CN109542449A - 一种非线性激光功率控制nc编程方法及激光功率控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种非线性激光功率控制NC编程方法及激光功率控制系统。所述NC编程方法包括步骤：在人机交互界面预定义多条功率曲线，并将其信息转化为离散控制点信息后存入系统配置文件中；编译器对NC程序进行编译时，通过解析调用字符后的曲线索引值找到系统配置文件中对应的功率曲线的离散控制点信息；根据当前系统的输入参数值，结合从系统配置文件中找到的离散控制点信息，实时控制激光器的输出功率。通过在人机交互界面预定义所需要的多条功率曲线，在NC程序中编写特定的调用字符，编译时解析调用字符后的曲线索引值即可找到对应的功率曲线及其功率控制信息，无需每次修改程序，操作极为简便，减少了编程时间和NC维护，提高了生产效率。

Description

一种非线性激光功率控制NC编程方法及激光功率控制系统

技术领域

本发明涉及激光自动控制技术领域，具体涉及一种非线性激光功率控制 NC编程方法及激光功率控制系统。

背景技术

在激光加工领域,通过利用激光束与物质相互作用来对材料进行加工，如切割、焊接、打孔、增材、表面处理等。在不同的加工方式中，激光功率的控制尤为重要,功率控制不当将直接影响到最终的加工质量。

激光功率信息包括峰值功率、激光束发射频率和占空比三部分，传统的功率控制都是通过NC程序、PLC、或者两者组合来定义并控制整个加工过程中各个状态对应的激光功率。但是，对于复杂的控制过程，使用传统的编程模式会致使NC定义繁琐，使整个控制程序变得非常的臃肿，一方面不利于阅读和NC 的维护；另一方面也极大的增加了编程所需要的时间，最终影响整个生产效率。

另外，在激光加工领域，传统的线性控制方案难于满足一些复杂的控制环境，常常出现顾此失彼的现象，给激光加工的工艺调节带来了极大的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术的不足，提供一种非线性激光功率控制NC编程方法及激光功率控制系统，克服传统编程模式中因定义繁琐而导致的程序臃肿，减少了编程时间，并有利于NC的阅读和维护，操作极为简便，极大的提高了生产效率。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：提供一种非线性激光功率控制NC编程方法，所述非线性激光功率控制NC编程方法包括：

