一种基于温度检测的激光加工设备及加工方法与流程

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种基于温度检测的激光加工设备及加工方法。

背景技术：

针对现有技术中的激光切割、焊接、打标、钻孔，通常采用单独去控制激光功率、激光的光斑大小、激光的脉冲特性去实现切割、焊接、打标、钻孔，这种加工方式是利用设定固定的激光能量、激光频率参数控制激光作用于材料，然后被加工材料吸收，从而达到切割当前材料、焊接两块材料、标记材料、钻孔当前材料的目的，激光切割、焊接、打标、钻孔的效果受已经设定的固定的激光参数、材料表面杂质、材料吸光率的影响。现有技术中在材料加工过程中，由于缺少对激光加工过程的检测管控，使得激光加工的过程可靠性低。

例如在塑料焊接、金属焊接、脆性材料钻孔、特殊材料打标切割时，当使用固定功率的激光，因激光的功率异常衰减变化，导致材料精细加工的质量不可管控，无法保证激光设备的稳定性，以及在焊接、打标、切割、钻孔时产品加工处在一定范围内激光能量的累积增多，造成加工产品变质和加工效果的偏离，加工后的产品质量参差不齐，加工质量无法保证和提升。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种基于温度检测的激光加工设备及加工方法，通过对实时检测激光加工过程的温度，同步实时控制激光的加工功率，提高产品加工的可靠性和加工质量。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种基于温度检测的激光加工设备，包括激光发射装置、温度探测装置、合束装置和移动终端，温度探测装置包括控制器和设置在控制器内的温度探测头，激光发射装置连接于控制器，控制器连接于移动终端；合束装置用于将激光发射装置发射的激光和温度探测头发射的温度探测光合束后作用于待加工产品，控制器根据温度探测头检测的待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值调节激光发射装置的激光输出功率。

其具体为，所述合束装置包括壳体、设置在壳体内的棱镜组件，以及连接于壳体的聚焦镜头；所述壳体第一端设置有第一连接端口和第二连接端口、与第一端相对的第二端设置有第三连接端口，所述第一连接端口用于连接激光发射装置的发射端，第二连接端口用于连接温度探测装置的发射端，第三连接端口用于安装聚焦镜头；所述第二连接端口与第三连接端口的位置相对，第一连接端口、第二连接端口和第三连接端口相互贯通，且在壳体内部构成类y型通道；所述棱镜组件设置在类y型通道内，用于将激光发射装置发出的激光和温度探测装置发出的温度探测光合束，并通过聚焦镜头中心出射聚焦在待加工产品表面，用于对待加工产品进行激光加工，实时同步获取待加工产品表面激光光斑照射范围温度值。

所述移动终端内设置有温度设定检测软件，所述温度设定检测软件用于预设待加工产品的加工温度范围；所述控制器被设置为响应于温度探测头获取的待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值与预设的待加工产品加工温度范围的比较结果：当温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值低于温度设定检测软件预设的加工温度范围时，控制器控制激光发射装置增大激光的输出功率；当温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值高于温度设定检测软件预设的加工温度范围时，控制器控制激光发射装置减小激光的输出功率。

控制器根据实时获取的待加工产品表面激光加工处的温度值，调节加工激光的功率，使得待加工产品在加工过程中加工处的温度值始终保持在设定的加工温度范围内，通过对加工温度的实时均匀管控达到对激光加工过程的实时管控，有效保证激光加工时产品加工处温度的一致性，提高激光加工的过程可靠性和产品的加工质量，避免因采用固定激光功率加工时，产品在一定范围内激光能量的累积增多，造成加工产品变质和加工效果的偏离。

进一步的，所述棱镜组件包括第一准直镜片、第二准直镜片、第一反射镜片和第二反射镜片；所述第一准直镜片设置在类y型通道内与第一连接端口相对的位置，第一准直镜片在第一连接端口方向的投影至少封闭第一连接端口；所述第二准直镜片设置在类y型通道内与第二连接端口相对的位置，第二准直镜片在第二连接端口方向的投影至少封闭第二连接端口；所述第一准直镜片准直后的激光平行于第二准直镜片准直后的温度探测光；

所述第一反射镜片设置在类y型通道内准直后的激光传播路径上，第一反射镜片与准直后的激光之间构成45°夹角；所述第二反射镜片设置在类y型通道内准直后的温度探测光传播路径上，第二反射镜片平行于第一反射镜片，且第二反射镜片的正面与第一反射镜片的正面相对；所述准直后的激光投射于第一反射镜片的正面，并经第一反射镜片的正面反射于第二反射镜片的正面；所述准直后的温度探测光投射于第二反射镜片的背面，并透射于第二反射镜片的正面；

