一种激光振镜的反射镜片的故障监测方法与流程

1.本技术涉及激光振镜领域，尤其是一种激光振镜的反射镜片的故障监测方法。


背景技术：

2.激光振镜在工作过程中，激光束入射到两个反射镜片上，通过控制反射镜片的反射角度可以实现激光束的偏转，使得激光束的聚焦点按所需要求运动，是工业加工领域的重要器件。
3.但是在长时间的激光加工应用过程中，反射镜片持续工作在高功率的激光束的照射状态下，反射镜片的镀膜损坏、反射镜片的反射面积聚灰尘、激光束功率过高等原因都可能导致反射镜片出现发热烧毁等故障问题，而一旦反射镜片出现故障，就会损坏激光振镜内部其他光学器件或者损坏激光器，影响整个激光加工应用系统的可靠性和安全性。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种激光振镜的反射镜片的故障监测方法，本技术的技术方案如下：
5.一种激光振镜的反射镜片的故障监测方法，该故障监测方法包括：
6.通过安装在激光振镜内部的非接触式温度传感器采集激光振镜的工作温度参数，采集到的工作温度参数包括激光振镜的x轴反射镜片区域的第一镜片区域温度以及y轴反射镜片区域的第二镜片区域温度；
7.当基于采集到的工作温度参数检测到存在至少一个反射镜片处于故障状态时，控制激光振镜停止工作并输出故障反馈信号，故障反馈信号用于指示反射镜片的故障状态。
8.其进一步的技术方案为，基于采集到的工作温度参数检测是否有反射镜片处于故障状态的方法包括：
9.当检测到第一镜片区域温度达到故障温度阈值时，确定x轴反射镜片过温异常而处于故障状态；当检测到第二镜片区域温度达到故障温度阈值时，确定y轴反射镜片过温异常而处于故障状态；
10.则输出的故障反馈信号用于指示对应的反射镜片过温异常而处于故障状态。
11.其进一步的技术方案为，两个反射镜片分别安装在激光振镜内部的镜架上，基于采集到的工作温度参数检测是否有反射镜片处于故障状态的方法包括：
12.当检测到第一镜片区域温度和第二镜片区域温度之间的温差达到温差阈值时，且第一镜片区域温度和第二镜片区域温度中存在至少一个镜片区域温度达到参考温度阈值而未达到预警温度阈值时，确定存在至少一个反射镜片在对应的镜架上的安装状态异常而处于故障状态；
13.则输出的故障反馈信号用于指示存在反射镜片在对应的镜架上的安装状态异常而处于故障状态。
14.其进一步的技术方案为，采集到的激光振镜的工作温度参数还包括激光振镜的空
腔区域的内部腔体温度，空腔区域包括激光振镜内部除两个反射镜片区域之外的区域；方法还包括：
15.当检测到第一镜片区域温度达到预警温度阈值而未达到故障温度阈值，且第二镜片区域温度达到预警温度阈值而未达到故障温度阈值，且内部腔体温度达到腔体温度阈值时，控制激光振镜停止工作并输出预警信号。
16.其进一步的技术方案为，采集激光振镜的工作温度参数的方法包括：
17.利用激光振镜内部朝向x轴反射镜片的反射面背部安装的第一温度传感器采集第一镜片区域温度；
18.利用激光振镜内部朝向y轴反射镜片的反射面背部安装的第二温度传感器采集第二镜片区域温度；
19.利用激光振镜内部朝向空腔区域安装的第三温度传感器采集内部腔体温度；
20.其中，第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器均为非接触式温度传感器。
21.其进一步的技术方案为，三个温度传感器均通过激光振镜的串行总线接口接入激光振镜的振镜控制系统的串行总线，且振镜控制系统通过串行总线读取三个温度传感器采集到的工作温度参数，振镜控制系统用于执行故障监测方法。
22.其进一步的技术方案为，非接触式温度传感器为红外温度传感器。
23.本技术的有益技术效果是：
24.本技术公开了一种激光振镜的反射镜片的故障监测方法，该故障监测方法采用非接触式测温方式采集两个反射镜片区域的温度，并通过逻辑判断即可在检测到反射镜片出现故障时及时控制激光振镜停机并提示，从而避免激光振镜在反射镜片过温异常或安装异常状态下继续运行而导致的损坏，有利于提高激光振镜的运行可靠性。
