一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置的制作方法

本发明属于激光切割金属板材设备技术领域，具体涉及一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置。

背景技术：

众所周知，激光切割金属板材具有无可比拟的优势，近年来国内对激光切割机床的需求迅速增加，光纤激光切割机床由于拥有便于维护，消耗成本低，切割断面优良等诸多优点所以需求的增长显得尤为突出。激光切割头作为激光切割机床的重要组成部件，直接影响激光切割机床对板材的切割质量。但是，由于技术、人为操作、工作环境的不同，这就导致，保护镜片在使用一段时间后，有灰尘进入，当光束打在进入灰尘的保护镜片时，就会影响光束的透光率，从而导致激光切割头保护镜片及聚焦镜片损坏，严重影响切割质量，甚至会直接影响切割头的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置，通过设置红光点状探头和激光感应模块，对经保护镜片反射光的透射率进行检测，实现保护镜片透光率的监控，确保切割过程中切割头保护镜片的正常使用，具有探测准确，反应迅速，及在保护镜片光束透过率异常时进行报警，自动停止工作时自我保护的特点，同时，能够进行长时间、不间断探测的。保证激光切割头不在镜片污染时使用，延长了激光切割头使用寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置，包括聚焦镜座、红光点状探头、保护镜片、激光感应模块、显示屏和控制系统，所述聚焦镜座的底部设有保护镜片，所述聚焦镜座的侧壁上对称设有第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装孔内设有红光点状探头，所述第二安装孔内设有激光感应模块，所述红光点状探头与激光感应模块分别与控制系统的输入端连接，所述控制系统的输出端连接有显示屏。通过设置红光点状探头和激光感应模块，对经保护镜片反射光的透射率进行检测，实现保护镜片透光率的监控，确保切割过程中切割头保护镜片的正常使用，具有探测准确，反应迅速，及在保护镜片光束透过率异常时进行报警，自动停止工作时自我保护的特点，同时，能够进行长时间、不间断探测的。保证激光切割头不在镜片污染时使用，延长了激光切割头使用寿命。

所述第一安装孔的中心延长线与第二安装孔的中心延长线之间的夹角为120°。将第一安装孔和第二安装孔倾斜设置，使第一安装孔与第二安装孔中心线的延长线的夹角为120°，确保红光探测保护装置不与切割头发生干涉。

所述第一安装孔的中心延长线与第二安装孔的中心延长线的交点位于保护镜片上表面的圆心。将第一安装孔的中心延长线与第二安装孔的中心延长线的交点设置成同心，确保光路的准确性，提高对保护镜片透光率检测的精度。

所述红光点状探头与激光感应模块安装完成后采用灌封胶灌封。安装完成后采用灌封胶进行灌封，能够确保红光点状探头和激光感应模块的密封性，保证其运行精度。

所述保护镜片的中心与聚焦镜座的内孔中心同心设置。使保护镜片的中心与聚焦镜座的内孔中心同心设置，能够使激光切割头的激光正好在保护镜片的中心通过，确保对保护镜片透光率检测的准确性。

所述保护镜片为镀膜镜片。采用镀膜镜片，能够提高保护镜片的透光率，同时，能够提高保护镜片的耐磨性能，延长保护镜片的使用寿命。

所述保护镜片的上表面为反射膜，下表面为增透膜，其中，上表面的反射膜参数为：波长为1080nm，透过率大于99.95％，并且635nm的红光在30°时，反射率大于90％；下表面的增透膜参数为波长为1080nm，透过率大于99.95％。下表面采用增透膜，能够提高激光的透过率，确保切割效果，而上表面采用具有红光反射的反射膜，在不影响激光透过率的情况下能够对红光进行反射，实现对保护镜片的监测。

