用于激光切割的污点定位方法、装置以及激光切割系统

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种用于激光切割的污点定位方法、装置以及激光切割系统。

背景技术

激光加工过程中，激光切割头内部从上到下有多个光学镜片(6个及其以上)，在使用过程中会出现由于使用环境、人为误操作或切割头自身等原因导致的镜片污染现象，当光学镜片发生污染，就会导致激光加工不良的现象产生。

现有技术中，主要针对于下保护镜片或某个特定功能的镜片进行污点检测，一个激光切割头内部从上到下存在至少6个镜片(可能更多)，其中比较容易污染的是最上边和最下边的两片镜片，但在实际使用过程中位于中间位置的镜片也可能存在污染，如果只检测易污染的镜片，则当其他镜片发生污染的时候，无法准确判断污染的镜片的位置。

发明内容

本发明提供一种用于激光切割的污点定位方法、装置以及激光切割系统，以解决污点定位不准确的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于激光切割的污点定位方法，包括：

在激光依次经过N个镜片时，获取N个镜片的实际光强信息，所述实际光强信息表征了对应镜片的激光入射侧的光学信号的强度；

针对于任意或指定的第K个镜片，根据第一个镜片至所述第K个镜片的K组实际光强信息，判断所述第K个镜片是否有污点，N≥K≥2。

可选的，针对于任意或指定的第K个镜片，根据第一个镜片至第K个镜片的K组实际光强信息，判断所述第K个镜片是否有污点，包括：

针对于所述第K个镜片，根据第一个镜片至第K个镜片的K组实际光强信息与K组参考光强信息，确定所述第K个镜片的光强偏差信息；所述参考光强信息匹配于对应镜片无污点时的光强，所述光强偏差信息表征了所述实际光强信息相对于所述参考光强信息的偏差程度；

根据所述第K个镜片的光强偏差信息，判断所述第K个镜片是否有污点。

可选的，根据所述第K个镜片的光强偏差信息，判断所述第K个镜片是否有污点，包括：

若所述第K个镜片的光强偏差信息大于预设的光强阈值，则确定所述第K个镜片有污点。

可选的，所述第K个镜片的光强偏差信息正相关于所述第K个镜片的实际光强信息与参考光强信息的比值；

当K＞2时，所述第K个镜片的光强偏差信息负相关于所述第一个镜片至第K-1个镜片的光强偏差信息之和，所述第一个镜片至第K-1个镜片的光强偏差信息是根据所述第一个镜片至第K-1个镜片的实际光强信息与参考光强信息确定的；

当K＝2时，所述第K个镜片的光强偏差信息负相关于所述第一个镜片的光强偏差信息，所述第一个镜片的光强偏差信息是根据所述第一个镜片的实际光强信息与参考光强信息确定的可选的，所述第K个镜片光强偏差信息满足以下公式：

其中，

p

H

h

p

可选的，在激光依次经过N个镜片时，获取N个镜片的实际光强信息之后，还包括：

针对于所述第一个镜片，根据所述第一个镜片的实际光强信息以及参考光强信息，判断所述第一个镜片是否有污点。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于激光切割的污点定位装置，包括：

信息获取模块，用于获取N个镜片的实际光强信息，所述实际光强信息表征了对应镜片的激光入射侧的光学信号的强度；沿激光传输方向，所述N个镜片依次分布；

污点检测模块，用于针对于任意的第K个镜片，根据第一个镜片至第K个镜片的K个实际光强信息，判断所述第K个镜片是否有污点。

根据本发明的第三方面，提供了一种激光切割系统，包括激光入射端、外壳、多个镜片、上位机、光电传感器，激光能够依次经过所述激光入射端与所述多个镜片，所述镜片固定在所述外壳的内壁，所述激光入射端设于所述壳体的第一端；

所述光电传感器直接或间接固定于所述内壁，

所述光电传感器被配置为能够检测对应镜片的激光入射侧的光学信号；

所述光电传感器直接或间接电连接所述上位机，以将检测所述光学信号而得到的实际光强信息反馈至所述上位机；

所述上位机用于实现本发明第一方面及其可选方案所述的用于激光切割的污点定位方法。

根据本发明的第四方面，提供了一种电子设备，包括处理器与存储器，

所述存储器，用于存储代码和相关数据；

所述处理器，用于执行所述存储器中的代码用以实现本发明第一方面及其可选方案所述的用于激光切割的污点定位方法。

根据本发明的第五方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面及其可选方案所述的用于激光切割的污点定位方法。

