本發(fā)明涉及人工智能，具體是一種基于人工智能的激光輸出數(shù)據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、激光切割作為一種高效、精密的加工技術(shù)，在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它以高能量密度的激光束為核心，能夠?qū)Χ喾N材料進(jìn)行快速、無接觸的精密切割，適用于復(fù)雜形狀的加工，且邊緣光滑、熱影響區(qū)小。激光切割技術(shù)不僅提高了加工效率和質(zhì)量，還大幅減少了材料浪費(fèi)和后續(xù)加工步驟，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、電子、金屬制造等領(lǐng)域，是推動(dòng)制造業(yè)智能化和高精度發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2、激光切割過程中，焦點(diǎn)漂移容易導(dǎo)致切割精度下降、切口質(zhì)量不均勻以及切割深度不一致，尤其在長時(shí)間切割或加工復(fù)雜材料時(shí)，這些問題更加突出。這種不穩(wěn)定性限制了激光切割技術(shù)在高精度加工和復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于人工智能的激光輸出數(shù)據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于人工智能的激光輸出數(shù)據(jù)智能監(jiān)控方法，智能監(jiān)控方法包括以下步驟：

3、步驟s1、通過掃描被切割材料的待加工表面，獲取待加工表面的初始形變數(shù)據(jù)，并基于獲取的初始形變數(shù)據(jù)建立待加工表面的初始輪廓特征；

4、通過三維掃描設(shè)備對(duì)被切割材料的待加工表面進(jìn)行掃描，獲取待加工表面的初始形變數(shù)據(jù)，所述三維掃描設(shè)備包括但不限于光學(xué)掃描、激光掃描；基于三維掃描設(shè)備掃描獲取的初始形變數(shù)據(jù)，建立待加工表面的初始輪廓特征，所述初始輪廓特征包含待加工表面的幾何形態(tài)和形變信息，并將被切割材料的待加工表面初始輪廓特征進(jìn)行記錄存儲(chǔ)。

5、通過三維掃描設(shè)備獲取待加工表面的初始形變數(shù)據(jù)，并建立初始輪廓特征，精確反映被切割材料的幾何形態(tài)和形變信息，為后續(xù)形變監(jiān)控和切割路徑調(diào)整提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

6、步驟s2、獲取被切割材料的待加工表面與激光發(fā)射端的距離，并將切割進(jìn)行時(shí)，被切割材料的待加工表面到激光發(fā)射端的距離的距離記為焦深補(bǔ)償距；

7、步驟s2-1、獲取被切割材料的待加工表面與激光發(fā)射端的初始距離lprimary，所述初始距離lprimary表示為切割開始時(shí)，激光焦點(diǎn)位于被切割材料的待加工表面時(shí)，激光發(fā)射端與被切割材料的待加工表面之間的距離；

8、步驟s2-2、當(dāng)激光焦點(diǎn)位于被切割材料內(nèi)部時(shí)，再次獲取激光發(fā)射端與被切割材料的待加工表面的距離，記為焦深補(bǔ)償距l(xiāng)compensate。

9、將被切割材料的待加工表面與激光發(fā)射端的初始距離作為基準(zhǔn)，可以提供一個(gè)準(zhǔn)確的參考點(diǎn)，用于后續(xù)的焦點(diǎn)位置調(diào)整和補(bǔ)償。確保在切割開始時(shí)激光焦點(diǎn)的正確定位，便于監(jiān)控焦點(diǎn)在加工過程中的偏移情況，從而實(shí)現(xiàn)更精確的切割效果，減少誤差，并提升整體加工質(zhì)量和效率。

10、步驟s3、獲取被切割材料的切割點(diǎn)與激光發(fā)射端的距離，記為切割焦距，并通過掃描獲取被切割材料的待加工表面的形變數(shù)據(jù)，結(jié)合被切割材料的初始輪廓特征計(jì)算出形變量，根據(jù)形變量、焦深補(bǔ)償距和切割焦距，綜合計(jì)算出激光焦點(diǎn)的垂直偏離值；

11、步驟s3-1、實(shí)時(shí)獲取被切割材料的切割點(diǎn)與激光發(fā)射端的距離，記為切割焦距l(xiāng)gap，所述切割點(diǎn)表示為激光束在被切割材料上的作用點(diǎn)，激光切割過程中與材料接觸的具體位置；

12、步驟s3-2、通過掃描獲取被切割材料的待加工表面的形變數(shù)據(jù)，結(jié)合記錄存儲(chǔ)的被切割材料的待加工表面初始輪廓特征計(jì)算出形變量，形變量計(jì)算使用如下公式：

13、；

14、式中，dtall表示為被切割材料的待加工表面的形變量；n表示為被切割材料的待加工表面發(fā)生形變的數(shù)據(jù)點(diǎn)總數(shù)；zi表示為當(dāng)前掃描獲得的被切割材料的待加工表面高度；zi，0表示為對(duì)應(yīng)的被切割材料的待加工表面原始高度；

