CN101693324A - 激光加工系统中的激光随动的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光加工系统中的激光随动的控制方法及系统，该激光加工系统中包括伺服电机、激光器，在该激光加工系统中设置PLC，由该PLC对该伺服电机输出相应的脉冲控制信号和对该激光器输出相应的能量变化、开激光或者关激光控制信号以实现激光随动控制，还在该激光加工系统中设置编码器以检测该伺服电机的位置，并将该编码器的检测输出信号进行处理、变换成能够为该PLC中的计数器接受的脉冲信号，然后该PLC根据该计数器的值，在当前的扫描周期内及时对该激光器输出相应的能量变化、开激光或者关激光控制信号，从而实现激光随动的实时、闭环控制，可提高激光加工系统的整体功效。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工过程，尤其涉及激光加工时的激光随动控制方法。
背景技术
在现在的激光加工系统，比如激光切割系统中，通常包括：伺服电机和激光器等执行机构，它们的控制由PLC实现，也就是通过PLC的程序经由伺服驱动器对伺服电机进行控制以决定激光头的行走轨迹，并对激光器发射激光的开启、关闭以及能量变化进行控制以决定加工所需的切割形状。由于PLC程序的执行会滞后于输入一个扫描周期，也就是，当伺服电机处于连续的运动过程时，需要激光在某个位置执行能量变化、开激光或者关激光的动作时，PLC在得到指令到执行输出会有一个扫描周期的滞后。现有的PLC扫描周期不固定，因为根据不同的PLC型号和程序的长短扫描周期也是不一样的，但是控制输出一定是比输入要延时一个扫描周期的，比如：第N个扫描周期扫描到输入条件X0＝1，而且输入条件X0＝1时控制输出Y0应该为1，那么要到第N+1个周期扫描时控制输出Y0＝1才能实现。这个是所有PLC共有的缺陷，鉴于这种特性，所以在PLC控制伺服的运动控制中很难实现实时的输入输出控制，因为伺服电机是一直在运动的，所以真正需要在某一点实现某个动作时，实际已经跑到另一个点了。这个延时一般有几毫秒到几百毫秒，然后根据不同的运动速度就会产生相应的偏移。并且，现有的采用PLC实现的控制系统都是开环系统，是直接采用控制PLC发送给伺服电机的脉冲来实现相应位置的控制，容易出现系统偏差，导致加工出来的成品，要么不合格，要么需要进行返工处理，从而增加制造成本，降低了激光切割系统的整体功效。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，而提出一种可以实现激光加工系统的及时、准确的激光随动的控制方法及系统，以提高激光加工系统的整体功效。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案包括，提出一种激光加工系统中的激光随动的控制方法，该激光加工系统中包括伺服电机、激光器，在该激光加工系统中设置PLC，由该PLC对该伺服电机输出相应的脉冲控制信号和对该激光器输出相应的能量变化、开激光或者关激光控制信号以实现激光随动控制，还在该激光加工系统中设置编码器以检测该伺服电机的位置，并将该编码器的检测输出信号进行处理、变换成能够为该PLC中的计数器接受的脉冲信号，然后该PLC根据该计数器的值，在当前的扫描周期内及时对该激光器输出相应的能量变化、开激光或者关激光控制信号，从而实现激光随动的实时、闭环控制。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案还包括，提出一种激光加工系统中的激光随动的控制系统，该激光加工系统中包括伺服电机、激光器，该控制系统包括PLC，该PLC对对该伺服电机输出相应的脉冲控制信号和对该激光器输出相应的能量变化、开激光或者关激光控制信号以实现激光随动控制，该控制系统还包括编码器以检测该伺服电机的位置，信号处理电路以将该编码器的检测输出信号处理、变换成能够为该PLC中的计数器接受的脉冲信号，该PLC根据该计数器的值，在当前的扫描周期内及时对该激光器输出相应的能量变化、开激光或者关激光控制信号，从而实现激光随动的实时、闭环控制。
该信号处理电路包括分频电路，以将该编码器的检测输出的频率转换至该PLC中的计数器能够接受范围。
该信号处理电路还包括转换电路，以将该编码器的检测输出的差分信号转换成该PLC的输入能够接受的脉冲信号。
该转换电路是通过光耦继电器来实现的。
还包括伺服驱动器，该PLC是经由该伺服驱动器对该伺服电机进行控制，该分频电路是由该伺服驱动器中的关于编码器的参数设置电路来实现的。
同现有技术相比，采用本发明的激光加工系统中的激光随动的控制方法及系统，可以实现激光随动的实时、闭环控制，从而可提高激光加工系统的整体功效。
附图说明
图1为本发明的激光加工系统中的激光随动的控制方法实施例的结构示意图。
图2为采用本发明的控制方法进行激光切割加工应用的实施例的流程示意图。
具体实施方式
以下结合各附图所示之最佳实施例作进一步详述。
参见图1，本发明的激光切割系统的控制方法，是在伺服电机上设置伺服电机编码器，对伺服电机编码器的输出信号进行分频，使得输出脉冲信号的频率在PLC高速计数器能够允许的范围内，然后由外部信号转换电路对伺服电机编码器输出的差分信号进行处理，使其符合PLC的输入条件。然后再通过PLC的高速计数器对伺服电机的运行距离进行计数，通过计数器内的数值可以知道伺服电机运动的轨迹和位置相对于起点的“距离”。当知道这个“距离”之后就能够在连续的加工运行当中准确而及时的在需要的位置对激光的能量、开、关等进行控制。