25.该方法还可以结合激光振镜内部空腔区域的温度，在反射镜片还未出现过温异常或安装异常时及时控制激光振镜停机并预警，从而便于提前对可能出现故障的反射镜片进行更换或维护，实现提前预警保护功能。
26.该方法针对激光振镜中反射镜片高速摆动的工作特性，采用非接触式测温方式，结合振镜控制系统串行总线接口配合相应的控制逻辑设计，针对反射镜片可能出现的各种故障情况都可以实现检测，且可以适用于模拟振镜和数字振镜，兼容性和通用性较高。
27.该方法还可以实现密闭壳体内无法人眼或视觉检测的激光振镜中反射镜片非接触式温度检测及保护方法，特别适用于镜片摆动范围较小的高功率高频激光摆动振镜。
附图说明
28.图1是本技术一个实施例的故障监测方法的流程示意图。
29.图2是本技术一个实施例中的控制逻辑示意图。
30.图3是本技术一个实施例中针对的激光振镜的内部部分结构示意图。
31.图4是本技术一个实施例中三个温度传感器挂载在振镜控制系统的串行总线上的电路示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本技术的具体实施方式做进一步说明。
33.本技术公开了一种激光振镜的反射镜片的故障监测方法，请参考图1所示的流程示意图以及图2所示的控制逻辑示意图，该故障监测方法包括如下步骤：
34.步骤120，通过安装在激光振镜内部的非接触式温度传感器采集激光振镜的工作温度参数。
35.在一个实施例中，采集到的工作温度参数至少包括激光振镜的x轴反射镜片区域的第一镜片区域温度t1以及y轴反射镜片区域的第二镜片区域温度t2。对于激光振镜的应用场景，由于两个反射镜片在正常工作过程中处于高速摆动状态，常规的在反射镜片上粘贴热电偶等方式很难适用于该场景，因此本技术使用非接触式温度传感器、利用非接触式的方式检测反射镜片区域的镜片区域温度。在一个实施例中，非接触式温度传感器为红外温度传感器。
36.本技术的故障监测方法的一种应用场景图如图3所示，常规的激光振镜内部包括x轴反射镜片1和y轴反射镜片2，两个反射镜片分别安装在激光振镜内部的镜架3、4上。本技术针对的激光振镜在此基础上，还在激光振镜内部安装有非接触式温度传感器，包括：在激光振镜内部朝向x轴反射镜片1的反射面背部安装的第一温度传感器5，以及在激光振镜内部朝向y轴反射镜片2的反射面背部安装的第二温度传感器6。第一温度传感器5和第二温度传感器6均为非接触式温度传感器，可以采用各种方法固定在激光振镜内部。则通过第一温度传感器5可以非接触式采集第一镜片区域温度t1，通过第二温度传感器6可以非接触式采集第二镜片区域温度t2。
37.当反射镜片正确安装在对应的镜架上时，温度传感器采集的是反射镜片的反射面背部的温度作为相应的镜片区域温度。由于反射镜片的反射率通常在99.5％以上，正常工作情况下绝大部分的激光束的能量均被反射镜片反射掉，用于反射镜片自身发热的能量较少，因此温度传感器所采集到的镜片区域温度是每预定时长内反射镜片累计发热产生达到的温度。
38.在另一个实施例中，本技术针对的激光振镜在此基础上，如图3所示，还包括在激光振镜内部朝向空腔区域安装的第三温度传感器7，空腔区域包括激光振镜内部除两个反射镜片区域之外的区域，比如图3以第三温度传感器7朝向两个反射镜片之间的区域的情况为例。第三温度传感器7也是非接触式温度传感器，也可以采用各种方法固定在激光振镜内部。则该步骤在采集激光振镜的工作温度参数时，还包括利用第三温度传感器7采集到的激光振镜的空腔区域的内部腔体温度t3。这里的激光振镜包括模拟振镜和数字振镜，适用性和兼容性较高。
39.基于图3所示的在激光振镜内部增加三个温度传感器的结构，如图4所示，这三个温度传感器均通过激光振镜的串行总线接口接入激光振镜的振镜控制系统的串行总线，且振镜控制系统通过串行总线读取三个温度传感器采集到的工作温度参数。这里的串行总线根据振镜控制系统实际使用的串行总线可以比如是i2c总线等等。本技术的故障监测方法即为振镜控制系统执行的方法，振镜控制系统的串行总线挂载上述多个温度传感器，从而可以方便的进行数据采集。
40.步骤140，当基于采集到的工作温度参数检测到存在至少一个反射镜片处于故障