15、步驟s3-3、根據(jù)形變量、焦深補(bǔ)償距和切割焦距，綜合計(jì)算出激光焦點(diǎn)的垂直偏離值，垂直偏離值的計(jì)算過程如下：

16、lideal=lprimary-（lcompensate+dtall）；

17、式中，lideal表示為理想的激光切入的焦點(diǎn)深度；

18、lactual=lgap-（lcompensate+dtall）；

19、式中，lactual表示為實(shí)際的激光切入的焦點(diǎn)深度；

20、lvertical=（lprimary-lgap+lideal-lactual）/2；

21、式中，lvertical表示為激光焦點(diǎn)的垂直偏離值。

22、精準(zhǔn)地綜合考慮形變量、焦深補(bǔ)償距和切割焦距等多個(gè)因素，計(jì)算出激光焦點(diǎn)的垂直偏離值。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光切割過程中的焦點(diǎn)位置變化，從而及時(shí)調(diào)整激光焦點(diǎn)，確保切割過程中的高精度，提升切割質(zhì)量，避免因材料變形或激光焦點(diǎn)偏移造成的偏差，確保切割的一致性和可靠性。

23、步驟s4、收集激光發(fā)射端各個(gè)時(shí)刻的位置生成激光發(fā)射端的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，并通過預(yù)設(shè)的切割路徑確定待加工表面的理想切割軌跡；

24、步驟s4-1、收集激光發(fā)射端在不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)被切割材料的待加工表面的位置數(shù)據(jù)，根據(jù)時(shí)刻順序連接各個(gè)位置點(diǎn)生成激光發(fā)射端的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡；

25、步驟s4-2、基于預(yù)設(shè)的切割路徑，提取預(yù)設(shè)路徑中被切割材料的待加工表面的各個(gè)位置數(shù)據(jù)，所述位置數(shù)據(jù)表示為待加工表面在二維平面內(nèi)的坐標(biāo)信息，根據(jù)提取的各個(gè)位置數(shù)據(jù)構(gòu)建出待加工表面的理想切割軌跡。

26、步驟s5、掃描被切割材料的待加工表面的切痕，獲取待加工表面的實(shí)際切割軌跡，并結(jié)合激光發(fā)射端的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和待加工表面的理想切割軌跡，綜合計(jì)算出激光焦點(diǎn)的水平偏離值；

27、步驟s5-1、掃描被切割材料的待加工表面的切痕，將切痕的實(shí)際位置映射到步驟s4采用的二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系中，根據(jù)坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)的位置數(shù)據(jù)建出待加工表面的實(shí)際切割軌跡；

28、步驟s5-2、根據(jù)激光發(fā)射端的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和待加工表面的理想切割軌跡，結(jié)合待加工表面的實(shí)際切割軌跡對(duì)激光焦點(diǎn)的水平偏離值進(jìn)行計(jì)算，所述激光焦點(diǎn)的水平偏離值計(jì)算過程如下：

29、ylaser=qlaser-qideal；

30、式中，ylaser表示為激光發(fā)射端與理想切割軌跡的偏離值；qlaser表示為激光發(fā)射端在二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)；qideal表示為理想切割軌跡在二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)；

31、yactual=qideal-qactual；

32、式中，yactual表示為實(shí)際切割軌跡與理想切割軌跡的偏離值qactual表示為實(shí)際切割軌跡在二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)；

33、ylevel=ylaser-yactual；

34、式中，ylevel表示為激光焦點(diǎn)的水平偏離值。

35、根據(jù)被切割材料的長度方向確定x軸，x軸的正方向沿材料的長度向右延伸；根據(jù)被切割材料的寬度方向確定y軸，y軸的正方向沿材料的寬度向上延伸；

36、所建立的二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系中，激光發(fā)射端的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡、理想切割軌跡和實(shí)際切割軌跡均以坐標(biāo)點(diǎn)的形式進(jìn)行表示。x軸代表被切割材料的長度方向，正方向沿材料長度向右延伸，而y軸代表材料的寬度方向，正方向沿材料寬度向上延伸。通過對(duì)激光發(fā)射端在切割過程中每個(gè)時(shí)刻的位置數(shù)據(jù)的收集，生成的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡被映射到該坐標(biāo)系中。同時(shí)，基于預(yù)設(shè)的切割路徑提取的理想切割軌跡及掃描得到的實(shí)際切割軌跡也在同一坐標(biāo)系中進(jìn)行定位和管理。

37、步驟s6、根據(jù)綜合計(jì)算出激光焦點(diǎn)的垂直偏離值和水平偏離值對(duì)激光焦點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

38、調(diào)節(jié)過程如下：

39、當(dāng)綜合計(jì)算出的垂直偏離值為正時(shí)，表示激光焦點(diǎn)偏高，需要將激光發(fā)射端沿垂直方向向下調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)距離為lvertical；

40、當(dāng)綜合計(jì)算出的垂直偏離值為負(fù)時(shí)，表示激光焦點(diǎn)偏低，需要將激光發(fā)射端沿垂直方向向上調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)距離為lvertical；

41、當(dāng)綜合計(jì)算出的水平偏離值為正時(shí)，表示激光發(fā)射端偏離理想切割路徑縱坐標(biāo)負(fù)方向，需要將激光發(fā)射端沿二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)負(fù)方向調(diào)節(jié)ylevel；

