CN107491041A - 一种yag固体激光加工机床控制系统 - Google Patents

一种yag固体激光加工机床控制系统 Download PDF

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Abstract

一种YAG固体激光加工机床控制系统，主要包括作为机床控制核心的FAGOR 8055M‑A系统主机、各坐标轴的伺服驱动系统、激光器系统、焊接和切割气路系统、激光焦点自动跟踪系统、空气净化、冷却及照明系统等。该控制系统采用了FAGOB 8055系统作为激光加工机床的控制核心，使一般通用于车铣加工的数控系统与激光器、焦点自动跟踪、气路调节及切换等子系统相结合，一起构成了能够适合于激光加工的柔性控制系统。

Description

一种YAG固体激光加工机床控制系统
所属技术领域
本发明涉及一种YAG固体激光加工机床控制系统，适用于机械领域。
背景技术
随着工业激光器技术的不断发展，YAG固体激光器因具有寿命长、泵浦效率高等诸多优点，开始得到广泛的应用，但通常用于小功率场合。针对千瓦级大功率固体激光进口机床价格高昂、在国内还是空白的局面。
发明内容
本发明提出了一种YAG固体激光加工机床控制系统，采用了FAGOB 8055系统作为激光加工机床的控制核心，使一般通用于车铣加工的数控系统与激光器、焦点自动跟踪、气路调节及切换等子系统相结合，一起构成了能够适合于激光加工的柔性控制系统。
本发明所采用的技术方案是：
所述控制系统采用了FAGOB 8055系统作为激光加工机床的控制核心。在配置上，FAGOR8055系统完全具备了前述的功能，因为要求具备多次回退切割功能，最终选择了8055M-A系统，含机床操作面板的11"液晶彩显和手持单元。根据各轴所需转矩、速度及惯量不同，配置4个坐标轴的AXD驱动模块和FXM交流伺服电机，采用SERCOS通讯标准光纤数字传输；将激光器等同于主轴控制，利用主轴速度很方便调节激光器的输出功率；因为PLC所需I/O点数量超出标准配置的40/24点，把I/O点扩展为104/56点。
所述整个控制系统主要包括作为机床控制核心的FAGOR 8055M-A系统主机、各坐标轴的伺服驱动系统、激光器系统、焊接和切割气路系统、激光焦点自动跟踪系统、空气净化、冷却及照明系统等。
所述坐标轴伺服系统均采用半闭环控制，3个直线轴采用伺服电机与丝杠直联方式，旋转轴采用伺服电机配数控转台，由NC主机通过SERCOS通讯标准光缆与伺服系统构成闭环控制，速度和位置指令通过SERCOS光缆传送到各轴驱动模块，同时驱动模块运行状态、过流、过压、转矩超限、编码器断线等信息也通过SERCOS光缆反馈给NC单元，由内置PLC监控伺服电源模块和各轴模块的准备就绪、启动禁止、速度使能及脉冲使能等信号。根据激光加工要求动态响应快，手动和自动程序加工分别施加不同的环路增益。
所述激光器系统是机床的主要功能部件，其相对独立，具有自己的控制器，能够控制和监测激光器系统的开关机流程及状态，NC主机通过通讯控制器与激光器系统进行数据交换。
所述激光焦点自动跟踪系统采用非接触式电容传感器测量单元，通过实时测量切割头管口与工件表面距离，再转换为电信号，依此控制：轴的运动方向和速度，实现激光焦点自动跟踪的目的。
所述气路系统分为焊接气路和切割气路，为了方便调节气体压力，基于焊接、切割工艺要求和操作便利的考虑，分别设计有手动调节和程序调节方式。程序调节方式由PLC通过比例阀控制气体压力，不同气体之间的切换及气路压力报警也由PLC完成。为了在OEM屏幕上显示当前气路压力、流量值，采用NC主机采集相应气路传感器数值的方法解决。
