一种激光切割机烟雾检测处理装置的制作方法

本实用新型涉及激光切割烟雾处理技术领域，尤其涉及一种激光切割机烟雾检测处理装置。

背景技术：

激光切割属于热切割方法之一。激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，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，是一种非常高效的切割技术。

而现如今对于激光切割的运用，最充分的体现在激光切割机设备上。激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束，激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走；随着光束与工件相对位置的移动，最终使材料形成切缝，从而达到切割的目的。激光切割加工是用不可见的光束代替了传统的机械刀，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于传统的金属切割工艺设备，激光刀头的机械部分与工件无接触，在工作中不会对工件表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工；切割热影响区小，板材变形小，切缝窄（0.1mm~0.3mm）；切口没有机械应力，无剪切毛刺；加工精度高，重复性好，不损伤材料表面；数控编程，可加工任意的平面图，可以对幅面很大的整板切割，无需开模具，经济省时。但是由于切割过程中切割点短时高温高热并伴有光束的力会导致一定程度的切割烟雾，切割烟雾的产生会导致粉尘遮挡切割面以及影响最终的切割效果等问题，因此，需要在激光切割的同时进行烟雾的检测和去除处理。

现有技术中通常是在激光切割机的机床上增设一个独立的除尘净化设备配合使用，如公开号为cn207386835u，公开时间为2018年5月22日，名称为“一种具有烟雾过滤排放的激光切割机”的中国实用新型专利文献，就公开了一种具有烟雾过滤排放的激光切割机，包括机架主体，机架主体的相对两侧安装有底座，机架主体上方安装有两导轨，机架主体上且位于两导轨之间安装有工作台，工作台下方安装有下排气孔，下方安装有下通风管，两导轨上方安装有两立柱，两立柱上方安装有滑轨，滑轨上安装有激光发生器；机架主体上方安装有防护罩，防护罩上方安装有上排气孔，且上方安装有上通风管；机架主体内部且位于上下通风管末端安装有第一过滤网、第二过滤网和除味层，除味层下方安装有风机。虽然这种技术方案提高烟雾排放的效率，且过滤产生有害物质，减少了烟雾对环境的污染，但是这种方案只能在使用时从旁人工或设置开启净化系统，并不能实现根据切割进程仅仅在由烟雾时对应开启处理系统的功能，保持持续开启会造成机床内压力、含氧量等数据持续且较大变化，并不利于激光切割机的精确工作。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本实用新型旨在于提供一种实时对激光切割机的切割头工作位置进行烟雾检测、且可在检测到烟雾时自动触发烟雾处理装置并及时报警和显示的激光切割机烟雾检测处理装置。

本实用新型的这种激光切割机烟雾检测处理装置，包括用于设置检测元件和检测电路的检测盒，以及用于与所述检测电路控制相连的废气处理装置；所述检测盒外侧设置有用于与激光切割机的激光喷嘴嘴体可拆卸固定的安装板，即检测盒中的检测元件和检测电路与激光喷嘴连接在一起，切割过程中随着激光喷嘴位移以便实时跟随到正在切割的位置第一时间获得最准确的烟雾信息；所述检测电路上通过排母插接连接有主控芯片，检测电路的电源接口通过线缆与所述激光喷嘴的供电电路相连，所述检测元件包括通过管脚插接焊设置在所述检测电路上且与所述主控芯片数据相连的烟雾传感器、苯传感器、硫化氢传感器和甲醛传感器，主控芯片与底板是通过排针和排母进行连接，这样方便对芯片的更换，因为在使用过程中芯片是最脆弱的，其他的芯片、电阻、电容等电路器件都是贴片型需要直接焊接到底板上，而传感器、电源接口需都是插件需要插到底板上的孔内进行焊接以便稳固连接；所述检测元件和检测电路在所述检测盒内朝向所述激光喷嘴方向设置以便最直接最准确的获取烟雾情况，所述主控芯片与所述废气处理装置的控制信号i/o接口相连，传感器检测苯、硫化氢、甲醛、烟雾的浓度通过主控芯片的处理，将传感器的信号转化为数字信号，当浓度达到一定的值时，主控芯片会进行判断，传输一个信号控制电位计让废气处理装置启动加快气体的排出速度，当浓度降低时会关闭废气处理装置。