需要说明的是，PLC是经由伺服驱动器对伺服电机进行控制，分频处理是在伺服驱动器中的关于编码器的参数来实现的，也就只是伺服驱动器中的一个参数的设定问题。伺服电机旋转一圈编码器输出信号的频率一般可以达到100KHz，这就高于PLC高速计数器能够读取的频率范围，通过伺服电机驱动器参数的设定可以使编码器输出信号做相应的降频处理，以满足PLC的输入要求。分频处理时的分频数要根据实际不同的伺服电机和PLC来做确定，在满足PLC输入条件下，尽可能的使伺服电机编码器的输出信号频率高，这样可有效的减小误差。控制系统的软件中需要重新把通过编码器反馈回来的脉冲信号数换算成实际的运动位置(这是一个相对起点的相对位置)，需要乘上一个固定的系数，这个回乘运算的时间也就是PLC乘法运算的时间，根据不同型号的PLC这个时间也不一样，一般在0.1微妙以内。
本发明的控制方法实施例中转换电路，是通过光耦继电器对伺服电机编码器的输出的差分信号进行转换，转换成PLC的输入能够接受的脉冲信号，这种方案既简单也经济，实现了低成本达到高效果的目的。
采用本发明的控制方法进行激光切割加工应用，参见图2。本控制方法是通过读取伺服电机编码器的反馈信号一构成闭环控制，加上PLC的“高速计数器专用比较指令”就可以实现实时的控制。例如：A运动到C之间经过了B，现在我们需要在切割轨迹A至C之间的B位置准确的实现激光关光(关光控制输出点Y1＝0)，这时候就可以利用“高速计数器专用比较指令”通过读取伺服电机编码器获得A到B之间的距离L1，当到达B1时实时输出Y1＝0，这里的实时包含的含义是在PLC的当前扫描周期内，以比如200微妙以内的响应时间执行相应的动作输出，其相对现有技术的延时一般有几毫秒到几百毫秒的一个PLC扫描周期而言，控制响应速度大大提高。
本发明之实施，并不限于以上最佳实施例所公开的方式，凡基于上述设计思路，进行简单推演与替换，得到的具体的激光加工系统中的激光随动的控制方法及系统，都属于本发明的实施。
Claims (10)
1.一种激光加工系统中的激光随动的控制方法，该激光加工系统中包括伺服电机、激光器，在该激光加工系统中设置PLC，由该PLC对该伺服电机输出相应的脉冲控制信号和对该激光器输出相应的能量变化、开激光或者关激光控制信号以实现激光随动控制，其特征在于，还在该激光加工系统中设置编码器以检测该伺服电机的位置，并将该编码器的检测输出信号进行处理、变换成能够为该PLC中的计数器接受的脉冲信号，然后该PLC根据该计数器的值，在当前的扫描周期内及时对对该激光器输出相应的能量变化、开激光或者关激光控制信号，从而实现激光随动的实时、闭环控制。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，将该编码器的检测输出信号进行处理的过程包括分频处理以将该编码器的检测输出信号的频率转换至该PLC中的计数器能够接受范围。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，将该编码器的检测输出信号进行处理的过程还包括信号处理以将编码器的检测输出的差分信号转换成该PLC的输入能够接受的脉冲信号。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，该信号处理是通过光耦继电器的设置来实现的。
5.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，该PLC是经由伺服驱动器对该伺服电机进行控制，该分频处理是通过对伺服驱动器中的关于编码器的参数设置来实现的。
6.一种激光加工系统中的激光随动的控制系统，该激光加工系统中包括伺服电机、激光器，该控制系统包括PLC，该PLC对该伺服电机输出相应的脉冲控制信号和对该激光器输出相应的能量变化、开激光或者关激光控制信号以实现激光随动控制，其特征在于，该控制系统还包括编码器以检测该伺服电机的位置，信号处理电路以将该编码器的检测输出信号处理、变换成能够为该PLC中的计数器接受的脉冲信号，该PLC根据该计数器的值，在当前的扫描周期内及时对对该激光器输出相应的能量变化、开激光或者关激光控制信号，从而实现激光随动的实时、闭环控制。
7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，该信号处理电路包括分频电路，以将该编码器的检测输出的频率转换至该PLC中的计数器能够接受范围。
8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，该信号处理电路还包括转换电路，以将该编码器的检测输出的差分信号转换成该PLC的输入能够接受的脉冲信号。
9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，该转换电路是通过光耦继电器来实现的。
10.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，该控制系统还包括伺服驱动器，该PLC是经由该伺服驱动器对该伺服电机进行控制，该分频电路是由该伺服驱动器中的关于编码器的参数设置电路来实现的。
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