所述控制系统在开发PLC控制程序时，使用语句表编程。为使PLC程序具有较好的条理性、可读性，根据功能分类将整个PLC程序划分为初始化循环、主程序和16个子程序块。在初始化循环中，对所有M标志位、拾出点、寄存器、计数器等先进行清零处理。在主程序中对16个子程序块进行条件调用，依据各子程序功能对机床安全运行的关键程度，优先调用有关急停、限位和运动判断条件的子程序块。在完成主要功能的子程序中，急停子程序完成CNC和外部电路的急停响应及应答；伺服驱动子程序完成各轴使能、制动的时序控制；零点搜索及轴限位子程序完成回零点和限位逻辑控制；程序重启及回退子程序完成程序重启、回退前后的气路控制；焦点自动跟踪子程序完成切割过程的焦点测量和自动调整;激光器控制子程序完成激光器出光全过程的逻辑控制和状态监视。
本发明的有益效果是：该控制系统采用了FAGOB 8055系统作为激光加工机床的控制核心，使一般通用于车铣加工的数控系统与激光器、焦点自动跟踪、气路调节及切换等子系统相结合，一起构成了能够适合于激光加工的柔性控制系统。
附图说明
图1是本发明的控制系统硬件组成及连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，控制系统采用了FAGOB 8055系统作为激光加工机床的控制核心。在配置上，FAGOR 8055系统完全具备了前述的功能，因为要求具备多次回退切割功能，最终选择了8055M-A系统，含机床操作面板的11"液晶彩显和手持单元。根据各轴所需转矩、速度及惯量不同，配置4个坐标轴的AXD驱动模块和FXM交流伺服电机，采用SERCOS通讯标准光纤数字传输；将激光器等同于主轴控制，利用主轴速度很方便调节激光器的输出功率；因为PLC所需I/O点数量超出标准配置的40/24点，把I/O点扩展为104/56点。
整个控制系统主要包括作为机床控制核心的FAGOR 8055M-A系统主机、各坐标轴的伺服驱动系统、激光器系统、焊接和切割气路系统、激光焦点自动跟踪系统、空气净化、冷却及照明系统等。
坐标轴伺服系统均采用半闭环控制，3个直线轴采用伺服电机与丝杠直联方式，旋转轴采用伺服电机配数控转台，由NC主机通过SERCOS通讯标准光缆与伺服系统构成闭环控制，速度和位置指令通过SERCOS光缆传送到各轴驱动模块，同时驱动模块运行状态、过流、过压、转矩超限、编码器断线等信息也通过SERCOS光缆反馈给NC单元，由内置PLC监控伺服电源模块和各轴模块的准备就绪、启动禁止、速度使能及脉冲使能等信号。根据激光加工要求动态响应快，手动和自动程序加工分别施加不同的环路增益。
激光器系统是机床的主要功能部件，其相对独立，具有自己的控制器，能够控制和监测激光器系统的开关机流程及状态，NC主机通过通讯控制器与激光器系统进行数据交换。
激光焦点自动跟踪系统采用非接触式电容传感器测量单元，通过实时测量切割头管口与工件表面距离，再转换为电信号，依此控制：轴的运动方向和速度，实现激光焦点自动跟踪的目的。
气路系统分为焊接气路和切割气路，为了方便调节气体压力，基于焊接、切割工艺要求和操作便利的考虑，分别设计有手动调节和程序调节方式。程序调节方式由PLC通过比例阀控制气体压力，不同气体之间的切换及气路压力报警也由PLC完成。为了在OEM屏幕上显示当前气路压力、流量值，采用NC主机采集相应气路传感器数值的方法解决。
控制系统在开发PLC控制程序时，使用语句表编程。为使PLC程序具有较好的条理性、可读性，根据功能分类将整个PLC程序划分为初始化循环、主程序和16个子程序块。
在初始化循环中，对所有M标志位、拾出点、寄存器、计数器等先进行清零处理。在主程序中对16个子程序块进行条件调用，依据各子程序功能对机床安全运行的关键程度，优先调用有关急停、限位和运动判断条件的子程序块。在完成主要功能的子程序中，急停子程序完成CNC和外部电路的急停响应及应答；伺服驱动子程序完成各轴使能、制动的时序控制；零点搜索及轴限位子程序完成回零点和限位逻辑控制；程序重启及回退子程序完成程序重启、回退前后的气路控制；焦点自动跟踪子程序完成切割过程的焦点测量和自动调整;激光器控制子程序完成激光器出光全过程的逻辑控制和状态监视。

