(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 202211136879.3 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 上海波刺自动化科技有限公司 地址 200241 上海市闵行区曲吴路589号第 2幢113室 (72)发明人 唐晔　郭震东　刘立涛　 (74)专利代理 机构 上海专利商标事务所有限公 司 31100 专利代理师 侯颖媖　张鑫 (51)Int.Cl. B23K 26/38(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 激光加工 头、 激光加工系统和激光加工方法 (57)摘要 本发明涉及激光加工头、 激光加工系统和激 光加工方法。 该激光加工头包括： 透镜组件， 用于 将激光汇聚到加工表面； 喷嘴， 所述汇聚的激光 穿过该喷嘴到达加工表面； 第一分光镜组件， 设 置在透镜组件和喷嘴之间， 其中熔池发出的辐射 光穿过喷嘴被第一分光镜组件反射， 同时所述汇 聚的激光透射穿过第一分光镜组件； 第二分光镜 组件， 用于将从第一分光镜组件反射的辐射光分 成第一部分和第二部分； 成像单元， 用于接收第 一部分的辐射光并采集喷嘴和熔池的图像； 以及 穿孔感测单元， 用于接收第二部分的辐射光并基 于该辐射光得到穿孔相关数据， 其中， 基于喷嘴 和熔池的图像检测喷嘴完整度、 对中偏移量和熔 池缝宽中的至少一者， 同时基于穿孔相关数据判 断穿孔情况。 权利要求书2页 说明书9页 附图10页 CN 115415683 A 2022.12.02 CN 115415683 A 1.一种激光加工 头， 包括： 透镜组件， 用于将激光汇聚到加工表面； 喷嘴， 所述汇聚的激光 穿过该喷嘴到达所述加工表面； 第一分光镜组件， 设置在所述透镜组件和所述喷嘴之间， 其中熔池发出的辐射光穿过 所述喷嘴被所述第一分光镜组件反射， 同时所述汇聚的激光透射穿过所述第一分光镜组 件； 第二分光镜组件， 用于将 从所述第 一分光镜组件反射的辐射光分成第 一部分和第 二部 分； 成像单元， 用于接收所述第一部分的辐射 光并采集所述喷 嘴和所述熔池的图像； 以及 穿孔感测单 元， 用于接收所述第二部分的辐射 光并基于该辐射 光得到穿 孔相关数据， 其中， 基于所述喷嘴和所述熔池的图像检测喷嘴完整度、 对中偏移量和熔池缝宽中的 至少一者， 同时基于所述 穿孔相关数据判断穿 孔情况。 2.如权利要求1所述的激光加工头， 进一步包括设置在所述第一分光镜组件和所述喷 嘴之间的保护镜， 用于防止飞溅的金属熔渣损伤所述透镜组件、 所述第一分光镜组件、 所述 第二分光镜组件、 所述成像单 元和所述 穿孔感测单 元。 3.如权利要求1或2所述的激光加工头， 其特征在于， 所述第一分光镜组件包括二向色 镜， 用于将加工光束几乎完全透射到所述喷嘴， 同时将所述熔池发出 的辐射光几乎完全反 射到所述第二分光镜组件。 4.如权利要求1或2所述的激光加工 头， 其特征在于， 所述 穿孔感测单 元包括： 穿孔分光镜， 用于将所述第二部分的辐射 光分成多个光束； 穿孔滤光片， 用于分别使所述多个光束中各个所期望波段的光透射 通过； 以及 穿孔传感器， 用于 接收所述所期望波段的光并将其 转化成穿孔相关数据。 5.如权利要求 4所述的激光加工 头， 其特征在于， 所述 穿孔感测单 元还包括： 穿孔聚焦镜， 设置在所述穿孔滤光片与所述穿孔传感器之间， 用于汇聚透射通过所述 穿孔滤光片的光束。 6.如权利要求5所述的激光加工头， 其特征在于， 所述穿孔分光镜包括第一穿孔分光 镜， 用于将所述第二部分的辐射 光分成第一 光束和第二 光束， 其中， 所述穿孔滤光片包括第一穿孔滤光片和第二穿孔滤光片， 用于分别使所述第一 光束和所述第二 光束中各个所期望波段的光透过， 其中， 所述穿孔传感器包括第一穿孔传感器和第二穿孔传感器， 用于分别接收所述第 一光束和所述第二 光束中所期望波段的光并将其 转化成穿孔相关数据， 且 其中， 所述穿孔聚焦镜包括第一穿孔聚焦镜和第二穿孔聚焦镜， 分别设置在所述第一 穿孔滤光片与所述第一穿孔传感器之间以及所述第二穿孔滤光片与所述第二穿孔传感器 之间。 7.如权利要求6所述的激光加工头， 其特征在于， 所述穿孔分光镜还包括第 二穿孔分光 镜和第三穿孔分光镜中的至少一者， 所述第二穿孔分光镜用于将所述第一穿孔聚焦镜所汇 聚的光束分成第三光束和第四光束分别被第三穿孔传感器和第四穿孔传感器接 收并转化 成穿孔相关数据， 所述第三穿孔分光镜用于将所述第二穿孔聚焦镜所汇聚的光束分成第五 光束和第六光束分别被第五穿 孔传感器和第六穿 孔传感器接收并转 化成穿孔相关数据。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115415683 A 28.如权利要求1或2所述的激光加工 头， 其特征在于， 所述 穿孔感测单 元包括： 穿孔聚焦镜， 用于汇聚所述第二部分的辐射 光； 传导光纤， 用于传导经所述穿孔聚焦镜汇聚的辐射光并使该传导后的辐射光分为多路 光束； 滤光片阵列， 用于使所述多路光束中所期望波段的光透射 通过； 以及 传感器阵列， 用于 接收所述所期望波段的光并将其 转化成穿孔相关数据。 9.一种激光加工系统， 包括： 如权利要求1 ‑8中任一项所述的激光加工 头； 数据处理单元， 用于基于所述喷嘴和所述熔池的图像计算得到喷嘴完整度、 对中偏移 量和熔池缝宽中的至少一 者， 并基于所述 穿孔相关数据判断穿 孔情况； 以及 控制单元， 配置为： 控制所述激光加工头执行当前加工指令， 同时将所述成像单元所采集的图像和从所述 穿孔感测单 元得到的穿 孔相关数据传送给 所述数据处 理单元； 控制所述数据处理单元计算得到喷嘴完整度、 对中偏移量和熔池缝宽中的至少一者并 判断穿孔情况； 和 根据所述数据处理单元的计算结果监控喷嘴和激光焦点位置 中的至少一者， 同时根据 所述穿孔情况发出 下一步加工指令 。 10.一种激光加工方法， 包括如下步骤： 激光加工 头执行当前加工指令， 同时将熔池发出的辐射 光分成第一部分和第二部分； 通过所述激光加工头的成像单元接收所述第一部分的辐射光并采集所述激光加工头 的喷嘴和熔池的图像， 同时通过所述激光加工头的穿孔感测单元接收所述第二部分的辐射 光并基于该辐射 光得到穿 孔相关数据； 基于所述喷嘴和所述熔池的图像计算得到喷嘴完整度、 对中偏移量和熔池缝宽 中的至 少一者， 并基于所述 穿孔相关数据判断穿 孔情况； 以及 根据所述计算结果监控喷嘴和激光焦点位置 中的至少一者， 同时根据 所述穿孔情况发 出下一步加工指令 。 11.一种计算机可读存储介质， 其上记录有经编码的指令， 当执行该指令时实现如权利 要求10所述的激光加工方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115415683 A 3