本发明提供的用于激光切割的污点定位方法、装置以及激光切割系统中，激光依次经过N个镜片时，可基于N个镜片的实际光强信息判断其中镜片是否有污点，相比于部分方案中需要将镜片逐个抽出进行检查的情况，降低了人工操作再次污染的概率，且本发明无需人工对镜片的操作，更加省时省力；

同时，本发明在判断第K个镜片是否有污点时，将第一个镜片至第K个镜片的实际光强信息均作为判断的依据，相较于仅以第K个镜片的实际光强信息作为判断依据的方案，本发明可利用多个镜片的实际光强信息反映出散射激光的累积影响，从而为该影响的排除提供依据，进而，本发明可以有助于排除或降低污点检测过程中，之前镜片的散射激光对于第K个镜片污点判断结果的影响，使得污点检测结果更加精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中用于激光切割的污点定位方法的流程示意图一；

图2是本发明一实施例中步骤S102的流程示意图；

图3是本发明一实施例中步骤S1022的流程示意图；

图4是本发明一实施例中用于激光切割的污点定位方法的流程示意图二；

图5是本发明一实施例中用于激光切割的污点定位装置的程序模块示意图一；

图6是本发明一实施例中污点检测模块202的程序模块示意图；

图7是本发明一实施例中用于激光切割的污点定位装置的程序模块示意图二；

图8是本发明一实施例中激光切割系统的结构的示意图；

图9是本发明一实施例中激光切割系统的部分结构的示意图；

图10a是本发明一实施例中传感器固定部35的结构示意图一；

图10b是本发明一实施例中传感器固定部35的结构示意图二；

图11是本发明一实施例中电子设备的构造示意图。

附图说明：

31-激光入射端；

32-外壳；

33-镜片；

34-光电传感器；

35-传感器固定部；

351-第一通道段；

352-第二通道段；

353-第三通道段；

36-镜片固定部；

37-上位机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

请参考图1，本发明一实施例提供了一种用于激光切割的污点定位方法，包括：

S101：在激光依次经过N个镜片时，获取N个镜片的实际光强信息；

所述实际光强信息表征了对应镜片的激光入射侧的光学信号的强度；

其中的实际光强信息为光电传感器检测对应镜片的激光入射侧的光学信号得到的电信号，进而实际光强信息可以为获取到的光电传感器的电信号的数值，也可以为根据光电传感器的电信号的数值计算得到的光强值；

其中，N个镜片的实际光强信息可以为N个实际光强信息，进而，每个光强信息对应一个镜片，则步骤S101中获取到N个实际光强信息；至少部分镜片也可对应多个实际光强信息，即针对于每个镜片，设置多个光电传感器检测该镜片激光入射侧的光学信号，进而可以将具有多个实际光强信息的镜片的多个实际光强信息进行平均运算(例如计算多个实际光强信息的算术平均数，又例如计算多个实际光强信息的加权平均数等)，得到的平均值作为该镜片的实际光强信息，则步骤S101中获取到多个实际光强信息，且实际光强信息的数量大于N；

步骤S101中，通过获取N个镜片的实际光强信息，确定任意之一镜片是否有污点，针对于每个镜片，均进行污点检测，相比于部分方案中，仅对下保护镜以及特定功能的镜片进行污点检测，可以避免污点处于其它镜片时，需要将镜片逐个抽出进行检查的情况，降低了人工操作再次污染的概率，且无需人工操作，更加省时省力；

S102：针对于任意或指定的第K个镜片，根据第一个镜片至所述第K个镜片的K组实际光强信息，判断所述第K个镜片是否有污点；

其中，N≥K≥2。

步骤S102中，在判断第K个镜片是否有污点时，同时考虑了第一个镜片至第K个镜片的实际光强信息，消除了镜片的散射激光对其它镜片的影响，进而进行污点判断时更加精确可靠。

上文中的第一个镜片、第K个镜片等可以指：沿激光传输方向，该镜片在N个镜片中的次序，N个镜片可以是沿激光传输方向相邻的N个镜片。

请参考图2，一种实施方式中，步骤S102包括：

S1021：针对于所述第K个镜片，根据第一个镜片至所述第K个镜片的所述K组实际光强信息与K组参考光强信息，确定所述第K个镜片的光强偏差信息；

所述参考光强信息匹配于对应镜片无污点时的光强，所述光强偏差信息表征了所述实际光强信息相对于所述参考光强信息的偏差程度；其中参考光强信息匹配于对应镜片无污点时的光强可以理解为，参考光强信息所表征的光强等于对应镜片无污点时的光强，也可以理解为参考光强信息所表征的光强与对应镜片无污点时的光强的偏差处于指定偏差范围内，例如比对应镜片无污点时的光强大一些，或比对应镜片无污点时的光强小一些；