Claims (8)

1.一种YAG固体激光加工机床控制系统，其特征是：所述控制系统采用了FAGOB 8055系统作为激光加工机床的控制核心，在配置上，FAGOR 8055系统完全具备了前述的功能，因为要求具备多次回退切割功能，最终选择了8055M-A系统，含机床操作面板的11"液晶彩显和手持单元。
2.根据权利要求1所述的一种YAG固体激光加工机床控制系统，其特征是：所述控制系统配置4个坐标轴的AXD驱动模块和FXM交流伺服电机，采用SERCOS通讯标准光纤数字传输；将激光器等同于主轴控制，利用主轴速度很方便调节激光器的输出功率；因为PLC所需I/O点数量超出标准配置的40/24点，把I/O点扩展为104/56点。
3.根据权利要求1所述的一种YAG固体激光加工机床控制系统，其特征是：所述整个控制系统主要包括作为机床控制核心的FAGOR 8055M-A系统主机、各坐标轴的伺服驱动系统、激光器系统、焊接和切割气路系统、激光焦点自动跟踪系统、空气净化、冷却及照明系统等。
4.根据权利要求1所述的一种YAG固体激光加工机床控制系统，其特征是：所述坐标轴伺服系统均采用半闭环控制，3个直线轴采用伺服电机与丝杠直联方式，旋转轴采用伺服电机配数控转台，由NC主机通过SERCOS通讯标准光缆与伺服系统构成闭环控制，速度和位置指令通过SERCOS光缆传送到各轴驱动模块，同时驱动模块运行状态、过流、过压、转矩超限、编码器断线等信息也通过SERCOS光缆反馈给NC单元，由内置PLC监控伺服电源模块和各轴模块的准备就绪、启动禁止、速度使能及脉冲使能等信号。
5.根据权利要求1所述的一种YAG固体激光加工机床控制系统，其特征是：所述激光器系统是机床的主要功能部件，其相对独立，具有自己的控制器，能够控制和监测激光器系统的开关机流程及状态，NC主机通过通讯控制器与激光器系统进行数据交换。
6.根据权利要求1所述的一种YAG固体激光加工机床控制系统，其特征是：所述激光焦点自动跟踪系统采用非接触式电容传感器测量单元，通过实时测量切割头管口与工件表面距离，再转换为电信号，依此控制：轴的运动方向和速度，实现激光焦点自动跟踪的目的。
7.根据权利要求1所述的一种YAG固体激光加工机床控制系统，其特征是：所述气路系统分为焊接气路和切割气路，为了方便调节气体压力，基于焊接、切割工艺要求和操作便利的考虑，分别设计有手动调节和程序调节方式。
8.根据权利要求1所述的一种YAG固体激光加工机床控制系统，其特征是：所述控制系统在开发PLC控制程序时，使用语句表编程，为使PLC程序具有较好的条理性、可读性，根据功能分类将整个PLC程序划分为初始化循环、主程序和16个子程序块。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111618423A (zh) * 2020-06-15 2020-09-04 北京航空航天大学 一种基于工控机的多轴联动激光加工数控系统及其工作方法
CN111992900A (zh) * 2020-07-07 2020-11-27 河南通用智能装备有限公司 一种硅晶圆激光切割管理系统及方法

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