所述第二反射镜片的正面接收第一反射镜片的正面反射激光的位置与第二反射镜片的背面透射温度探测光的位置相同，且所述第二反射镜片的正面反射激光的方向与第二反射镜片的正面透射温度探测光的方向相同；所述第二反射镜片的正面反射的激光与透射的温度探测光同轴合束，并经过设置在第三连接端口聚焦镜头中心出射。合束装置高效将激光和温度探测光合束，使得温度探测光稳定投射在待加工产品表面的激光光斑上，实现准确测定待加工产品表面的激光光斑处的温度值，进而获悉待加工产品表面激光光斑处吸收的能量，达到对激光加工过程的准确管控。

进一步的，所述合束装置的第一连接端口、第二连接端口和第三连接端口均设置为螺纹接口，第一连接端口采用光纤线连接于激光发射装置，第二连接端口采用光纤线连接于温度探测头，第三连接端口螺纹连接于聚焦镜头；通过螺纹连接光纤和聚焦镜头，设备安装便捷简单。

进一步的，所述合束装置的第三连接端口连接于加工头进光口，所述聚焦镜头采用镜头转接环连接于加工头；所述加工头为扫描加工头、焊接加工头、切割加工头或钻孔加工头；本发明的基于温度检测的激光加工设备通过更换加工头可应用于焊接、打标、切割或钻孔等不同的激光加工过程中，均能实现对加工过程的管控，提升激光加工的可靠性和加工质量。

进一步的，所述控制器上设置有温度显示模块，所述温度显示模块用于显示当前温度探测头检测的待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值。

进一步的，所述激光发射装置出射至合束装置与温度探测光合束的激光波长为0.5um-2um。

进一步的，所述移动终端为电脑，控制器采用以太网连接于电脑。

此外，本发明还公开了一种采用上述的基于温度检测的激光加工设备的加工方法，具体包括如下步骤：

1)启动移动终端，根据待加工产品的加工目的在移动终端的温度设定检测软件中预设待加工产品的加工温度范围；

2)启动基于温度检测的激光加工设备中的激光发射装置和温度探测装置；

3)控制器获取温度探测头实时检测发送的待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值，并与温度设定检测软件中预设的加工温度范围进行比较；

控制器响应于温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值与预设的加工温度范围的比较结果，执行下述动作：

当温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值低于温度设定检测软件预设的加工温度范围时，控制器控制激光发射装置增大激光的输出功率；

当温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值高于温度设定检测软件预设的加工温度范围时，控制器控制激光发射装置减小激光的输出功率；

4)循环步骤3)直至待加工产品加工完成。

由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供的基于温度检测的激光加工设备及加工方法，获得了如下有益效果：

本发明公开的基于温度检测的激光加工设备，包括激光发射装置、温度探测装置、合束装置和移动终端，温度探测装置包括控制器和温度探测头，激光发射装置连接于控制器，控制器连接于移动终端；合束装置包括壳体、聚焦镜头和设置在壳体内的棱镜组件，合束装置分别连接于激光发射装置和温度探测头，用于将激光发射装置发射的激光和温度探测头发射的温度探测光同轴合束后作用于待加工产品，控制器根据温度探测装置探测的待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值调节作用于待加工产品表面的激光强度功率。

本发明高效准确的检测产品上激光光斑照射范围的实时温度值，通过实时管控产品激光加工处的温度始终保持在预设的温度范围内，实现实时管控产品激光加工过程中产品吸收的激光能量，避免因固定激光输出功率进行加工时，产品表面加工处激光能量的累积增多，导致加工产品变质和加工效果的偏离的问题，实现激光加工温度检测的闭环控制，进而显著提升激光加工产品的可靠性和加工质量。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本发明基于温度检测的激光加工设备的结构图；

图2为本发明中合束装置的具体结构图；

图3为本发明中合束装置内部结构图；

图4为本发明基于温度检测的激光加工设备的优选实施例。

图中，各标记的具体意义为：

1-合束装置，1.1-壳体，1.2-聚焦镜头、1.3-第一准直镜片，1.4-第二准直镜片，1.5-第一反射镜片，1.6-第二反射镜片，1.7-第一连接端口，1.8-第二连接端口，1.9-第三连接端口，2-温度探测装置，3-激光发射装置，4-移动终端，5-扫描加工头，6-镜头转接环。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不定义包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

基于现有技术中产品在激光加工过程时，由于产品加工部位吸收激光能量的累积逐渐增多，加工处的温度逐渐升高，导致加工产品变质、加工效果偏离和加工质量参差不齐的技术问题，本发明旨在提出一种基于温度检测的激光加工设备及加工方法，通过管控产品激光加工过程中加工处的温度均匀管控投射在产品上的激光功率，提高产品的加工效果和加工质量。

