CN109976256B - 一种激光焊接模拟量的控制方法及其控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焊接模拟量的控制方法及其控制模块，控制方法包括：步骤A、启动时初始化，获取机床参数和机床的状态值；步骤B、根据机床的状态值判断CNC的模式和插补类型，根据机床参数计算当前图元的剩余路径和位置；步骤C、根据设置的缓升和缓降的距离大小来控制激光开关光的位置，根据插补类型控制对应激光能量输出的比例大小。即可在图元切割结束之前按照设置的距离进行缓降缓升，在工艺上满足客户的要求。

Description

一种激光焊接模拟量的控制方法及其控制模块

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种激光焊接模拟量的控制方法及其控制模块。

背景技术

现工控技术行业，机床的设计已趋向数控和智能的方向发展，产品的生产也基本上实现全自动化生产，工艺精度上的要求也更加严格。为了达到这些要求就必须告别传统的工业模式，通过创新出现了CNC（Computer Number Control，电脑数字控制，简称数控）控制。CNC是机床的控制核心，里面集成了CNC算法、数控路径插补算法、数学微积分算法等复杂的公式，这一系列的算法能实现数控技术并在制造行业上得到很好的应用。

但是，现有的CNC技术无法控制激光能量从一开始就按照设定的距离大小进行爬升，也无法在图元切割结束之前按照设置的距离进行缓降，在工艺上达不到客户要求。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种激光焊接模拟量的控制方法及其控制模块，以解决现有CNC技术不能在图元切割结束之前按照设置的距离进行缓降的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种激光焊接模拟量的控制方法，其包括：