状态时，控制激光振镜停止工作并输出故障反馈信号，故障反馈信号用于指示反射镜片的故障状态。为了降低噪声影响，在采集到工作温度参数后，一般还会首先进行数据滤波以降低噪声影响。
41.在一个实施例中，当检测到第一镜片区域温度t1达到故障温度阈值tmax1时，确定x轴反射镜片过温异常而处于故障状态；当检测到第二镜片区域温度t2达到故障温度阈值tmax1时，确定y轴反射镜片过温异常而处于故障状态。则输出的故障反馈信号用于指示对应的反射镜片过温异常而处于故障状态。反射镜片的过温异常可能是多种情况引起的，包括当反射镜片的镀膜损伤而导致对激光束的反射率降低时会导致温度异常升高而产生过温异常，以及当反射镜片的反射面积灰时会导致温度异常升高而产生过温异常，以及当照射到反射镜片表面的激光束的功率过高时也会导致温度异常升高而产生过温异常，当反射镜片因为上述多种常见的情况而过温异常时，利用本技术的方法可以及时监测到并及时触发停机保护，以避免反射镜片过温异常而对整个激光振镜的影响。
42.在另一个实施例中，当检测到第一镜片区域温度t1和第二镜片区域温度t2之间的温差达到温差阈值
△
tmax时，也即|t1-t2|≥
△
tmax，且第一镜片区域温度t1和第二镜片区域温度t2中存在至少一个镜片区域温度达到参考温度阈值tmax4而未达到预警温度阈值tmax2时，确定存在至少一个反射镜片在对应的镜架上的安装状态异常而处于故障状态，tmax4＜tmax2＜tmax1。则输出的故障反馈信号用于指示存在反射镜片在对应的镜架上的安装状态异常而处于故障状态。当两个反射镜片均准确安装在对应的镜架上时，采集到的两个镜片区域温度在温度阈值
△
tmax限定的误差范围内相等，这里的温度阈值
△
tmax可以自定义设置，由于弥补温度传感器的自身固有误差以及安装误差。当两个镜片区域温度之间的温差达到温差阈值
△
tmax时，且t1和t2中有至少一个达到参考温度阈值tmax4时，可以确定有反射镜片未准确安装在对应的镜架上。反射镜片在对应的镜架上的安装状态异常的情况包括：反射镜片从镜架上脱落和/或，反射镜片出现碎裂。
43.在另一个实施例中，除了可以在反射镜片出现过温异常或安装状态异常的情况时停机并故障反馈信号之外，还可以在反射镜片出现上述问题之前提前停机保护并预警。则该实施例还需要结合内部腔体温度t3，当检测到第一镜片区域温度t1达到预警温度阈值tmax2而未达到故障温度阈值tmax1，且第二镜片区域温度t2达到预警温度阈值tmax2而未达到故障温度阈值tmax1，且内部腔体温度t3达到腔体温度阈值tmax3时，控制激光振镜停止工作并输出预警信号，该预警信号用于指示当激光振镜继续工作时，反射镜片可能出现上述过温异常或安装异常的情况。该实施例可以在反射镜片实际出现故障之前就实现预警，从而可以在发生故障之前就及时更换或维护。
44.请参考图2所示的控制逻辑示意图，利用两个比较器comp1和comp2对第一镜片区域温度t1和第二镜片区域温度t2分别与故障温度阈值tmax1比较，再经过或门后，当有至少一个镜片区域温度达到tmax1即为使得q1输出高电平，实现对过温异常的检测。利用两个比较器comp6和comp7对t1和t2分别与参考温度阈值tmax4比较，比较的结果经过或门后输入与门，利用comp8对t1和t2进行比较的结果也输入同一个与门，则当t1和t2之间的温差达到温差阈值
△
tmax时且存在至少一个镜片区域温度达到tmax4时，会使得q2输出高电平，实现对反射镜片的安装状态的检测。比较器comp5对内部腔体温度t3和腔体温度阈值tmax3进行比较，比较器comp3和comp4对t1和t2分别与预警温度阈值tmax2比较，comp3、comp4和comp5
的输出均接入同一个与门，则当q3输出高电平时可以实现预警检测。
45.以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本技术不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本技术的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本技术的保护范围之内。