进一步的，所述安装板上开设有若干对应所述激光喷嘴末端固定孔的安装孔，所述激光喷嘴末端的固定孔和所述安装板的安装孔对准并通过螺丝螺接在机床上。

优选的，所述主控芯片和烟雾传感器分别设置在检测电路的电源接口两侧，且所述烟雾传感器靠近所述激光喷嘴一侧设置，所述苯传感器、硫化氢传感器和甲醛传感器均设置在检测电路上与烟雾传感器同一侧，即所有传感器都在检测电路上尽量靠近激光喷嘴以便于第一时间最准确的测得切割产生的烟雾。

所述检测电路上还设置有与主控芯片信号相连的有源蜂鸣器，所述有源蜂鸣器设置有可更换的扣式电池作为电源，优选的，所述有源蜂鸣器上还包括一个作为指示灯的发光二极管。传感器检测苯、硫化氢、甲醛、烟雾的浓度通过主控芯片的处理，将传感器的信号转化为数字信号，当浓度达到一定的值时，主控芯片会进行判断，传输一个信号，同时蜂鸣器报警、指示灯报警以示提醒。

所述废气处理装置包括带有抽风管道的抽风机，以及连接在抽风机排气端或抽风管道中的过滤装置，所述抽风管道的管口伸入到激光切割机机床中朝向切割点方向，通过抽风机将废气抽入装置内，然后废气与装置内过滤装置上的化学物品发生反应，达到对废气的处理吸收，最后再排出到空气中。化学反应吸收有害气体是现在比较成熟的一种处理废气的方法，唯一的缺点就是需要定期对装置内的化学物品进行更换，以达到更好的吸收废气的效果。

所述硫化氢传感器为电解型电流感应式传感器，根据电化学的原理工作，利用待检测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程，通过电子线路将电解池的工作电极和参比电极恒定在一个适当的电位，在该电位下可以发生待测气体的电化学氧化，于是待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律，通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度。

所述烟雾传感器为二氧化锡半导体气敏型材料传感器，属于表面离子式n型半导体。处于200~300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。

所述硫化氢传感器带有过滤尘罩、h2s敏感型原件和电解单元，所述电解单元通过a/d转换器与所述主控芯片的信号输入端相连，当敏感原件接触到环境中扩散的h2s气体通过过滤尘罩经h2s敏感原件透气膜扩散进入到具有恒定电位的电极上，在电极催化剂作用下与电解液中水发生阳极氧化反应。在工作电极上所释放的电子产生与h2s浓度成正比的电流经检测电路温度补偿再经a/d转换器转换后将数据传入主控芯片。

所述甲醛传感器包括至少一个4电极型电化学传感器，且其中至少包括一个工作电极和一个活性辅助电极。辅助电极发出的信号用于温度补偿，可增强整个传感器的选择性，传感器响应值和空气中的甲醛浓度成正比。

所述主控芯片可以选择如stm32型单片机，先写入设定好阈值的判定程序和管脚数据逻辑。

所述检测电路上上还带有一个与电源接口相连的稳压芯片，优选的如ams1117型稳压芯片，向检测电路提供不超过12v的稳压电源，激光喷嘴的电源电压一般较大，不便于精密电子器件直接使用，采用稳压芯片可以更好提供检测电路和各元件所需的工作电压。

更进一步的，还包括一个与所述主控芯片信号输出管脚信号连接、用于显示烟雾检测数值和组成类型的lcd显示器。传感器检测苯、硫化氢、甲醛、烟雾的浓度通过主控芯片的处理，将传感器的信号转化为数字信号，然后通过数据传输线将数据传输到lcd显示屏，显示屏显示相应气体的浓度，便于直观的观察和记录。

