logo

浅析激光切割质量的检测技术

激光加工技术是融合了光、机、电、材料加工及检测等学科的复合型先进制造技术。它与现代数控技术相结合构成的高效自动化加工设备,可以突破许多传统制造方法无法实现的技术瓶颈,在能源、交通运输、钢铁冶金、船舶与汽车制造、电子电气工业、航空航天等国民经济支柱产业发挥了不可替代作用。

汽车、船舶、航空、航天、钢铁、能源等汉工业都急需激光切割设备,特别是高端设备,所以提高我国激光切割设备制造水平十分重要。它既可以满足国内市场需求,打破国外在该领域的技术垄断,又可以促进我国激光切割技术的进步。实现更高速度、高精度、智能化激光切割将是数控机床切割机技术发展的目标。

激光切割机的使用已经走进千家万户,但是其质量有的时候也良莠不齐,那么如何辨别其质量呢?

激光切割机质量受到各种因素的综合影响,为了获得理想的切割质量,各个切割参数被限制在一个狭窄的范围内,需要靠反复的实验来摸索不同条件下合理的切割参数,不仅费时费力,而且无法对切割过程中的扰动因素作出响应。如何在不同的切割条件下迅速寻找到最优的切割参数并使之在切割过程中保持稳定显得尤为重要。因此,有必要研究对激光切割质量进行在线监测并实时控制的方法。

高质量激光切割最主要的指标就是无切割缺陷切切割面粗糙度值小,所以实时监测的目标应能识别切割缺陷并能监测到反应切割面粗糙度的信息,其中以获得粗糙度的信息最重要,难度也最大。

在对切割面粗糙度监测方面,重要的研究成果就是发现切割前沿光辐射信号脉动频谱的主频等于切割面切割条纹的频率,而切割条纹的频率与粗糙度相关,这样用光电管监测到的辐射信号就与切割面粗糙度联系起来。这种方法的特点是监测设备和信号处理系统较简单,监测和处理的速度快,但该方法的不足之处是:

进一步研究表明,切割前沿光辐射信号主频与切割面上部条纹频率的一致性仅限于较小切割速度的范围内,当大于一定的切割速度时,信号主频消失,找不到与切割条纹相关的任何信息。

因此,仅仅依靠切割前沿的光辐射强度信号局限性较大,难以在正常的切割速度下获得有价值的切割面粗糙度信息,尤其是近下缘粗糙度的信息。而采用视觉传感器同是监测面和火花簇的图像,可以获得有关切割缺陷和切割面粗糙度更全面更丰富的信息。尤其由切缝下端喷射出来的火花簇射,与切割面下缘的质量状况更有着密切的关系,是获得切割面下缘粗糙度重要的信息源。

所提取的激光切割机前沿光辐射信号的频谱和主频,只与切割面上部切割条纹相关,不反映下部切割条纹的情况,所得到的不是最有价值的信息。因为一般切割面(很薄板材的切割除外)都分上、下两部分,上部切割条纹整齐、系咪、粗糙度小;下部切割条纹紊乱,粗糙度大,越靠下越粗糙,至近下缘达粗糙度最大值。而检测信号只反映质量最好区域的情况,不反映下部质量差的情况,更不反映近下缘质量最差的信息,以它作为切割质量评价和控制的依据是不合理的,也是不可靠的。

版权声明:
《工业激光应用》网站的一切内容及解释权皆归《工业激光应用》杂志社版权所有,未经书面同意不得转载,违者必究!
《工业激光应用》杂志社。
调查问卷期刊订阅