步骤A、启动时初始化，获取机床参数和机床的状态值；

步骤B、根据机床的状态值判断CNC的模式和插补类型，根据机床参数计算当前图元的剩余路径和位置；

步骤C、根据设置的缓升和缓降的距离大小来控制激光开关光的位置，根据插补类型控制对应激光能量输出的比例大小。

所述的激光焊接模拟量的控制方法中，所述步骤A具体包括：

步骤A1、启动时进行初始化并读取机床参数；

步骤A2、获取机床的状态值并输出；

步骤A3、判断状态值的正负号并确定当前电流的流向和电流参数。

所述的激光焊接模拟量的控制方法中，所述步骤B具体包括：

步骤B1、根据机床的状态值判断当前CNC的模式是否为自动运行模式：是则执行步骤B2，否则暂停预设时间；

步骤B2、判断当前的CNC插补类型是直线插补还是圆弧插补，若是直线插补则启动驱动器并执行驱动程序，若是圆弧插补则清除当前缓冲区内存；

步骤B3、启动CNC插补环并判断当前CNC的模式是否为自动运行模式，是则执行步骤B4，否则暂停预设时间；

步骤B4、判断当前的CNC插补类型是直线插补还是圆弧插补：若是直线插补则获取新位置并缓存，若是圆弧插补则暂停预设时间。

所述的激光焊接模拟量的控制方法中，在所述步骤B2中，CNC的内部插补环中设置一译码器，用于读取对应的G代码并根据G代码判断是直线插补还是圆弧插补。

所述的激光焊接模拟量的控制方法中，在所述步骤B2中，启动驱动器后还判断驱动器对应的程序行是否结束，结束后清除当前缓冲区内存。

所述的激光焊接模拟量的控制方法中，所述步骤C具体包括：

步骤C1、根据当前执行的指令代码判断是否有扩展主轴的S轴的指令存在，是则启动主轴，获取并输出主轴电压后执行步骤C2；否则直接执行步骤C2；

步骤C2，清除机床位置的缓冲区，设置机床的位置并转换设定至机器中，根据当前CNC的模式执行对应的程序；

步骤C3、对周期内的缓冲区进行转换；

步骤C4、与驱动器建立通讯连接，判断激光的控制信号是否开启：若开启则执行步骤C5，没有开启则返回步骤A2；

步骤C5、激活激光控制并输出控制激光模拟量。

所述的激光焊接模拟量的控制方法中，在所述步骤C2中，所述根据当前CNC的模式执行对应的程序具体包括：

判断当前CNC的模式是否为自动运行模式，不是则执行步骤C3，是则判断当前指令的程序段是否是结束段；

不是结束段则执行步骤C3，是结束段则判断当前缓冲区里面的程序段是否是新的程序段；

不是新的程序段则执行步骤C3，是新的程序段则结束CNC插补环循环，接收从解释环输送过来的字符串并进行解析。

一种用于实现所述的激光焊接模拟量的控制方法的控制模块，其包括：获取单元、判断单元和控制单元；

获取单元，用于启动时初始化，获取机床参数和机床的状态值；

判断单元，用于根据机床的状态值判断CNC的模式和插补类型，根据机床参数计算当前图元的剩余路径和位置；

控制单元，用于根据设置的缓升和缓降的距离大小来控制激光开关光的位置，根据插补类型控制对应激光能量输出的比例大小。

相较于现有技术，发明提供的激光焊接模拟量的控制方法及其控制模块中，控制方法包括：步骤A、启动时初始化，获取机床参数和机床的状态值；步骤B、根据机床的状态值判断CNC的模式和插补类型，根据机床参数计算当前图元的剩余路径和位置；步骤C、根据设置的缓升和缓降的距离大小来控制激光开关光的位置，根据插补类型控制对应激光能量输出的比例大小。即可在图元切割结束之前按照设置的距离进行缓降缓升，在工艺上满足客户的要求。

附图说明

图1为本发明提供的激光焊接模拟量的控制方法的流程图；

图2为本发明提供的激光焊接模拟量的控制方法的原理流程图；

图3为本发明提供的激光焊接模拟量的控制模块的结构框图。

图4为本发明提供的机床轴的坐标系图。

具体实施方式

本发明提供一种激光焊接模拟量的控制方法及其控制模块，可在焊接的过程中随意的切换参数组，实现智能焊接跟随功能。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，其为本发明实施例提供的一种激光焊接模拟量的控制方法的流程图。如图1所示，所述控制方法包括以下步骤：

S10、启动时初始化，获取机床参数和机床的状态值；

S20、根据机床的状态值判断CNC的模式和插补类型，根据机床参数计算当前图元的剩余路径和位置；

S30、根据设置的缓升和缓降的距离大小来控制激光开关光的位置，根据插补类型控制对应激光能量输出的比例大小。

请一并参阅图2，在所述步骤S10中，CNC软件启动时先进行初始化，激活自定义的启动响应事件E_START（该事件是当CNC启动时首个响应的事件，用于告知整个软件平台CNC软件已经启动）。CNC软件启动时需要对机床参数进行读取，则在启动响应事件E_START下再激活参数读取事件E_APPL_DATA，将设置好的机床参数读取出来进行计算以满足CNC软件执行需要的功能。

在可视化的机床参数的表格中定义了三个参数变量接口，一个用于设置缓升的距离，一个用于设置缓降的距离，最后一个用于设置是否要使用缓升和缓降的功能。CNC重启后即可根据这些数据计算出需要输出的激光能量大小是多少。在CNC内部开发一个binding（绑定）接口（一个dll文件），通过这个binding接口与CNC进行连接，即可将CNC的NC位置指令输出重新进行计算和输出。

执行循环事件E_S450，循环相关事件，在循环中过滤字符串。本实施例是从获取事件E_POSPROC_VALUES开始执行，直至结尾后返回再次执行获取事件E_POSPROC_VALUES，以此循环直至关机或检测到暂停指令时停止循环。

