CN106141450B - 一种co2激光切割功率控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CO2激光切割功率控制方法，包括以下步骤，S1、预先设定切割路径的最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率；S2、切割开始后，运动控制器采集当前切割的运动矢量速度；S3、根据最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率、当前切割的运动矢量速度计算当前的切割功率；S4、根据当前的切割功率进行切割。本发明的CO2激光切割功率控制方法能够实时精确的控制激光管的切割功率，使得在切割速度变化时，也能达到切割工件烧蚀均匀性的工艺要求。

Description

一种CO2激光切割功率控制方法及系统
技术领域
本发明涉及激光切割领域，特别涉及一种CO2激光切割功率控制方法及系统。
背景技术
CO2激光切割控制系统是利用聚焦的高功率激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化或烧蚀，同时通过设定特定的轨迹，在工件上加工出预期图形形状。CO2激光管的功率是通过CO2激光器来控制的，运动控制器通过控制CO2激光器来控制CO2激光管的出光功率的大小，通常CO2用来控制激光功率大小的接口为模拟量(0～5V)。所以只要运动控制器输出一个模拟量(0～5V)给CO2激光器，就可以间接的控制CO2激光管的功率大小。
现有的方案主要是通过外接一个可变电阻，通过调节可变电阻的阻值来输出一个0～5V的电压给CO2激光器。这个方案的最大缺点就是在一个切割运动中，CO2激光管的功率是一个恒定值，而切割路径的速度是不断变化的，这就导致在速度低的地方激光烧蚀工件材料要严重一点，而速度高的地方激光烧蚀工件的程度有可能还不足，无法达到切割工件烧蚀均匀性的工艺要求。
发明内容
本发明在于克服现有技术的上述不足，提供一种切割功率随切割速度不断变化、到达均匀切割的CO2激光切割功率控制方法及系统。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种CO2激光切割功率控制方法，包括以下步骤，
S1、预先设定切割路径的最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率；
S2、切割开始后，运动控制器采集当前切割的运动矢量速度；
S3、根据最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率、当前切割的运动矢量速度计算当前的切割功率；
S4、根据当前的切割功率进行切割。
进一步地，所述计算当前的切割功率为：
其中，Pt为当前的切割功率，Pmax为最大功率，Pmin为最小功率，Vmax为最大速度，Vmin为最小速度，Vt为当前切割的运动矢量速度。
进一步地，所述当前切割的运动矢量速度的采集周期为1ms。
本发明同时提供一种CO2激光切割功率控制系统，包括数据处理器、运动控制器、CO2激光管，所述数据处理器、所述运动控制器、所述CO2激光管依次连接，
所述数据处理器中预先存储有当前切割路径的最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率；
运动控制器，用于切割开始后采集当前切割的运动矢量速度，并将所述运动矢量速度发送到数据处理单元中，；
所述数据处理器还用于根据最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率、当前切割的运动矢量速度得到当前的切割功率信号，并将所述当前的切割功率信号实时发送到运动控制器；
所述运动控制器控制C02激光管发出所述切割功率的激光进行切割。
进一步地，所述当前的切割功率为：
其中，Pt为当前的切割功率，Pmax为最大功率，Pmin为最小功率，Vmax为最大速度，Vmin为最小速度，Vt为当前切割的运动矢量速度。
进一步地，所述当前切割的运动矢量速度的采集周期为1ms。
进一步地，所述运动控制器包括依次连接的施密特触发器及DA转换电路；所述施密特触发器用于将所述切割功率信号进行反相整形、数字模拟转换后发送至C02激光管。
进一步地，所述施密特触发器为芯片SN74HC14。
进一步地，所述数据处理器为FPGA芯片。
进一步地，所述数据处理器与所述运动控制器之间还设置有高速光耦
与现有技术相比，本发明的有益效果
本发明的CO2激光切割功率控制方法能够实时精确的控制激光管的切割功率，使得在切割速度变化时，也能达到切割工件烧蚀均匀性的工艺要求。
附图说明
图1是本发明的CO2激光切割功率控制方法流程框图。
图2是本发明的CO2激光切割功率控制系统模块框图。
图3是本发明的CO2激光切割功率控制系统电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术 均属于本发明的范围。
实施例1：
图1是本发明的CO2激光切割功率控制方法流程框图，包括以下步骤，
S1、预先设定切割路径的最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率；
S2、切割开始后，运动控制器采集当前切割的运动矢量速度；
S3、根据最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率、当前切割的运动矢量速度计算当前的切割功率；
S4、根据当前的切割功率进行切割。
一般的，在一次切割过程中，根据图纸预先设计好切割程序，由于在切割过程中切割路径的速度可能是不断变化的，然而，切割速度是无法自由控制的，因此本发明通过利用功率和速度间的函数关系，将不可控的速度变量转换为可控的功率变量，实时控制激光发射功率。
本发明的CO2激光切割功率控制方法能够实时精确的控制激光管的切割功率，使得在切割速度变化时，也能达到切割工件烧蚀均匀性的工艺要求。
在一个具体实施方式中，所述计算当前的切割功率为：
其中，Pt为当前的切割功率，Pmax为最大功率，Pmin为最小功率，Vmax为最大速度，Vmin为最小速度，Vt为当前切割的运动矢量速度。
在一个具体实施方式中，所述当前切割的运动矢量速度的采集周期为1ms。
当然，采集周期越短，控制精度就越高，对设备性能的要求也就越高，在具体实施中，可根据实际对工件的精度要求来控制采集周期。
本发明同时提供一种CO2激光切割功率控制系统,具体的，参看图2，本 发明同时提供一种CO2激光切割功率控制系统，包括数据处理器1、运动控制器2、CO2激光管3，所述数据处理器1、所述运动控制器2、所述CO2激光管3依次连接，
所述数据处理器1中预先存储有当前切割路径的最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率；
运动控制器2，用于切割开始后采集当前切割的运动矢量速度，并将所述运动矢量速度发送到数据处理单元1中，；
所述数据处理器1还用于根据最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率、当前切割的运动矢量速度得到当前的切割功率信号，并将所述当前的切割功率信号实时发送到运动控制器2；
所述运动控制器2控制C02激光管3发出所述切割功率的激光进行切割。
在一个具体实施方式中，所述当前的切割功率为：
其中，Pt为当前的切割功率，Pmax为最大功率，Pmin为最小功率，Vmax为最大速度，Vmin为最小速度，Vt为当前切割的运动矢量速度。
在一个具体实施方式中，所述当前切割的运动矢量速度的采集周期为1ms。
在一个具体实施方式中，所述运动控制器包括依次连接的施密特触发器及DA转换电路；所述施密特触发器用于将所述切割功率信号进行反相整形、数字模拟转换后发送至C02激光管。
在一个具体实施方式中，所述施密特触发器为芯片SN74HC14。
在一个具体实施方式中，所述数据处理器为FPGA芯片。
在一个具体实施方式中，所述数据处理器1与所述运动控制器2之间还设置有高速光耦，参看图3，这样，FPGA电路11发出的切割功率信号通过该高 速光耦4传递至运动控制器2，再进一步经运动控制器2处理后发送至CO2激光管，这样就可有效避免数据处理器1受到CO2激光管瞬时高压带来的外部干扰。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (8)