步骤A、在人机交互界面预定义多条功率曲线，并将所述多条功率曲线的信息转化为离散控制点信息存入系统配置文件中；

步骤B、编译器对NC程序进行编译，通过解析调用字符后的曲线索引值找到系统配置文件中对应的功率曲线的离散控制点信息；

步骤C、根据当前的输入参数值，结合从系统配置文件中找到的离散控制点信息，实时控制激光器的输出功率。

本发明的更进一步优选方案是:所述步骤A具体包括：

步骤A1、在人机交互界面预定义多条功率曲线；

步骤A2、将所述多条功率曲线的信息转化为离散控制点信息；

步骤A3、将离散控制点信息存入系统配置文件中。

本发明的更进一步优选方案是:步骤B之前还包括：

编写NC程序；

加载NC程序。

本发明的更进一步优选方案是:在编写NC程序中，预定义激光功率曲线调用字符。

本发明的更进一步优选方案是:步骤B中的曲线索引值是通过调用字符后的曲线索引号来解析得到的。

本发明的更进一步优选方案是:步骤B中解析调用字符后的曲线索引值之前还包括步骤：

判断字符是否为预定义的调用字符，当是时，则解析所述调用字符后的曲线索引值；当否时，则按照正常的程序进行编译处理。

本发明的更进一步优选方案是:所述步骤A中的多条功率曲线是以图形的形式进行预定义。

本发明的更进一步优选方案是:所述步骤A中预定义的多条功率曲线的功率信息包括峰值功率、激光束发射频率和占空比。

本发明的更进一步优选方案是:所述多条功率曲线的控制模式定义为多种。

本发明还提供一种非线性激光功率控制系统，所述非线性激光功率控制系统包括：

人机交互操作模块，用于在人机交互界面预定义多条功率曲线，并将所述多条功率曲线的信息转化为离散控制点信息存入系统配置文件中；

系统处理模块，用于编译器对NC程序进行编译，通过解析调用字符后的曲线索引值找到系统配置文件中对应的功率曲线的离散控制点信息；

激光输出模块，用于根据当前的输入参数值，结合从系统配置文件中找到的离散控制点信息，实时控制激光器的输出功率。

本发明的有益效果在于，通过在人机交互界面预定义所需要的多条功率曲线，在NC程序中预定义特定的调用字符，编译时解析调用字符后的曲线索引值即可找到对应的功率曲线及其功率控制信息。针对不同加工过程和场合，无需每次修改程序，只需在人机交互界面上修改对应的功率曲线号即可，操作极为简便，减少了编程时间，有利于NC的阅读和维护，同时也极大的提高了生产效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明非线性激光功率控制NC编程方法的流程图；

图2是本发明人机交互界面所显示的曲线信息示意图；

图3是本发明所述步骤S10的具体流程图；

图4是本发明功率-速度模式的流程示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，所述非线性激光功率控制NC编程方法包括以下步骤：

步骤S10、在人机交互界面预定义多条功率曲线，并将所述多条功率曲线的信息转化为离散控制点信息存入系统配置文件中；

步骤S20、激光加工时，编译器对NC程序进行编译，通过解析调用字符后的曲线索引值找到系统配置文件中对应的功率曲线的离散控制点信息；

步骤S30、根据当前的输入参数值，结合从系统配置文件中找到的离散控制点信息，实时控制激光器的输出功率。

首先，在人机交互界面以图形的形式预定义加工过程中可能需要的多条功率曲线，进一步地，所述多条功率曲线具体包括峰值功率、激光束发射频率和占空比三类曲线；预定义的多条功率曲线的功率信息包括峰值功率、激光束发射频率和占空比。更进一步地，多条功率曲线是以图形的形式进行预定义。同时也可以定义不同的控制模式，所述多条功率曲线的控制模式定义为多种，如速度-功率模式、时间-功率模式、距离-功率模式等。其中，步骤S30中所述调用字符为NC程序中编写的特定的控制字符。

如图2所示，为人机交互界面所显示的曲线信息示意图，其中，横坐标代表速度、时间、距离等，纵坐标代表对应的具体的峰值功率值、占空比值和频率值。预定义可能需要的多条功率曲线后，将所述已定义的多条功率曲线的信息转化为离散控制点信息后存入系统配置文件中。

然后，编译器对NC程序进行编译，通过解析调用字符后的曲线索引值找到系统配置文件中对应的功率曲线的离散控制点信息。进一步地，步骤S20 中的所述曲线索引值是通过调用字符后的曲线索引号来解析得到的。

最后，根据当前的输入参数值，结合从系统配置文件中找到的离散控制点信息，实时控制激光器的输出功率。其中，所述当前的输入参数值包括插补速度值、时间、距离等。所述系统配置文件中的信息包括：各个离散控制点的横纵坐标值、功率控制模式等等。

以速度-功率模式为例进行说明，编写激光功率控制的NC程序，例如：

…

N100 G110 XO Y0 LID＝P1

…

共一行程序，定义了整个控制过程中的功率信息，极为简洁。其中，用 G110X0Y0来定义控制过程中的速度向量，此处表示使用X轴和Y轴的合速度作为控制变量中的速度因素；LID代表调用字符，P1代表曲线索引号，其值即曲线索引值，表示人机交互界面所显示的功率曲线号，LID＝P1表示加工到当前NC段时开始调用P1的值所对应的功率控制曲线。即，曲线索引号实际表示的是功率曲线的地址，通过读取地址内的功率曲线号即可调用此功率曲线，并可通过修改地址栏内的功率曲线号来实现对不同功率曲线的调用。

具体地，在NC程序编写中，直接调用对应的控制曲线索引号；在NC编译时，解析并读取调用字符LID后的曲线索引号P1及其对应的曲线索引值，具体是通过调用字符后的曲线索引号来解析得到曲线索引值的。然后根据得到的曲线索引值到系统配置文件中寻找真实的功率曲线的离散控制点信息，最终通过数控系统操控激光器的功率输出，实现激光加工。

