(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221049825 0.7 (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 中国科学院沈阳自动化研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区南塔街 114号 (72)发明人 乔红超　赵吉宾　曹治赫　王顺山　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 王倩 (51)Int.Cl. B23K 26/046(2014.01) B23K 26/14(2014.01) B23K 26/70(2014.01) G01N 21/73(2006.01) (54)发明名称 一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装 置及方法 (57)摘要 本发明属于水导激光加工领域， 具体 说是一 种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置及方 法， 包括： 上位机、 激光器、 光谱采集系统、 CCD相 机、 光谱分析设备、 耦合头以及供水装置； 光谱分 析设备与光谱采集系统相连接， 将 接收到的光频 谱数据进行频域转换后发送至上位机； 激光器用 于发射激光依次通过光谱采集系统、 耦合头作用 于加工区处； CCD相机设于光谱采集系统上方， 用 于实现激光光斑与耦合头的水束流之间的耦合； 上位机， 与光谱分析设备相连接； 供水装置通过 供水管路与耦合头的入水孔连接， 且设于光谱采 集系统正下方。 本发明可以自动化地实现水导激 光射流是否穿透工件的判断， 并决定停止当前结 构加工并开始下一结构加工的时机 。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115041811 A 2022.09.13 CN 115041811 A 1.一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置， 其特征在于， 包括： 上位机、 激光器 (1)、 光谱 采集系统、 C CD相机(6)、 光谱分析设备(7)、 耦合头(4)以及供 水装置； 所述光谱分析设备(7)， 与光谱采集系统相连接， 用于接收光谱采集系统发送的频谱数 据， 并将采集到的频谱数据进行 频域转换后发送至上位机； 所述激光器(1)， 用于发射激光依次通过光谱采集系统、 耦合头(4)作用于加工区处， 实 现材料加工； 所述CCD相机(6)设于光谱采集系统上方， 用于实现激光光斑与耦合头(4)的水束流之 间的耦合； 所述上位机， 与光谱分析设备(7)相连接， 用于对经过光谱分析设备(7)进行频域转换 后的频谱强度数据进行记录与分析； 所述供水装置通过供水管路与耦合头(4)的入水孔连接， 且所述耦合头(4)设于光谱采 集系统正下 方， 用于加工待加工材 料。 2.根据权利要求1所述的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置， 其特征在于， 所 述光谱采集系统， 包括： 同轴设置的第二反射镜(5)、 第一反射镜(2)、 聚焦镜(3)； 水导激光加工过程中， 激光器(1)发射的激光经第一反射镜(2)反射后， 依次经聚焦镜 (3)及耦合头(4)作用在 待加工材料表面后， 产生的等离子体光在通过耦合头(4)后， 沿激光 入射的反方向， 依次经过聚焦镜(3)、 第一反射镜(2)透射， 再经第二反射镜(5)反射进入光 谱分析设备(7)， 光谱分析设备(7)将测得的光谱数据转换至频域， 并将频谱的强度数据经 过数据线传送至上位机 。 3.根据权利要求2所述的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置， 其特征在于， 所 述第二反射镜(5)和第一反射镜(2)均呈45 °设置； 所述激光器(1)的发射方向与第一反射镜(2)之间的夹角呈45 °， 光谱分析设备(7)接收 到激光光斑的入射方向与第二反射镜(5)之间的夹角呈45 °。 4.根据权利要求2所述的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置， 其特征在于， 所 述第二反射镜(5)为半透半反镜 。 5.根据权利要求1所述的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置的识别方法， 其 特征在于， 包括以下步骤： 1)供水装置向耦合头(4)的入水孔内注水， 水流进入耦合头(4)的通孔腔后， 形成水射 流； 2)打开CCD相机(6)， 激光器(1)以设定功率出光， 激光器(1)发射的激光经第一反射镜 (2)反射后， 再经聚焦镜(3)将 激光束聚焦成光斑， 确认 通过聚焦镜(3)形成的激光光斑与耦 合头(4)产生的水流束 耦合； 3)激光器(1)以设定功率出光， 耦合头(4)开始加工， 加工区内产生的等离子体光谱依 次经由耦合头(4)、 聚焦镜(3)、 第一反射镜(2)、 第二反射镜(5)输入 频谱分析设备(7)中， 频 谱分析设备(7)将收到的频谱信息由时域变换为频域， 并将频谱的光谱强度数据输入至上 位机； 4)根据所加工材料种类选择特征频谱数量后， 上位机将对应频率的光谱强度信号进行 实时记录并绘制曲线图； 所述单次数据记录与曲线图绘制的周期与加工 轨迹的重复周期相同；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115041811 A 25)上位机判断水导激光束流是否已经穿透待加工材料， 若已穿透， 则向加工设备发出 信号， 加工设备中止当前加工结构的加工程序， 并开始下一结构的加工程序； 反之， 继续进 行加工。 6.根据权利要求5所述的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置的识别方法， 其 特征在于， 所述上位机判断水导激光束流是否已经穿透待加工材 料， 具体为： 上位机对一个频谱强度记录周期内的特征频谱强度值进行判断， 若频谱强度值大于判 断阈值的时间占整个记录周期的比例低于20％， 则判断水导激光束流已经穿透待加工零 件。 7.根据权利要求5所述的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置的识别方法， 其 特征在于， 所述 步骤4)中， 所述特 征频谱数量 为1～4。 8.根据权利要求5所述的一种基于光谱识别的水导激光穿透识别装置的识别方法， 其 特征在于， 步骤5)中， 所述水导激光束流穿透零件的判断阈值的光谱强度范围为1 ‑ 1000a.u.， 且判断阈值占特 征频谱强度最大值 不超过30％。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115041811 A 3