与现有技术方案相比，本实用新型技术方案通过将检测电路和检测器间设置在与激光喷嘴随动的检测盒中，可以实现对激光切割点产生的烟雾进行最直接最准确的检测，并且将主控芯片与废气处理装置的控制端连接，只有当烟雾超过设定阈值的时候及时启动废气处理装置进行排雾和处理，这样既可以及时去除烟雾的影响，又可以避免在无效时段长期开启废气处理装置造成的能源浪费以及对切割工艺效果的影响，此外，还可以进一步的设置报警和显示单元以便于及时获取烟雾超标情况和具体信息。

使用检测盒与激光喷头进行连接，打开激光切割机同时装置也连接到电源进行工作，装置跟着激光喷嘴一块运动，传感器感应到浓度反馈信息给主控芯片，芯片处理数据为数字信息通过数据线将数据传输到显示屏进行实时浓度的显示，当浓度过高时，芯片控制排气扇和废气处理装置打开进行排气，当浓度低于限定时关闭排气扇。在激光切割机工作时显示屏实时显示数据，激光切割机关闭时，装置还会继续进行工作，显示屏继续显示浓度，优选的如浓度过高时字体为红色蜂鸣器报警，当浓度对人体没有危害时字体显示为蓝色，当所有数据字体都为蓝色时可以打开激光切割机取出物品。

附图说明

本实用新型的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为本实用新型的安装结构示意图。

图2为本实用新型立体结构示意图。

图3为本实用新型检测元件和检测电路的结构示意图；

附图中：

1、激光切割机；2、激光喷头；3、检测盒；4、主控芯片；5、电源接口；6、烟雾传感器；7、苯传感器；8、硫化氢传感器；9、甲醛传感器；10、抽风机；11、过滤装置；12、lcd显示器；13、有源蜂鸣器。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本实用新型目的技术方案，需要说明的是，本实用新型要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

作为本实用新型一种最基本的实施方案，如图1，公开了一种激光切割机1烟雾检测处理装置，包括用于设置检测元件和检测电路的检测盒3，以及用于与所述检测电路控制相连的废气处理装置；所述检测盒3外侧设置有用于与激光切割机1的激光喷嘴嘴体可拆卸固定的安装板，即检测盒3中的检测元件和检测电路与激光喷嘴连接在一起，切割过程中随着激光喷嘴位移以便实时跟随到正在切割的位置第一时间获得最准确的烟雾信息；所述检测电路上通过排母插接连接有主控芯片4，检测电路的电源接口5通过线缆与所述激光喷嘴的供电电路相连，所述检测元件包括通过管脚插接焊设置在所述检测电路上且与所述主控芯片4数据相连的烟雾传感器6、苯传感器7、硫化氢传感器8和甲醛传感器9，主控芯片4与底板是通过排针和排母进行连接，这样方便对芯片的更换，因为在使用过程中芯片是最脆弱的，其他的芯片、电阻、电容等电路器件都是贴片型需要直接焊接到底板上，而传感器、电源接口5需都是插件需要插到底板上的孔内进行焊接以便稳固连接；所述检测元件和检测电路在所述检测盒3内朝向所述激光喷嘴方向设置以便最直接最准确的获取烟雾情况，所述主控芯片4与所述废气处理装置的控制信号i/o接口相连，传感器检测苯、硫化氢、甲醛、烟雾的浓度通过主控芯片4的处理，将传感器的信号转化为数字信号，当浓度达到一定的值时，主控芯片4会进行判断，传输一个信号控制电位计让废气处理装置启动加快气体的排出速度，当浓度降低时会关闭废气处理装置。

实施例2

作为本实用新型一种优选的实施方案，在上述实施例1技术方案的基础上，进一步的，所述安装板上开设有若干对应所述激光喷嘴末端固定孔的安装孔，所述激光喷嘴末端的固定孔和所述安装板的安装孔对准并通过螺丝螺接在机床上。

优选的，所述主控芯片4和烟雾传感器6分别设置在检测电路的电源接口5两侧，且所述烟雾传感器6靠近所述激光喷嘴一侧设置，所述苯传感器7、硫化氢传感器8和甲醛传感器9均设置在检测电路上与烟雾传感器6同一侧，即所有传感器都在检测电路上尽量靠近激光喷嘴以便于第一时间最准确的测得切割产生的烟雾。

