CN103212875A - 一种闭环激光能量控制方法及系统 - Google Patents

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CN103212875A CN2012100157352A CN201210015735A CN103212875A CN 103212875 A CN103212875 A CN 103212875A CN 2012100157352 A CN2012100157352 A CN 2012100157352A CN 201210015735 A CN201210015735 A CN 201210015735A CN 103212875 A CN103212875 A CN 103212875A
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魏志凌
宁军
谢香林
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Abstract

本发明提出一种闭环激光能量控制方法及系统，设置一变量实时跟随切割轴系的矢量速度；通过模拟量输入接口实时采集激光器输出的实时平均功率，并与所述变量的差值做比例积分PI运算进行激光器输出功率的闭环控制；将输出信号实时控制激光器泵浦电流。本发明提出的闭环激光能量控制方法及系统，通过将激光输出功率跟随平台切割的矢量速度，能实时进行功率的调整，又加以闭环控制，减小了切割过程中不稳定因素的影响，从而提高切割质量。

Description

一种闭环激光能量控制方法及系统
 
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，涉及一种能量控制方法，特别涉及一种闭环激光能量控制方法；同时，本发明还涉及一种闭环激光能量控制系统。
 
背景技术
激光切割由于工艺简单、速度快，具有切缝宽度小、切口平行度好、表面粗糙度小、尺寸精度高、工件变形和热影响区小、无机械应力及表面损伤等特点被广泛用于 SMT模板生产中，激光切割后表面的光滑性和切口的平滑性直接关系到后续工艺的可行性。
在实际的生产中，在基于连续激光调制模式下激光能量的控制方法，大多为在频率不变的前提下，激光器接收一个不可变的脉宽PWM信号进行能量控制。这导致了激光器在切割过程中的，输出的功率恒定。在速度变化时不能随时调制，容易造成切割表面不光滑，特别是SMT模板开口拐角处有热烧灼现象。
有鉴于此，如今迫切需要一种新的激光切割能量控制解决方案。
 
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决现有切割方法切割质量差的问题。
为达到上述目的，本发明提出了一种闭环激光能量控制方法，包括：设置一变量实时跟随切割轴系的矢量速度；通过模拟量输入接口实时采集激光器输出的实时平均功率，并与所述变量差值做比例积分PI运算进行激光器输出功率的闭环控制；将输出信号实时控制激光器泵浦电流。
在本发明的一个实施例中，所述方法具体包括如下步骤：
步骤S1：根据XY轴反馈信号在每个插补周期计算矢量速度，具体计算公式如下：
VEL_vect=(POS_X(k)-POS_X(k-1))2+(POS_Y(k)-POS_Y(k-1))2；
其中，VEL_vect为所计算的矢量速度；POS_X(k)、POS_X(k-1)为K与K-1采样周期内X轴反馈位置；POS_Y(k) 、POS_Y(k-1)为K与K-1插补周期内Y轴反馈位置。
步骤S2：实时通过模拟量输入接口读取实际平均功率输出并将模拟信号滤波(在一个插补周期中完成下面滤波运算)：
Power_feed=（K0*AIN2 + K1*AIN_DF1+ K2*AIN_DF2 +K3*AIN_DF3）；
AIN_DF3 =AIN_DF2；AIN_DF2 =AIN_DF1；AIN_DF1=AIN2；
其中，K0、K1、K2、K3为滤波系数；Power_feed为滤波后得到的模拟量输入；AIN2为滤波前模拟量输入；AIN_DF1、AIN_DF2、AIN_DF3为滤波算法临时变量。
步骤S3：将误差信号Power_err = VEL_vect- Power_feed/K送入PI计算模块进行控制并输出；
OutPut = Power_err(k)*{KP +KI(Power_err(k)-Power_err(k-1)}；
其中： OutPut为PI算法模块输出； P、KI为PI算法的比例和积分系数。
步骤S4：将所计算的控制信号通过模拟量输出接口作为激光器输出控制信号。
本发明还提出一种闭环激光能量控制系统，包括：
矢量速度计算模块，用以通过设置一变量实时跟随切割轴系的矢量速度；
模拟量输入接口，用以实时采集激光器输出的实时平均功率；
PI计算模块，用以根据采集的激光器输出的实时平均功率与所述变量的差值做比例积分PI运算进行激光器输出功率的闭环控制，将输出信号实时控制激光器泵浦电流。
本发明提出的闭环激光能量控制方法及系统，通过将激光输出功率跟随平台切割的矢量速度，能实时进行功率的调整，又加以闭环控制，减小了切割过程中不稳定因素的影响，从而提高切割质量。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
 
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明闭环激光能量控制方法的流程图；
图2为本发明闭环激光能量控制系统的组成示意图。
 