在本实施例中，定义LID为调用字符，当然，在其他实施例中，也可以定义其它字符作为调用字符。

因在NC编程中只编写调用字符和曲线索引号，当界面修改曲线形态改变功率控制点时，只需在界面对应的地址栏修改功率曲线号，而不用去修改已经写好的NC程序，避免了对NC程序的二次修改，极大的降低了编程时间，有利于NC的阅读和维护，同时也极大的提高了生产效率。

进一步地，在本实施例中，步骤S10之前还包括：

编写NC程序；加载NC程序。

其中，在编写NC程序中，需预定义激光功率曲线调用字符，并直接调用调用字符后面的曲线索引号。编写和加载NC程序，为后续的程序编译和功率控制做好准备。

如图3所示，所述步骤S10具体包括：

步骤S11、在人机交互界面预定义多条功率曲线；

步骤S12、将所述多条功率曲线的信息转化为离散控制点信息；

步骤S13、将离散控制点信息存入系统配置文件中。

其中，将预定义的多条功率曲线离散化，得到多个离散控制点，并将多个离散控制点信息存入系统配置文件中，以便后续可以根据曲线索引值找到存储在其中的对应的功率曲线的离散控制点信息。

进一步地，步骤S20中解析调用字符后的曲线索引值之前还包括步骤：

判断字符是否为预定义的调用字符，当是时，则解析所述调用字符后的曲线索引值，当否时，则按照正常的程序进行编译处理。

若定义的调用字符为LID，则判断字符是否为LID，当是时，则解析LID 后的曲线索引号所对应的曲线索引值，来找到对应的功率曲线的离散控制点信息。当否时，则按照正常的程序进行编译处理。

如图4所示，为一种非线性激光功率控制NC编程方法的功率-速度模式的具体应用实施例，具体流程详见图示。

如果采用传统的NC定义控制点的方法，在NC程序中直接调用功率曲线号，那么在不同的情况下用户都需要去打开程序对功率曲线号做对应修改，然后再重新加载和编译，操作繁琐而浪费时间。本发明所述的非线性激光功率控制 NC编程方法，针对激光加工过程中的功率控制，通过在人机交互界面绘制曲线反映加工过程中期望的功率形式，所见即所得，从而代替传统的繁琐的NC 定义控制点方法，使编程更加简便易操作；在NC编程中只编写曲线索引号，当界面修改曲线形态改变功率控制点时，因为曲线索引号没有改变，从而避免了对NC的二次修改。另外，结合不同的控制模式及非线性控制，使得系统能够更方便的应用于不同的激光加工场合。

本发明还提供一种非线性激光功率控制系统，包括人机交互操作模块、系统处理模块和激光输出模块：

所述人机交互操作模块，用于在人机交互界面预定义多条功率曲线，并将所述多条功率曲线的信息转化为离散控制点信息存入系统配置文件中；

所述系统处理模块，用于编译器对NC程序进行编译，通过解析调用字符后的曲线索引值找到系统配置文件中对应的功率曲线的离散控制点信息；

所述激光输出模块，用于根据当前的输入参数值，结合从系统配置文件中找到的离散控制点信息，实时控制激光器的输出功率。其中，所述输入参数值包括速度、时间、距离等。

本发明通过在人机交互界面预定义所需要的多条功率曲线，在NC程序中预定义特定的调用字符和曲线索引号，并通过解析曲线索引号对应的曲线索引值即可找到对应的功率曲线的离散控制点信息，然后根据当前的输入参数值，结合找到的离散控制点信息，即可实时控制激光器的输出功率。从而，提供了一种适用性更广、编辑更便捷的非线性激光功率控制NC编程方法，代替了常规的NC代码定义激光功率控制点的方式，避免了用户进行复杂的NC程序编写，同时可以很形象的看到加工过程中的控制信息。配合不同的控制模式，以及灵活的功率信息设置，可以更方便的适应于不同的加工场合，如厚薄板、拐角的切割、焊接，以及穿孔等。整个控制过程的控制方式是以界面所见的曲线来代表整个控制过程中的功率输出形式，一旦修改，所见即所得，操作极为简便，杜绝了NC定义功率出错的现象。针对不同加工过程和场合，无需每次修改程序，只需在人机交互界面上修改对应的功率曲线索引值即可，操作极为简便，减少了编程时间，有利于NC的阅读和维护，同时也极大的提高了生产效率。

