CN103217922B - 在激光切割smt模板中激光能量的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在激光切割SMT模板中激光能量的控制方法，在光纤激光器连续激光调制模式下，通过建立激光器调制信号与运动平台XY轴矢量速度正比关系，进而建立激光输出能量与XY轴矢量速度的比例关系。本发明提供的在激光切割SMT模板中激光能量的控制方法，根据轴矢量速度实时调整激光器输出能量，提高了切割表面的光滑性，减小了拐角处热烧蚀现象，提高了切割质量，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种在切割设备中控制激光能量的方法，特别是在高精密SMT模板激光切割设备中连续激光调制模式下对激光能量的控制。
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，基于连续激光调制模式下激光能量的控制为激光器接收一个不可变的脉宽PWM信号进行能量控制。这导致了在切割过程中，激光器输出的功率恒定，切割效果受切割速度的影响较大，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。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在激光切割SMT模板中激光能量的控制方法，在用激光切割SMT模板中，建立激光能量与XY轴矢量速度成正比的关系，控制激光能量跟随矢量速度变化。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种在激光切割SMT模板中激光能量的控制方法，基于气浮式XY平台激光模板切割机，上位运动控制系统采用三轴运动控制卡，通过位置控制模式控制平台XY轴做切割插补运动，利用控制卡提供的第三个轴系作为虚拟运动轴实现XY轴矢量速度的跟随，其特征在于，具体方法步骤如下：
A. 利用控制卡提供的第三个轴系资源建立一个虚拟运动轴定义为Z轴，并将虚拟轴配置为步进电机控制轴；
B. 建立虚拟轴与主运动轴XY轴的速度比例关系：即建立关系使Z轴的速度VECT_VEL正比于XY轴矢量速度，在每个插补周期内，通过下面公式计算矢量速度：POS_Z(K)-POS_Z(K-1) =K*[(POS_X(K)-POS_X(K-1))²+(POS_Y(K)-POS_Y(K-1))²]+P_off；
其中：POS_Z(K)、POS_Z(K-1)为所建立的虚拟Z轴的位置指令在K与K-1两个采样周期的数值；POS_X(K)、POS_X(K-1)为X轴位置指令在K与K-1两个采样周期的数值；POS_Y(K)、POS_Y(K-1)为Y轴位置指令在K与K-1两个采样周期的数值；K为比例系数；P_off为偏移量。
C.虚拟Z轴通过P/D模式输出位置指令；其中P即pulse为指令脉冲输出，D即direction为运动方向输出；使用虚拟轴PULSE信号作为激光器调制信号，PULSE信号的频率跟随XY轴的矢量速度，通过调制K, P_off,控制器输出脉冲的宽度来调制激光器功率。
计算在某个速度下产生的脉冲频率的方法如下，如切割时XY轴插补矢量速度为50mm/s，则虚拟Z轴的速度为50mm/s*K，在此假设比例系数K值为0.01，则虚拟Z轴的速度为0.5mm/s，Z轴分辨率10000counts/mm，则XY轴以50mm/s速度运动时Z虚拟轴位置指令输出的PULSE信号产生的脉冲频率为0.5*10000=5KHZ，切割速度低于50mm/S时Z虚拟轴位置指令输出PULSE信号频率变小，以此PULSE信号连接激光器调制输入信号控制激光器输出能量，通过修改控制卡相应参数修改PULSE信号输出脉冲的宽度。
本发明中SMT模板切割所使用激光器为工作在调制模式下的光纤激光器。
本发明提供的激光切割SMT模板激光能量的控制方法, 为基于连续激光调制模式下激光能量控制方法，根据平台运动轴矢量速度实时调整激光输出能量，提高了切割表面的光滑性，减小了拐角处热烧蚀现象，提高了切割质量，具有广阔的市场前景。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为矢量合成速度。
具体实施方式
实施例