进一步举例中，可以分别计算出前K-1个镜片的光强偏差信息，再在第K个镜片的实际光强信息与参考光强信息的偏差值中去掉K-1个镜片的光强偏差信息，得到偏差值的即为第K个镜片的光强偏差信息；

其中实际光强信息与参考光强信息的偏差值可以表征为实际光强信息与参考光强信息之间的差值，也可以表征为实际光强信息与参考光强信息的比值，还可以表征为实际光强信息相对于参考光强信息增长的百分比，可见，只要能够反映实际光强信息与参考光强信息的差异，无论用什么方式表示，均不脱离本发明的保护范围；

S1022：根据所述第K个镜片的光强偏差信息，判断所述第K个镜片是否有污点。

请参考图3，一种实施方式中，步骤S1022包括：

S10221：若所述第K个镜片的光强偏差信息大于预设的光强阈值，则确定所述第K个镜片有污点。

步骤S10221中，不同镜片的光强阈值可以相同，例如均为0.5，也可以根据对应镜片的大小、形状、功能、位置等，设置成不同的数值，例如第一个镜片的光强阈值为0.5，第四个镜片的光强阈值为0.6。

一种实施方式中，所述第K个镜片的光强偏差信息正相关于所述第K个镜片的实际光强信息与参考光强信息的比值；

当K＞2时，所述第K个镜片的光强偏差信息负相关于所述第一个镜片至第K-1个镜片的光强偏差信息之和，所述第一个镜片至第K-1个镜片的光强偏差信息是根据所述第一个镜片至第K-1个镜片的实际光强信息与参考光强信息确定的；

当K＝2时，所述第K个镜片的光强偏差信息负相关于所述第一个镜片的光强偏差信息，所述第一个镜片的光强偏差信息是根据所述第一个镜片的实际光强信息与参考光强信息确定的。

一种实施方式中，所述第K个镜片的光强偏差信息满足以下公式：

其中，

p

H

h

p

在实际处理过程中，可基于以上公式计算出第K个镜片的光强偏差信息，同时，针对于第一个镜片至第K-1个镜片的光强偏差信息(即p

请参考图4，一种实施方式中，在激光依次经过N个镜片时，获取N个镜片的实际光强信息之后，还包括：

S103：针对于所述第一个镜片，根据所述第一个镜片的实际光强信息以及参考光强信息，判断所述第一个镜片是否有污点。

进一步举例中，步骤S103中的可以计算出第一个镜片的光强偏差信息，在将第一个镜片的光强偏差信息与对应的光强阈值进行比较，若第一个镜片的光强偏差信息大于对应的光强阈值，则第一个镜片有污点；

再进一步举例中，第一个镜片的光强偏差信息满足以下公式：

其中，

p

H

h

下面结合图8，详细阐述本发明的积极效果：

以图8中的激光切割系统为例，一般应用场景下，当上方镜片出现污点时，上方镜片的污点造成的散射激光会同时被对应的光电传感器以及下方的光电传感器接收，导致下方的光电传感器检测到的数值变大，第一个镜片出现污点会导致图中6个光电传感器检测到的数值变大，第二个镜片出现污点会导致第二个至第六个光电传感器检测到的数值变大，第三个镜片出现污点会导致第三个至第六个光电传感器检测到的数值变大，第四个镜片出现污点会导致第四个至第六个光电传感器检测到的数值变大，第五个镜片出现污点会导致第五个至第六个光电传感器检测到的数值变大，进而无法直观地从镜片对应的光电传感器检测到的数值看出该镜片是否出现污点；

而本发明实施例提供的污点定位方法，在判断镜片是否出现污点时，消除了其他镜片散射的激光的影响，可以更加精确地判断镜片是否出现污点；

且相比于部分方案中采用温度传感器(例如针对某特定易污染镜片检测温度，当镜片污染时，受到激光照射温度会迅速升高)，采用光电传感器得到的实际光强信息不易于受到壳体内部杂散激光的影响，导致测不准的情况，影响测量结果的因素更少；相比于部分方案中采用镜片的图像采集(例如工业相机检测特定镜片的污染)，采用光电传感器的成本低，并且占用空间小，不会给激光头整体的设计造成很大困难，并且上传数据量小，便于进行分析处理。