所述激光感应模块包括光电传感器、电流电压转换电路和信号放大器，所述光电传感器与电流电压转换电路连接，所述电流电压转换电路与信号放大器连接。光电传感器在光照的情况下会产生电流，在一定的光照范围内，光电传感器产生的电流和光照强度成线性变化；利用电流电压转换电路把光电传感器产生的电流转换成可调的电压值，并通过信号放大器把电压放大，使反射光的强弱转换为可供控制系统处理的电信号。

所述信号放大器采用低电压运算放大器。采用低电压运算放大器，确保放大电压工作在单片机的正常接收范围，提高红光探测保护装置的灵敏性。

所述光电传感器采用光电二极管。采用光电二极管，便于取材，能够降低生产成本。

还包括与控制系统连接的报警装置。设置报警装置，能够提醒工作人员调出合适的光线，让激光在正中穿出，很好的提高了激光切割头的切割效率，并提高了切割头传感器组件中喷嘴的使用寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置，通过设置红光点状探头和激光感应模块，对经保护镜片反射光的透射率进行检测，实现保护镜片透光率的监控，确保切割过程中切割头保护镜片的正常使用，具有探测准确，反应迅速，及在保护镜片光束透过率异常时进行报警，自动停止工作时自我保护的特点，同时，能够进行长时间、不间断探测的。保证激光切割头不在镜片污染时使用，延长了激光切割头使用寿命；

2、本发明的一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置，将第一安装孔和第二安装孔倾斜设置，使第一安装孔与第二安装孔中心线的延长线的夹角为120°，确保红光探测保护装置不与切割头发生干涉，将第一安装孔的中心延长线与第二安装孔的中心延长线的交点设置成同心，确保光路的准确性，提高对保护镜片透光率检测的精度；

3、本发明的一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置，安装完成后采用灌封胶进行灌封，能够确保红光点状探头和激光感应模块的密封性，保证其运行精度；

4、本发明的一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置，使保护镜片的中心与聚焦镜座的内孔中心同心设置，能够使激光切割头的激光正好在保护镜片的中心通过，确保对保护镜片透光率检测的准确性；

5、本发明的一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置，采用镀膜镜片，能够提高保护镜片的透光率，同时，能够提高保护镜片的耐磨性能，延长保护镜片的使用寿命；

6、本发明的一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置，设置报警装置，能够提醒工作人员调出合适的光线，让激光在正中穿出，很好的提高了激光切割头的切割效率，并提高了切割头传感器组件中喷嘴的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的原理结构示意图；

图3是本发明的工作流程示意图；

其中，1、聚焦镜座，2、红光点状探头，3、保护镜片，4、光电传感器，5、信号放大器，6、控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置，包括聚焦镜座1、红光点状探头2、保护镜片3、激光感应模块、显示屏和控制系统6，所述聚焦镜座1的底部设有保护镜片3，所述聚焦镜座1的侧壁上对称设有第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装孔内设有红光点状探头2，所述第二安装孔内设有激光感应模块，所述红光点状探头2与激光感应模块分别与控制系统6的输入端连接，所述控制系统6的输出端连接有显示屏，其中，第一安装孔和第二安装孔采用沉头孔，小孔尺寸为直径2mm，深度5mm，大孔尺寸为直径10mm，深度20mm，确保贯穿聚焦镜座1的侧壁，本申请的控制系统6主要包括控制器，所述控制器采用单片机，具体的，采用32位单片机(stm32f103rct6)，显示屏采用液晶显示屏，具体的采用lcd1602显示屏，显示屏体积小、重量轻、功耗低，本申请中的红光点状探头2采用高质点探头，输出波长为650nm，出光张角在10°～20°之间，连续使用时间在8000小时以上，红光点状探头2与保护镜片3的入射角为60°，同时，出光位置正好与激光感应模块对应。通过设置红光点状探头2和激光感应模块，对经保护镜片3反射光的透射率进行检测，实现保护镜片3透光率的监控，确保切割过程中切割头保护镜片3的正常使用，具有探测准确，反应迅速，及在保护镜片3光束透过率异常时进行报警，自动停止工作时自我保护的特点，同时，能够进行长时间、不间断探测的。保证激光切割头不在镜片污染时使用，延长了激光切割头使用寿命。