下面结合附图所示的实施例，对本发明的基于温度检测的激光加工设备及加工方法作进一步具体介绍。

结合图1所示，一种基于温度检测的激光加工设备，包括合束装置1、温度探测装置2、激光发射装置3和移动终端4，温度探测装置2包括控制器和设置在控制器内的温度探测头，激光发射装置3连接于控制器，控制器连接于移动终端4；合束装置1用于将激光发射装置3发射的激光和温度探测头发射的温度探测光同轴合束后作用于待加工产品，控制器根据温度探测头检测的待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值调节激光发射装置3的激光输出功率。

所述移动终端4内设置有温度设定检测软件，所述温度设定检测软件用于预设待加工产品的加工温度范围，移动终端4可以选用电脑、手机、平板和led显示屏中的一种，控制器采用以太网连接于移动终端4。

所述控制器被设置为响应于温度探测头获取的待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值与预设的待加工产品加工温度范围的比较结果：当温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值低于温度设定检测软件预设的加工温度范围时，控制器控制激光发射装置3增大激光的输出功率；当温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值高于温度设定检测软件预设的加工温度范围时，控制器控制激光发射装置3减小激光的输出功率。控制器通过控制激光发射装置3的输入电压信号来控制激光的输出功率，当温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值高于温度设定检测软件预设的加工温度范围时，控制器减小输入至激光发射装置3的电压信号，反之，控制器增大输入至激光发射装置3的电压信号，动态调节激光发射装置3输出的激光功率，使得待加工产品激光加工处的温度始终控制在预设定温度范围内。

其中，激光发射装置3出射至合束装置1与温度探测光同轴合束的激光波长为0.5um-2um；温度探测头为红外温度探测头，温度探测头出射的温度探测光经合束装置1照射到产品上，产品反馈的光信号返回至温度探测头，温度探测头接收的反馈光信号越强，待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值越大。

本发明中控制器根据温度探测头实时获取的待加工产品表面激光加工处的温度值，调节加工激光的功率，使得待加工产品在加工过程中加工处的温度值始终保持在设定的加工温度范围内，通过实时对加工温度的均匀管控达到对激光加工过程的实时管控，保证激光加工时产品加工处温度的一致性，提高激光加工的过程可靠性和产品的加工质量，避免由于采用固定激光功率加工时，产品加工处在一定范围内累积过量的激光能量，导致加工产品变质和加工效果的偏离的现象。

结合图2和图3所示，所述合束装置1包括壳体1.1、设置在壳体1.1内的棱镜组件，以及连接于壳体1.1的聚焦镜头1.2；所述壳体1.1第一端设置有第一连接端口1.7和第二连接端口1.8、与第一端相对的第二端设置有第三连接端口1.9，所述第一连接端口1.7用于连接激光发射装置3的发射端，第二连接端口1.8用于连接温度探测头，第三连接端口1.9用于安装聚焦镜头1.2；所述第二连接端口1.8与第三连接端口1.9的位置相对，第一连接端口1.7、第二连接端口1.8和第三连接端口1.9相互贯通，且在壳体1.1内部构成类y型通道；所述棱镜组件设置在类y型通道内，用于将激光发射装置3发出的激光和温度探测头发出的温度探测光同轴合束，并通过聚焦镜头1.2中心出射聚焦在待加工产品表面，对待加工产品进行激光加工，并实时同步获取待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值。

进一步的图3所示，所述棱镜组件包括第一准直镜片1.3、第二准直镜片1.4、第一反射镜片1.5和第二反射镜片1.6；所述第一准直镜片1.3设置在类y型通道内与第一连接端口1.7相对的位置，第一准直镜片1.3在第一连接端口1.7方向的投影至少封闭第一连接端口1.7，用于提高射入壳体1.1内激光的准直性；所述第二准直镜片1.4设置在类y型通道内与第二连接端口1.8相对的位置，第二准直镜片1.4在第二连接端口1.8方向的投影至少封闭第二连接端口1.8，用于提高射入壳体1.1内温度探测光的准直性；所述第一准直镜片1.3准直后的激光平行于第二准直镜片1.4准直后的温度探测光。

