣體流量的數(shù)值并通過(guò)控制電路將采集的數(shù)值轉(zhuǎn)換成一模擬電壓； 步驟5、將步驟4采集的模擬電壓與步驟3中記錄的模擬電壓進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)數(shù)值間的差額發(fā)生突變時(shí)，給出一反饋信號(hào)，完成材料穿透與否的檢測(cè)。 步驟6、檢測(cè)完成后關(guān)閉氣體壓力或流量傳感器的采集，等待啟動(dòng)信號(hào)。2.如權(quán)利要求1所述的一種利用氣體壓力或流量變化檢測(cè)材料穿透與否的方法，其特征在于:控制電路上設(shè)有型號(hào)為C8051F410的單片機(jī)。3.如權(quán)利要求1所述的一種利用氣體壓力或流量變化檢測(cè)材料穿透與否的方法，其特征在于:氣體壓力傳感器的型號(hào)為為MPX5700AP。4.如權(quán)利要求1所述的一種利用氣體壓力或流量變化檢測(cè)材料穿透與否的方法，其特征在于:氣嘴噴出的氣體為空氣、氮?dú)狻⒀鯕庵械囊环N。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用氣體壓力或流量變化檢測(cè)材料穿透與否的方法，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)氣體壓力或流量的變化，可以穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速的對(duì)材料是否被穿透進(jìn)行判斷，從而得到合理的延時(shí)時(shí)間，通過(guò)合理的延時(shí)加工，進(jìn)而可以有效提高加工效率，同時(shí)提高加工質(zhì)量，避免了因?yàn)榧す膺^(guò)燒而產(chǎn)生的沖孔過(guò)大，黑邊等現(xiàn)象。
【IPC分類】B23K26/382, G01V9/00, B23K26/70, B23K26/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105312781
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410751363
【發(fā)明人】牛得草
【申請(qǐng)人】牛得草
【公開(kāi)日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2014年12月8日