所述检测电路上还设置有与主控芯片4信号相连的有源蜂鸣器13，所述有源蜂鸣器13设置有可更换的扣式电池作为电源，优选的，所述有源蜂鸣器上还包括一个作为指示灯的发光二极管。传感器检测苯、硫化氢、甲醛、烟雾的浓度通过主控芯片4的处理，将传感器的信号转化为数字信号，当浓度达到一定的值时，主控芯片4会进行判断，传输一个信号，同时有源蜂鸣器报警、指示灯报警以示提醒。

所述废气处理装置包括带有抽风管道的抽风机10，以及连接在抽风机10排气端或抽风管道中的过滤装置11，所述抽风管道的管口伸入到激光切割机1机床中朝向切割点方向，通过抽风机10将废气抽入装置内，然后废气与装置内过滤装置11上的化学物品发生反应，达到对废气的处理吸收，最后再排出到空气中。化学反应吸收有害气体是现在比较成熟的一种处理废气的方法，唯一的缺点就是需要定期对装置内的化学物品进行更换，以达到更好的吸收废气的效果。

所述硫化氢传感器8为电解型电流感应式传感器，根据电化学的原理工作，利用待检测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程，通过电子线路将电解池的工作电极和参比电极恒定在一个适当的电位，在该电位下可以发生待测气体的电化学氧化，于是待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律，通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度。

所述烟雾传感器6为二氧化锡半导体气敏型材料传感器，属于表面离子式n型半导体。处于200~300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。

所述硫化氢传感器8带有过滤尘罩、h2s敏感型原件和电解单元，所述电解单元通过a/d转换器与所述主控芯片4的信号输入端相连，当敏感原件接触到环境中扩散的h2s气体通过过滤尘罩经h2s敏感原件透气膜扩散进入到具有恒定电位的电极上，在电极催化剂作用下与电解液中水发生阳极氧化反应。在工作电极上所释放的电子产生与h2s浓度成正比的电流经检测电路温度补偿再经a/d转换器转换后将数据传入主控芯片4。

所述甲醛传感器9包括至少一个4电极型电化学传感器，且其中至少包括一个工作电极和一个活性辅助电极。辅助电极发出的信号用于温度补偿，可增强整个传感器的选择性，传感器响应值和空气中的甲醛浓度成正比。

所述主控芯片4可以选择如stm32型单片机，先写入设定好阈值的判定程序和管脚数据逻辑。

所述检测电路上还带有一个与电源接口5相连的稳压芯片，优选的如ams1117型稳压芯片，向检测电路提供不超过12v的稳压电源，激光喷嘴的电源电压一般较大，不便于精密电子器件直接使用，采用稳压芯片可以更好提供检测电路和各元件所需的工作电压。

更进一步的，还包括一个与所述主控芯片4信号输出管脚信号连接、用于显示烟雾检测数值和组成类型的lcd显示器12。传感器检测苯、硫化氢、甲醛、烟雾的浓度通过主控芯片4的处理，将传感器的信号转化为数字信号，然后通过数据传输线将数据传输到lcd显示屏，显示屏显示相应气体的浓度，便于直观的观察和记录。

即，该装置的检测电路从功能上划分为电源部分、复位部分、下载部分、指示部分、显示部分和传感器部分，其中电源部分通过如ams1117系列的3.3与5.0芯片实现12v以下的稳压；复位部分，通过设置复位键使系统复位停止报警和除雾指令，重新回到检测状态；下载部分则可以选用swd下载方式，通过jlink下载控制程序；而指示部分即带有指示灯的蜂鸣器，当有害气体浓度低于阈值，蜂鸣器报警提示表明可以打开激光切割装置，指示灯提示系统状态是否正常；显示部分可选用串口lcd屏实时显示有害气体的成分和对应浓度，并且可以通过触摸串口屏实现改变有害气体阈值等功能；传感器部分则可以选用mq2、mq136、mq138等检测器件实现对甲烷、硫化氢、甲醛等气体的检测，并通过主控芯片4控制除雾装置的风扇启动加速将其排出处理。