所述第一反射镜片1.5设置在类y型通道内准直后的激光传播路径上，第一反射镜片1.5与准直后的激光之间构成45°夹角；所述第二反射镜片1.6设置在类y型通道内准直后的温度探测光传播路径上，第二反射镜片1.6平行于第一反射镜片1.5，且第二反射镜片1.6的正面与第一反射镜片1.5的正面相对；所述准直后的激光投射于第一反射镜片1.5的正面，并经第一反射镜片1.5的正面反射于第二反射镜片1.6的正面；所述准直后的温度探测光投射于第二反射镜片1.6的背面，并透射于第二反射镜片1.6的正面；所述第二反射镜片1.6的正面接收第一反射镜片1.5的正面反射激光的位置与第二反射镜片1.6的背面透射温度探测光的位置相同，且所述第二反射镜片1.6的正面反射激光的方向与第二反射镜片1.6的正面透射温度探测光的方向相同。

因此，所述第二反射镜片1.6的正面反射的激光与透射的温度探测光同轴合束，并在同轴合束后经过设置在第三连接端口1.9的聚焦镜头1.2中心出射聚焦至待加工产品上。合束装置1高效将激光和温度探测光合束，使得温度探测光稳定投射在待加工产品表面的激光光斑上，实现准确测定待加工产品表面的激光光斑处的温度值，进而获悉待加工产品表面激光光斑处吸收累积的激光能量，达到对产品激光加工过程的准确管控。

具体结合图2和图3所示的实施例，所述合束装置1的第一连接端口1.7、第二连接端口1.8和第三连接端口1.9均设置为螺纹接口，第一连接端口1.7采用光纤线连接于激光发射装置3，第二连接端口1.8采用光纤线连接于温度探测头，第三连接端口1.9螺纹连接于聚焦镜头1.2；采用螺纹连接光纤和聚焦镜头1.2，有利于简化本发明基于温度检测的激光加工设备的安装，提高设备组装的便捷性。此外，在具体实施过程中，合束装置1的壳体1.1上可以外接连接件，连接件再与其他结构固定，达到安装合束装置1的目的。

一些实施例中，直接将壳体1.1设置为方形结构，方形结构的侧壁上设置固定螺栓，采用固定螺栓与其他结构固定。

结合图4所示的实施例，本发明的基于温度检测的激光加工设备应用于激光扫描过程，具体为，所述合束装置1的第三连接端口1.9通过螺纹连接于扫描加工头5的进光口，所述聚焦镜头1.2采用镜头转接环6连接于扫描加工头5。配置合束装置1的扫描加工头5再应用于产品激光打标。

某些实施例中，将合束装置1的第三连接端口1.9配置连接焊接加工头、切割加工头或钻孔加工头上，应用于激光焊接、激光切割、激光钻孔等加工过程，都能实现对相应加工过程的管控，避免激光加工过程产品吸收并累积激光能量，导致产品加工质量差，进而提升激光加工的可靠性和加工质量。

附图所示的实施例中，为便于实时观察产品激光加工处的温度，控制器上设置有温度显示模块，温度显示模块包括显示屏，用于实时显示当前温度探测头检测的待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值。

部分实施例中，为便于远程监控调节基于温度检测的激光加工设备的加工温度，在所述控制器上还设置了无线通信模块，无线通信模块连接于移动终端4，进而工作人员可在远程实现操作管控和调整激光加工设备加工温度。

为解决上述的产品加工部位由于吸收激光能量累积逐渐增多，加工处的温度逐渐升高，导致加工产品变质、加工效果偏离和加工质量不高的技术问题，本发明还公开了一种采用上述的基于温度检测的激光加工设备的加工方法，具体包括如下步骤：

1)首先启动移动终端，根据待加工产品的加工目的在移动终端4的温度设定检测软件中预设待加工产品的加工温度范围；

2)启动基于温度检测的激光加工设备中的激光发射装置3和温度探测装置3；

3)控制器获取温度探测头实时检测发送的待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值，并与温度设定检测软件中预设的加工温度范围进行比较；

控制器响应于温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值与预设的加工温度范围的比较结果，执行下述动作：

当温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值低于温度设定检测软件预设的加工温度范围时，控制器控制激光发射装置3增大激光的输出功率；

当温度探测头检测到待加工产品表面激光光斑照射范围的温度值高于温度设定检测软件预设的加工温度范围时，控制器控制激光发射装置3减小激光的输出功率；

4)循环步骤3)直至待加工产品加工完成。

本发明通过高效准确的检测产品上激光光斑照射范围的实时温度值，持续管控产品激光加工处的实时温度始终保持在预设的温度范围内，实现实时管控产品激光加工过程中产品吸收的激光能量，避免因固定激光输出功率进行加工时，产品表面加工处激光能量的持续增多累积，产品表面加工处的温度持续升高，导致加工产品变质和加工效果的偏离的问题，进而达到显著提升激光加工产品的可靠性和加工质量的技术效果，实现激光加工温度检测的闭环控制。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。