所述第一安装孔的中心延长线与第二安装孔的中心延长线之间的夹角为120°。将第一安装孔和第二安装孔倾斜设置，使第一安装孔与第二安装孔中心线的延长线的夹角为120°，确保红光探测保护装置不与切割头发生干涉。

所述第一安装孔的中心延长线与第二安装孔的中心延长线的交点位于保护镜片3上表面的圆心。将第一安装孔的中心延长线与第二安装孔的中心延长线的交点设置成同心，确保光路的准确性，提高对保护镜片3透光率检测的精度。

所述红光点状探头2与激光感应模块安装完成后采用灌封胶灌封。安装完成后采用灌封胶进行灌封，能够确保红光点状探头2和激光感应模块的密封性，保证其运行精度。

所述保护镜片3的中心与聚焦镜座1的内孔中心同心设置。使保护镜片3的中心与聚焦镜座1的内孔中心同心设置，能够使激光切割头的激光正好在保护镜片3的中心通过，确保对保护镜片3透光率检测的准确性。

所述保护镜片3为镀膜镜片。采用镀膜镜片，能够提高保护镜片3的透光率，同时，能够提高保护镜片3的耐磨性能，延长保护镜片3的使用寿命。

所述保护镜片3的上表面为反射膜，下表面为增透膜，其中，上表面的反射膜参数为：波长为1080nm，透过率大于99.95％，并且635nm的红光在30°时，反射率大于90％；下表面的增透膜参数为波长为1080nm，透过率大于99.95％。下表面采用增透膜，能够提高激光的透过率，确保切割效果，而上表面采用具有红光反射的反射膜，在不影响激光透过率的情况下能够对红光进行反射，实现对保护镜片的监测。

如图2所示，所述激光感应模块包括光电传感器4、电流电压转换电路和信号放大器5，所述光电传感器4与电流电压转换电路连接，所述电流电压转换电路与信号放大器5连接。光电传感器4在光照的情况下会产生电流，在一定的光照范围内，光电传感器4产生的电流和光照强度成线性变化；利用电流电压转换电路把光电传感器4产生的电流转换成可调的电压值，并通过信号放大器5把电压放大，使反射光的强弱转换为可供控制系统6处理的电信号。

所述信号放大器5采用低电压运算放大器。采用低电压运算放大器，确保放大电压工作在单片机的正常接收范围，提高红光探测保护装置的灵敏性。

所述光电传感器4采用光电二极管。采用光电二极管，便于取材，能够降低生产成本。

还包括与控制系统6连接的报警装置。设置报警装置，能够提醒工作人员调出合适的光线，让激光在正中穿出，很好的提高了激光切割头的切割效率，并提高了切割头传感器组件中喷嘴的使用寿命。

如图3所示，一种激光切割头镜片红光探测保护及报警装置的工作原理如下：

s1：在控制系统6上设置正常工作的功率区间；

s2：切割头开始切割工件，位于聚焦镜座1一侧的红光点状探头2，沿固定角度把红光打在保护镜片3中心位置；

s3：红光沿相同角度，反射到另外一侧的激光感应模块上，激光感应模块将接收到的红光信号转换为电信号，通过信号放大器5把电信号放大；

s4：信号放大器5将电信号输送给控制系统6，并直接在显示屏显示输出功率p；

s5：判断输出功率p是否在设置功率区间(pmin，pmax)之内，若是，切割头正常工作，若不是，控制及显示系统报警，停止作业，提示更换保护镜片3。

其中，s1中的功率区间为红光探测点处的功率，即所述第一安装孔的中心延长线与第二安装孔的中心延长线的交点，也是红光点状探头在保护镜片上的反射点处的功率，取标准功率为pmax，标准功率的70％为pmin。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。