如图1所述，一种在激光切割SMT模板中激光能量的控制方法，基于气浮式XY平台激光模板切割机，上位运动控制系统采用三轴运动控制卡，通过位置控制模式控制平台XY轴做切割插补运动，利用控制卡提供的第三个轴系作为虚拟运动轴实现XY轴矢量速度的跟随，其具体方法步骤如下：
A. 利用控制卡提供的第三个轴系资源建立一个虚拟运动轴定义为Z轴，并将虚拟轴配置为步进电机控制轴；
B. 建立虚拟轴与主运动轴XY轴的速度比例关系：即建立关系使Z轴的速度VECT_VEL正比于XY轴矢量速度，在每个插补周期内，通过下面公式计算矢量速度：POS_Z(K)-POS_Z(K-1) =K*[(POS_X(K)-POS_X(K-1))²+(POS_Y(K)-POS_Y(K-1))²]+P_off；
其中：POS_Z(K)、POS_Z(K-1)为所建立的虚拟Z轴的位置指令在K与K-1两个采样周期的数值；POS_X(K)、POS_X(K-1)为X轴位置指令在K与K-1两个采样周期的数值；POS_Y(K)、POS_Y(K-1)为Y轴位置指令在K与K-1两个采样周期的数值；K为比例系数；P_off为偏移量。
C.虚拟Z轴通过P/D模式输出位置指令；其中P即pulse为指令脉冲输出，D即direction为运动方向输出；使用虚拟轴PULSE信号作为激光器调制信号，PULSE信号的频率跟随XY轴的矢量速度，通过调制K, P_off,控制器输出脉冲的宽度来调制激光器功率。
计算在某个速度下产生的脉冲频率的方法如下，如切割时XY轴插补矢量速度为50mm/s，则虚拟Z轴的速度为50mm/s*K，在此假设比例系数K值为0.01，则虚拟Z轴的速度为0.5mm/s，Z轴分辨率10000counts/mm，则XY轴以50mm/s速度运动时Z虚拟轴位置指令输出的PULSE信号产生的脉冲频率为0.5*10000=5KHZ，切割速度低于50mm/S时Z虚拟轴位置指令输出PULSE信号频率变小，以此PULSE信号连接激光器调制输入信号控制激光器输出能量，通过修改控制卡相应参数修改PULSE信号输出脉冲的宽度。
以上实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种在激光切割SMT 模板中激光能量的控制方法，基于气浮式XY 平台激光模板切割机，上位运动控制系统采用三轴运动控制卡，通过位置控制模式控制平台XY 轴做切割插补运动，利用控制卡提供的第三个轴系作为虚拟运动轴实现XY 轴矢量速度的跟随，其特征在于，具体方法步骤如下：
A. 利用控制卡提供的第三个轴系资源建立一个虚拟运动轴定义为Z 轴，并将虚拟轴配置为步进电机控制轴；
B. 建立虚拟轴与主运动轴XY 轴的速度比例关系：即建立关系使Z 轴的速度VECT_VEL正比于XY 轴矢量速度，在每个插补周期内，通过下面公式计算矢量速度：
其中：POS_Z(N)、POS_Z(N-1) 为所建立的虚拟Z 轴的位置指令在N 与N-1 两个采样周期的数值；POS_X(N)、POS_X(N-1) 为X 轴位置指令在N 与N-1 两个采样周期的数值；POS_Y(N)、POS_Y(N-1) 为Y 轴位置指令在N 与N-1 两个采样周期的数值；K 为比例系数；P_off为偏移量；
C. 虚拟Z 轴通过P/D 模式输出位置指令；其中P 即pulse 为指令脉冲输出，D 即direction 为运动方向输出；使用虚拟轴PULSE 信号作为激光器调制信号PULSE 信号的频率跟随XY 轴的矢量速度，通过调制K, P_off, 控制器输出脉冲的宽度来调制激光器功率。
2.根据权利要求1 所述的方法，其特征在于，计算在某个速度下产生的脉冲频率的方法如下，如切割时XY 轴插补矢量速度为50mm/s，则虚拟Z 轴的速度为50mm/s*N，在此假设比例系数K 值为0.01，则虚拟Z 轴的速度为0.5mm/s，Z 轴分辨率10000counts/mm，则XY 轴以50mm/s 速度运动时Z 虚拟轴位置指令输出的PULSE 信号产生的脉冲频率为0.5*10000=5KHZ，切割速度低于50mm/S 时Z 虚拟轴位置指令输出PULSE 信号频率变小，以此PULSE 信号连接激光器调制输入信号控制激光器输出能量，通过修改控制卡相应参数修改PULSE 信号输出脉冲的宽度。
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