请参考图5，本发明一实施例还提供了一种用于激光切割的污点定位装置2，包括：

信息获取模块201，用于在激光依次经过N个镜片时，获取N个镜片的实际光强信息，所述实际光强信息表征了对应镜片的激光入射侧的光学信号的强度；

污点检测模块202，用于针对于任意或指定的第K个镜片，根据第一个镜片至所述第K个镜片的K组实际光强信息，判断所述第K个镜片是否有污点。

请参考图6，一种实施方式中，污点检测模块202包括：

偏差确定单元2021，用于针对于所述第K个镜片，根据第一个镜片至所述第K个镜片的所述K组实际光强信息与K组参考光强信息，确定所述第K个镜片的光强偏差信息；

所述参考光强信息匹配于对应镜片无污点时的光强，所述光强偏差信息表征了所述实际光强信息相对于所述参考光强信息的偏差程度；

污点判断单元2022，用于根据所述第K个镜片的光强偏差信息，判断所述第K个镜片是否有污点。

一种实施方式中，污点判断单元2022具体用于：

若所述第K个镜片的光强偏差信息大于预设的光强阈值，则确定所述第K个镜片有污点。

一种实施方式中，所述第K个镜片的光强偏差信息正相关于所述第K个镜片的实际光强信息与参考光强信息的比值；

当K＞2时，所述第K个镜片的光强偏差信息负相关于所述第一个镜片至第K-1个镜片的光强偏差信息之和，所述第一个镜片至第K-1个镜片的光强偏差信息是根据所述第一个镜片至第K-1个镜片的实际光强信息与参考光强信息确定的；

当K＝2时，所述第K个镜片的光强偏差信息负相关于所述第一个镜片的光强偏差信息，所述第一个镜片的光强偏差信息是根据所述第一个镜片的实际光强信息与参考光强信息确定的。

一种实施方式中，所述第K个镜片的光强偏差信息满足以下公式：

其中，

p

H

h

p

请参考图7，一种实施方式中，用于激光切割的污点定位装置2还包括：

第一镜片判断模块203，用于针对于所述第一个镜片，根据所述第一个镜片的实际光强信息以及参考光强信息，判断所述第一个镜片是否有污点。

请参考图8，本发明一实施例还提供了一种激光切割系统，包括激光入射端31、外壳32、多个镜片33、上位机37、光电传感器34，激光能够依次经过所述激光入射端31与所述多个镜片33，所述镜片33固定在所述外壳32的内壁，所述激光入射端31设于所述壳体32的第一端；其中的多个镜片的镜片数量可以大于N，也可以等于N；

所述光电传感器34直接或间接固定于所述内壁，例如图8中的激光切割系统，光电传感器34可以位于对应镜片的上方，每个光电传感器34与对应镜片在y轴方向的距离可以是不同的，具体地，可以根据对应镜片的大小、形状、以及对应的功能，选择合适的距离以及角度，使得光电传感器能够检测到对应镜片更加精确的光学信号；

所述光电传感器34被配置为能够检测对应镜片的激光入射侧的光学信号；所述光电传感器34直接或间接电连接所述上位机37，以将检测所述光学信号而得到的实际光强信息反馈至所述上位机37；

所述上位机37用于实现前文所述的用于激光切割的污点定位方法。

其中的外壳32可以呈圆柱状，镜片33、光电传感器34设于圆柱状的外壳32的内部；外壳32还可以呈棱体状，镜片33、光电传感器34设于棱体状的外壳32的内部；

一种举例中，激光入射端31与多个镜片33沿直线方向依次分布，其中的直线方向可例如沿竖直方向的直线方向分布；其中的直线方向也可例如沿水平方向的直线方向分布；其中的直线方向还可例如沿倾斜的直线方向分布；此外，装置的俯仰角度可以是运动变化的，进而，该直线方向也可以是运动变化的，可见，根据需求不同，该直线方向可以任意配置和变化而不限于以上的举例。

再一种举例中，激光入射端31与N个镜片33也可以不沿直线方向分布，例如N个镜片的中心的连线可以呈两条或多条相交的直线(例如，可通过使用大角度折射、反射的镜片实现)。

一种实施方式中，所述光电传感器34的数量为N个，且所述N个光电传感器与所述N个镜片一一对应。

一种举例中，光电传感器与上位机之间通过AD芯片进行连接，光电传感器测到的模拟的实际检测信息，通过AD芯片进行模数转换后的到数字的实际检测信息，上位机21根据接收到的数字的实际检测信息计算出对应镜片反射到光电传感器的实际光强信息，然后执行前文所涉及的方法，判断镜片是否出现污点。