执行获取事件E_POSPROC_ALUES获取机床的状态值（包括机床的实际位置、机床每个轴的轴电压和每个轴的滞后值，并执行快速输出事件E_FAST_OUTPUT输出给确认事件E_S2000；确认事件E_S2000根据得到的状态值（实际位置、轴电压和滞后值）判断对应状态值的正负号并确定当前电流的流向和电流大小，这是在确认事件E_S2000内部计算完成的，通过上位机（CNC）给的坐标正负值，计算出伺服需要提供的电流的方向和电流大小。

本实施例中，所述步骤S20具体包括：

步骤210、根据机床的状态值判断当前CNC的模式是否为自动运行模式（由模式判断事件Mode Automatic执行）：是则执行步骤220，否则暂停预设时间（由暂停事件E_S3000执行，该事件表示中暂停一个周期，一个周期为2ms）；

步骤220、判断当前的CNC插补类型是直线插补还是圆弧插补（由类型判断事件IPOType，Linear，Circular执行），若是直线插补(Linear)，则启动驱动器并执行驱动程序，若是圆弧插补则清除当前缓冲区内存（由清除事件E_S2500执行）。

本步骤中，在CNC的内部插补环中设置有对应的译码器，将对应的G代码（G代码就是数控CNC的程序指令，使用此指令可以实现电机的快速定位，顺逆圆或者圆弧的插补，直线插补等加工）读取到并判断出是直线插补还是圆弧插补。由于图元不同因此对应的插补类型也不相同，最后输出的速度和激光能量也要对应匹配才能达到工艺上的要求。

CNC内部根据内部的binding（此binding是前面提到的binding接口，用于读取G代码并判断出是直线还是圆弧插补）自动获取到当前CNC的运行的插补类型是直线还是圆弧，如果是直线，则直接使用100%的能量功率输出激光，如果是圆弧则使用根据运行的速度大小来正比例的输出能量功率。这些步骤都是先进行判断，然后保存判断的结果，在最后的计算输出事件E_LASER_VOLTAGE中完成。

启动驱动器（由驱动器启动事件E_SERVODYN_START执行）后还需判断驱动器对应的程序行是否结束（即驱动器需要执行的程序是否结束，由结束判断事件G08 End of blk执行），结束则激活程序结束行事件E_G08_END告知程序行结束，结束驱动（由驱动器结束事件E_SDRVODYN_END执行）后清除当前缓冲区内存。

步骤230、启动CNC插补环（由CNC插补环启动事件E_IPO_START执行）并判断当前CNC的模式是否为自动运行模式（由模式判断事件Mode Automatic执行），是则执行步骤240，否则暂停预设时间（由暂停事件E_S3000执行）；

根据步骤S10中获取的机床参数计算下一步需要插补的坐标，在解释环2毫秒内预读到一个图元的开始和结束路径代码后，将代码传送到插补环中，然后在插补环中计算插补的路径长度，在长度的比例关系中寻找开始和结束的设置距离长度。计算出来的结果在最后的电压输出事件E_LASER_VOLTAGE（此事件为控制激光模拟量电压输出）下输出。通过对设置好的机床参数进行输出电压的相关计算即可使CNC软件执行所需的功能。

步骤240、判断当前的CNC插补类型是直线插补还是圆弧插补（由类型判断事件IPOType，Linear，Circular执行）：若是直线插补(Linear)则获取新位置并缓存，若是圆弧插补则暂停预设时间。

本步骤中，为直线插补（Linear）时，接收驱动器反馈的新的位置坐标（由新位置事件E_NEW_POS执行）并将当前的新位置进行缓存（由缓存事件E_MIRROR执行），然后执行步骤E_S3000（循环相关事件，在循环中过滤字符串）。新位置事件E_NEW_POS接收到编码器反馈的坐标后（编码器是安装在电机上的一个位置反馈装置，是可以直接将电机转的圈数转换成电信号反馈回CNC中），CNC可以计算出这个电信号的数字量，即自动计算出当前图元的剩余路径和位置，然后转换成坐标显示。新位置事件E_NEW_POS再根据自行设置的缓升和缓降距离大小来控制激光开关光的位置。