1.一种CO2激光切割功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1、预先设定切割路径的最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率；
S2、切割开始后，运动控制器采集当前切割的运动矢量速度；
S3、根据最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率、当前切割的运动矢量速度计算当前的切割功率；其中，所述计算当前的切割功率为：
其中，Pt为当前的切割功率，Pmax为最大功率，Pmin为最小功率，Vmax为最大速度，Vmin为最小速度，Vt为当前切割的运动矢量速度；
S4、根据当前的切割功率进行切割。
2.根据权利要求1所述的CO2激光切割功率控制方法，其特征在于，所述当前切割的运动矢量速度的采集周期为1ms。
3.一种CO2激光切割功率控制系统，其特征在于，包括数据处理器、运动控制器、CO2激光管，所述数据处理器、所述运动控制器、所述CO2激光管依次连接，
所述数据处理器中预先存储有当前切割路径的最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率；
运动控制器，用于切割开始后采集当前切割的运动矢量速度，并将所述运动矢量速度发送到数据处理单元中；
所述数据处理器还用于根据最大速度、最小速度、最大速度对应的最大功率、最小速度对应的最小功率、当前切割的运动矢量速度得到当前的切割功率信号，并将所述当前的切割功率信号实时发送到运动控制器；其中，所述当前的切割功率为：
其中，Pt为当前的切割功率，Pmax为最大功率，Pmin为最小功率，Vmax为最大速度，Vmin为最小速度，Vt为当前切割的运动矢量速度；
所述运动控制器控制C02激光管发出所述切割功率的激光进行切割。
4.根据权利要求3所述的CO2激光切割功率控制系统，其特征在于，所述当前切割的运动矢量速度的采集周期为1ms。
5.根据权利要求3所述的CO2激光切割功率控制系统，其特征在于，所述运动控制器包括依次连接的施密特触发器及DA转换电路；所述施密特触发器用于将所述切割功率信号进行反相整形、数字模拟转换后发送至C02激光管。
6.根据权利要求5所述的CO2激光切割功率控制系统，其特征在于，所述施密特触发器为芯片SN74HC14。
7.根据权利要求3所述的CO2激光切割功率控制系统，其特征在于，所述数据处理器为FPGA芯片。
8.根据权利要求3-7任一项所述的CO2激光切割功率控制系统，其特征在于，所述数据处理器与所述运动控制器之间还设置有高速光耦。
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