请参考图9，一种举例中，激光切割系统的局部示意图，其中光电传感器34通过传感器固定部固定于外壳32的内壁，以检测对应镜片的激光入射侧的光学信号，图中的多条射线为当镜片33的中心位置出现污点时，污点反射或折射出的激光的路线，其中的传感器固定部35设有传感器通道，光电传感器固定于传感器通道内；光电传感器设于传感器通道的第一端，光电传感器的后端连线自传感器通道35的第二端穿出，电连接至上位机37；

进一步举例中，传感器固定部35可以为中空的管状结构，例如圆管状、方管状等，进而传感器通道为管状结构的管道内部；

再一种举例中，传感器固定部35也可以为设有槽部的结构，进而传感器通道为传感器固定部35的槽部；

又一种举例中，传感器固定部35可以由多个片状结构拼合成的匚字形组合结构，进而传感器通道为匚字形组合结构形成的凹槽部。

请参考图10a和10b，一种举例中，传感器固定部35的结构如图所示，传感器通道包括：用于容置所述光电传感器的第一通道段351(例如图10中虚线A左边的传感器通道)、用于供所述光电传感器的后端连线穿过的第二通道段352(例如图10中虚线A和B之间的传感器通道)，所述第一通道段351、所述第二通道段352依次连接；

传感器可以固定在第一通道段351的靠近第二通道段352的一端，第二通道段352仅供光电传感器的后端连线穿过。

以垂直于传感器通道的通道延伸方向的平面为投影面，则：第一通道段161、第二通道段162以及光电传感器15在该投影面的投影图形满足：

第一通道段161的投影图形匹配于光电传感器15的投影图形，第一通道段161的部分投影图形与第二通道段162的部分或全部投影图形重合。进一步的举例中，第一通道段161的投影图形可覆盖但不重合于第二通道段162的投影图形。

若第一通道段351、第二通道段352的投影图形为圆形，则第一通道段351的直径匹配于光电传感器，使光电传感器能够固定安装于第一通道段，第二通道段352的直径可大于或等于传感器的后端连线的直径；且d1＞d2。

若第一通道段351、第二通道段352的投影图形为矩形，则第一通道段351的至少一个边长(例如边长d1)匹配于光电传感器，使光电传感器能够固定安装于第一通道段，第二通道段352的对应边长(例如平行于边长d1的边长d2)大于或等于传感器的后端连线的直径。

一种举例中，镜片通过镜片固定部36固定于外壳32的内壁，不同镜片的镜片固定部可以根据对应的镜片的大小、形状、功能等，采用不同的大小或者结构，以更好地固定对应的镜片，固定镜片更加牢固，避免镜片出现松动等问题，影响激光的传输，以及在进行激光加工的时候的激光焦点的位置，影响激光加工的质量。

进一步举例中，传感器通道还包括第三通道段353(例如图10中虚线B右边的传感器通道)，第三通道段353设于所述传感器固定部35的第二端，第三通道段353连接于所述第二通道段352的远离第一通道端351的一端，且第三通道段353的入口可以大于所述第二通道段352的入口；

第三通道段353的入口大于所述第二通道段352的入口，可以理解为，以垂直于传感器通道的通道延伸方向的平面为投影面，第三通道段163的投影图形可覆盖但不重合于第二通道段162的投影图形；

第三通道段353的投影图形的面积大于第二通道段352的投影图形的面积。

部分举例中，前文涉及的N个镜片、外壳、光电传感器以及连接于外壳远离激光入射端的喷嘴组成了激光切割系统的激光切割头，镜片、光电传感器设于激光切割头的内部，并固定连接外壳的内壁，激光切割头还可以通过控制部件直接或间接连接上位机，能够受上位机控制，进行激光切割；

部分举例中，激光切割系统还可包括激光产生器，激光产生器的激光出口直接或间接连接激光入射端，激光产生器电连接上位机，上位机可以控制激光产生器产生的激光的能量、时间等；

部分举例中，镜片还可以通过镜片控制部电连接上位机，进而上位机可以通过镜片控制部调整镜片的角度以及位置，进而调整加工激光的焦点，控制激光加工的质量。

请参考图11，提供了一种电子设备40，包括：

处理器41；以及，

存储器42，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器41配置为经由执行所述可执行指令来执行以上所涉及的方法。

处理器41能够通过总线43与存储器42通讯。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以上所涉及的方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取的存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。