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的主要创新之处在于，本发明创新地提出了一种闭环激光能量控制方法及系统，减小了切割过程中不稳定因素的影响，从而提高切割质量。
本发明的闭环激光能量控制方法包括：设置一变量实时跟随切割轴系的矢量速度；通过模拟量输入接口实时采集激光器输出的实时平均功率，并与所述变量做比例积分PI运算进行激光器输出功率的闭环控制；将输出信号实时控制激光器泵浦电流。由于激光输出功率跟随平台切割的矢量速度，所以能实时进行功率的调整，又加以闭环控制，减小了切割过程中不稳定因素的影响，所以提高了激光能量输出的稳定性。
请参阅图1，在本发明的一个实施例中，所述方法具体包括如下步骤：
【步骤S1】根据XY轴反馈信号在每个插补周期计算矢量速度，具体计算公式如下：
VEL_vect=(POS_X(k)-POS_X(k-1))2+(POS_Y(k)-POS_Y(k-1))2；
其中，VEL_vect为所计算的矢量速度；POS_X(k)、POS_X(k-1)为K与K-1采样周期内X轴反馈位置；POS_Y(k) 、POS_Y(k-1)为K与K-1插补周期内Y轴反馈位置。
【步骤S2】实时通过模拟量输入接口读取实际平均功率输出并将模拟信号滤波(在一个插补周期中完成下面滤波运算)：
Power_feed=（K0*AIN2 + K1*AIN_DF1+ K2*AIN_DF2 +K3*AIN_DF3）；
AIN_DF3 =AIN_DF2；AIN_DF2 =AIN_DF1；AIN_DF1=AIN2；
其中，K0、K1、K2、K3为滤波系数；Power_feed为滤波后得到的模拟量输入；AIN2为滤波前模拟量输入；AIN_DF1、AIN_DF2、AIN_DF3为滤波算法临时变量。
【步骤S3】将误差信号Power_err = VEL_vect- Power_feed/K送入PI计算模块进行控制并输出；
OutPut = Power_err(k)*{KP +KI(Power_err(k)-Power_err(k-1)}；
其中： OutPut为PI算法模块输出； P、KI为PI算法的比例和积分系数。
【步骤S4】将所计算的控制信号通过模拟量输出接口作为激光器输出控制信号。
以上介绍了本发明闭环激光能量控制方法，本发明在揭示上述闭环激光能量控制方法的同时，还揭示一种闭环激光能量控制系统；请参阅图2，闭环激光能量控制系统包括：矢量速度计算模块、模拟量输入接口、PI计算模块，PI计算模块分别连接矢量速度计算模块、模拟量输入接口。
矢量速度计算模块通过设置一变量实时跟随切割轴系的矢量速度；模拟量输入接口用以实时采集激光器输出的实时平均功率；PI计算模块用以根据采集的激光器输出的实时平均功率、所述变量做比例积分PI运算进行激光器输出功率的闭环控制，将输出信号实时控制激光器泵浦电流。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (3)

1.一种闭环激光能量控制方法，其特征在于，包括：设置一变量实时跟随切割轴系的矢量速度；通过模拟量输入接口实时采集激光器输出的实时平均功率，并与所述变量的差值做比例积分PI运算进行激光器输出功率的闭环控制；将输出信号实时控制激光器泵浦电流。
2.如权利要求1所述的闭环激光能量控制方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
步骤S1：根据XY轴反馈信号在每个插补周期计算矢量速度，具体计算公式如下：
VEL_vect=(POS_X(k)-POS_X(k-1))2+(POS_Y(k)-POS_Y(k-1))2；
其中，VEL_vect为所计算的矢量速度；POS_X(k)、POS_X(k-1)为K与K-1采样周期内X轴反馈位置；POS_Y(k) 、POS_Y(k-1)为K与K-1插补周期内Y轴反馈位置；
步骤S2：实时通过模拟量输入接口读取实际平均功率输出并将模拟信号滤波，在一个插补周期中完成如下滤波运算；
滤波函数如下：
Power_feed=（K0*AIN2 + K1*AIN_DF1+ K2*AIN_DF2 +K3*AIN_DF3）；
AIN_DF3 =AIN_DF2；AIN_DF2 =AIN_DF1；AIN_DF1=AIN2；
其中，K0、K1、K2、K3为滤波系数；Power_feed为滤波后得到的模拟量输入；AIN2为滤波前模拟量输入；AIN_DF1、AIN_DF2、AIN_DF3为滤波算法临时变量；
步骤S3：将误差信号Power_err = VEL_vect- Power_feed/K送入PI控制算法模块进行控制并输出：
OutPut = Power_err(k)*{KP +KI(Power_err(k)-Power_err(k-1)}；
其中： OutPut为PI算法模块输出； P、KI为PI算法的比例和积分系数；
步骤S4：将所计算的控制信号通过模拟量输出接口输出作为激光器输入控制信号。
3.一种闭环激光能量控制系统，其特征在于：
矢量速度计算模块，用以通过设置一变量实时跟随切割轴系的矢量速度；
模拟量输入接口，用以实时采集激光器输出的实时平均功率；
PI计算模块，用以根据采集的激光器输出的实时平均功率、所述变量做比例积分PI运算进行激光器输出功率的闭环控制，将输出信号实时控制激光器泵浦电流。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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