42、當(dāng)綜合計(jì)算出的水平偏離值為負(fù)時(shí)，表示激光發(fā)射端偏離理想切割路徑縱坐標(biāo)正方向，需要將激光發(fā)射端沿二維平面內(nèi)的坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)正方向調(diào)節(jié)ylevel。

43、垂直調(diào)節(jié)確保激光焦點(diǎn)始終處于理想的切割深度，從而提高切割質(zhì)量和材料利用率；水平調(diào)節(jié)則確保激光發(fā)射端沿理想切割路徑移動(dòng)，減少切割誤差和材料損耗。

44、進(jìn)一步的，一種基于人工智能的激光輸出數(shù)據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、形變監(jiān)控模塊、焦點(diǎn)垂直調(diào)節(jié)模塊、二維坐標(biāo)管理模塊和焦點(diǎn)水平調(diào)節(jié)模塊；

45、所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集激光切割過程中的焦點(diǎn)位置數(shù)據(jù)、激光發(fā)射端的位置數(shù)據(jù)和切痕軌跡數(shù)據(jù)；所述形變監(jiān)控模塊用于監(jiān)控被切割材料的形變數(shù)據(jù)；所述焦點(diǎn)垂直調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)激光焦點(diǎn)在垂直方向上的位置；所述二維坐標(biāo)管理模塊用于在二維平面內(nèi)構(gòu)建坐標(biāo)系，管理被切割材料在水平方向上的位置信息；所述焦點(diǎn)水平調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)激光焦點(diǎn)在水平方向上的位置；

46、所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端電性連接形變監(jiān)控模塊的輸入端；所述形變監(jiān)控模塊的輸出端電性連接焦點(diǎn)垂直調(diào)節(jié)模塊的輸入端；所述二維坐標(biāo)管理模塊的輸入端電性連接數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端；所述焦點(diǎn)水平調(diào)節(jié)模塊的輸入端電性連接二維坐標(biāo)管理模塊的輸出端。

47、所述數(shù)據(jù)采集模塊包括焦點(diǎn)采集單元、激光發(fā)射端采集單元和軌跡采集單元；所述焦點(diǎn)采集單元用于采集激光焦點(diǎn)的位置信息；所述激光發(fā)射端采集單元用于采集激光發(fā)射端的位置信息；所述軌跡采集單元用于采集切痕軌跡；

48、所述形變監(jiān)控模塊包括掃描單元和計(jì)算單元；所述掃描單元用于通過掃描獲取被切割材料待加工表面的形變數(shù)據(jù)，并將其傳遞至計(jì)算單元；所述計(jì)算單元用于根據(jù)形變數(shù)據(jù)，計(jì)算出材料的形變量。

49、所述焦點(diǎn)垂直調(diào)節(jié)模塊包括垂直偏移計(jì)算單元和垂直調(diào)節(jié)單元；所述垂直偏移單元用于綜合計(jì)算出激光焦點(diǎn)的垂直偏移值；所述垂直調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)計(jì)算出的垂直偏移值對(duì)激光焦點(diǎn)進(jìn)行垂直位置調(diào)整；

50、所述二維坐標(biāo)管理模塊包括坐標(biāo)構(gòu)建單元和位置管理單元；所述坐標(biāo)構(gòu)建單元用于在二維平面內(nèi)建立并維護(hù)坐標(biāo)系；所述位置管理單元用于實(shí)時(shí)管理并記錄被切割材料在水平方向上產(chǎn)生的位置信息；

51、所述焦點(diǎn)水平調(diào)節(jié)模塊包括水平偏移計(jì)算單元和水平調(diào)節(jié)單元；所述水平偏移單元用于綜合計(jì)算出激光焦點(diǎn)的水平偏移值；所述水平調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)計(jì)算出的垂直偏移值對(duì)激光焦點(diǎn)進(jìn)行水平位置調(diào)整。

52、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

53、1、本發(fā)明通過對(duì)激光焦點(diǎn)進(jìn)行垂直調(diào)節(jié)，確保始終處于理想的切割深度，適應(yīng)不同厚度和材質(zhì)的材料。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)垂直偏離值并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，能夠有效避免過切或切割不徹底的情況，從而提高切割精度，減少材料浪費(fèi)，最終提升整體加工效率。

54、2、本發(fā)明通過水平調(diào)節(jié)確保激光發(fā)射端在二維平面內(nèi)沿理想切割路徑移動(dòng)，減少因位置偏差造成的切割誤差。精準(zhǔn)的路徑跟蹤對(duì)于高精度切割至關(guān)重要，確保切割線條整齊一致，提升切割的質(zhì)量。

55、3、本發(fā)明通過垂直和水平調(diào)節(jié)的結(jié)合提升了切割過程的穩(wěn)定性與可靠性。實(shí)時(shí)監(jiān)控偏離值并進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)材料形變和外部環(huán)境的干擾，保持切割過程的穩(wěn)定性，提高切割效率，同時(shí)延長設(shè)備使用壽命，確保生產(chǎn)的連續(xù)性。