本发明还提供了另外一种较佳实施例：利用NC程序进行多个功率控制点的定义的方法。如8000W的激光器，用0-10V电压表示0-8000W激光功率。即通过定义输出电压即可得到对应的输出功率。速度控制模式举例说明如下：

F表示速度，单位为mm/min；V表示电压，单位为mv：

N10 G110 F1000 V1000(表示F≤1000mm/min时的输出电压为1000mV，输出功率由具体选用的激光器的功率大小决定)

N20 G110 F2000 V1800(表示F＝2000mm/min时的输出电压为1.8V，输出功率由具体选用的激光器的功率大小决定)

N30 G110 F5000 V5000(表示F＝5000mm/min时的输出电压为5V，输出功率由具体选用的激光器的功率大小决定)

N40 G110 F20000 V8000(表示F≥20m/min时的输出电压为8V，输出功率由具体选用的激光器的功率大小决定)

中间的其它点可以按照线性来处理或者提前定义好一个数学公式来进行差值计算。

作为本实施例的另一种替代方案，也可以直接省略NC，利用数学公式定义功率输出。例如，直接输入数学公式，如Y＝4X^3+2X^2-5X+6之类的，其中， X表示速度、或时间、或距离等，Y表示输出电压。根据当前的输入参数值，即可通过公式得到对应的输出电压，进而根据选用的激光器规格得到对应的输出功率。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种非线性激光功率控制NC编程方法，包括以下步骤：

步骤A、在人机交互界面预定义多条功率曲线，并将所述多条功率曲线的信息转化为离散控制点信息存入系统配置文件中；

步骤B、编译器对NC程序进行编译，通过解析调用字符后的曲线索引值找到系统配置文件中对应的功率曲线的离散控制点信息；

步骤C、根据当前系统的输入参数值，结合从系统配置文件中找到的离散控制点信息，实时控制激光器的输出功率。

2.根据权利要求1所述的非线性激光功率控制NC编程方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：

步骤A1、在人机交互界面预定义多条功率曲线；

步骤A2、将所述多条功率曲线的信息转化为离散控制点信息；

步骤A3、将离散控制点信息存入系统配置文件中。

3.根据权利要求1所述的非线性激光功率控制NC编程方法，其特征在于，步骤B之前还包括：

编写NC程序；

加载NC程序。

4.根据权利要求3所述的非线性激光功率控制NC编程方法，其特征在于，在编写NC程序中，预定义激光功率曲线调用字符。

5.根据权利要求1所述的非线性激光功率控制NC编程方法，其特征在于，步骤B中的曲线索引值是通过调用字符后的曲线索引号来解析得到的。

6.根据权利要求1所述的非线性激光功率控制NC编程方法，其特征在于，步骤B中解析调用字符后的曲线索引值之前还包括步骤：

判断字符是否为预定义的调用字符，当是时，则解析所述调用字符后的曲线索引值；当否时，则按照正常的程序进行编译处理。

7.根据权利要求1所述的非线性激光功率控制NC编程方法，其特征在于，所述步骤A中的多条功率曲线是以图形的形式进行预定义。

8.根据权利要求1所述的非线性激光功率控制NC编程方法，其特征在于，所述步骤A中预定义的多条功率曲线的功率信息包括峰值功率、激光束发射频率和占空比。

9.根据权利要求1所述的非线性激光功率控制NC编程方法，其特征在于，所述多条功率曲线的控制模式定义为多种。

10.一种非线性激光功率控制系统，包括：

人机交互操作模块，用于在人机交互界面预定义多条功率曲线，并将所述多条功率曲线的信息转化为离散控制点信息存入系统配置文件中；

系统处理模块，用于编译器对NC程序进行编译，通过解析调用字符后的曲线索引值找到系统配置文件中对应的功率曲线的离散控制点信息；

激光输出模块，用于根据当前的输入参数值，结合从系统配置文件中找到的离散控制点信息，实时控制激光器的输出功率。