[发明专利]基于光谱选区重构多相特征的激光加工状态监测装置

权利要求书

1.基于光谱选区重构多相特征的激光加工状态监测装置，其特征在于，包括加工工件、激光器、激光加工头、运动平台、光学分光系统、信号调整模块、光谱信号采集模块和信号处理模块，其中，加工工件置于所述运动平台X轴上方并被专用夹具固定，所述激光加工头设置于所述运动平台的Y轴且位于所述加工工件的上方，所述激光器通过光纤与所述激光加工头连接，激光加工过程中的光学信号通过同轴的光学分光系统实现光信号的收集与分光，光谱信号采集模块通过光纤与光学同轴的所述光学分光系统连接，所述光谱信号采集模块包括所述信号调整模块，所述信号调整模块连接所述信号处理模块连接，其中，所述信号处理模块实现光谱信号的分析，该分析包括：结合玻尔兹曼图法和谱线展宽原理计算不同元素的电离度，比较不同元素电离度随焊接状态的趋势，确定能够有效体现等离子体振荡的离散线光谱；结合维恩位移定律计算金属蒸汽的温度，选择可见光波段的连续谱线；选择体现熔池和匙孔动态变化的激光反射信号离散线光谱，最后组合成汽-液-离子三相光谱选区特征信号；然后信号分析模块对所述三相光谱选区特征信号做频域分析，得出三相的频谱特征，并将此频谱特征做相关性分析，根据计算得出的多相频谱振荡相关系数的变化趋势建立激光加工状态描述模型，实现对激光加工过程状态的监测。

2.如权利要求1所述的基于光谱选区重构多相特征的激光加工状态监测装置，其特征在于，所述的信号调整模块包括光电信号的滤波电路以及光电放大电路。

3.如权利要求1所述的基于光谱选区重构多相特征的激光加工状态监测装置，其特征在于，所述的光谱信号采集模块包括狭缝、准直镜、光栅、聚焦镜、光电传感器阵列、信号调整模块以及信号采集电路，所述狭缝用来接受加工过程中产生的光学信号，所述准直镜用来将狭缝接受到的光学信号变成平行光束入射到光栅中，所述光栅用来将平行光变为多束单色光照射到所述光谱信号采集模块的光电传感器阵列。

4.如权利要求3所述的基于光谱选区重构多相特征的激光加工状态监测装置，其特征在于，所述光谱信号采集模块的光电传感器阵列用来接受光栅出输出的多束单色光，每一个光电传感器对应了一束单色光。

5.如权利要求4所述的基于光谱选区重构多相特征的激光加工状态监测装置，其特征在于，所述光电传感器阵列的波长范围为200-1100nm。