本实施例中，所述步骤S30具体包括：

步骤310、根据当前执行的G代码判断是否有扩展主轴的S轴的指令存在，（由主轴判断事件Spindle expansion执行），是则启动主轴（E_SPINDLE_START，主轴启动事件执行），获取并输出主轴电压（由主轴电压输出事件E_SPINDLE_VOLTAGE执行）后执行步骤320；否则直接执行步骤320；。

步骤320、清除机床位置的缓冲区，设置机床的位置并转换设定至机器中，根据当前CNC的模式执行对应的程序。

其中，清除机床位置（机床位置是需要电机的转动才能知道的，每个电机在机床上都需要定义一个轴的名字，这个名字需要在CNC上设置和对应好，如图4所示，X、Y、Z、A对应就是轴的名字，而画的坐标系图就是对应机床每个轴对应的安装位置）的缓冲区由位置清除事件E_S31C0执行，且此事件在设置机床位置之前以及位置控制器连接之前执行。设置机器位置由位置开始事件E_MACH_POS_START执行，从CNC数控系统内部设置好了相关的位置（G代码中给的指令位置），在这个过程中任何一个点都会用相对的工件坐标系进行计算，得到当前的位置。转换设定至机床中由位置设置事件E_MACH_POS_SET执行，此事件表示机床的位置已经转换并且已经设定到机床中的位置和速度。位置完成事件E_MACH_POS_END表示位置设置完成，并且更正了包括集合中的机器位置，转让事件E_S320可以放在两个位置之间（两个位置是指转换之前的G代码中给的指令位置和转换后的机床位置）控制着通信和数控模块的转让。数控模块的转让是在CNC系统中有轴模块，模块不止一块，有多块，机床位置是需要进行反馈到CNC系统中，接收此反馈的机床位置是在轴模块中完成接收的，但是一个轴模块中最多限制是4个轴口，而机床位置的反馈可能是超过4个轴的，所以需要判断当前反馈的机床位置需要哪个模块接收。

所述根据当前CNC的模式执行对应的程序具体包括：

先执行模式判断事件Mode Automatic来判断当前CNC的模式是否为自动运行模式，不是则执行步骤330，是则执行程序段判断事件End of block来判断当前指令的程序段是否是结束段，不是结束段则执行步骤330，是结束段则执行缓冲新段判断事件New blockIn blk buffer来判断当前缓冲区里面的程序段是否是新的程序段，不是新的程序段则执行步骤330；是新的程序段则执行插补环结束事件E_S3300 来结束CNC插补环循环的逻辑，接收从IPR（CNC中的解释环，对需要执行的NC指令进行解释，或者将指令中对应的信息提取出来，然后输出）输送过来的字符串并进行解析（由缓存复制事件执行E_COPY_FROM_SBUFFER）。

步骤330、对周期内的缓冲区进行转换（由转换事件E_TRANSFER执行）；

本步骤是对每个周期的预读、当前激活、过去的字符串缓冲进行转换。

步骤340、与驱动器建立通讯连接（由通讯事件E_SERVO_BASIS_COM执行，表示驱动器的基本通讯成功连接），判断激光的控制信号是否开启（由激光判断事件LaserExpansion执行）：若开启则执行步骤350，没有开启则返回步骤S10中的循环事件E_S450。

步骤350、激活激光控制（由激光启动事件E_LASER_START执行）并输出控制激光模拟量（由激光电压事件E_LASER_VOLTAGE执行，根据判断出的插补的类型是直线类型还是圆弧类型来控制不同的激光能量的比例输出）。

当执行加工程序时，在处理相关的指令后，需要在事件E_LASER_START和E_LASER_VOLTAGE中执行能量的变化时，则根据读取到的机床参数值（缓升缓降的距离）进行能量的线性变化

在整个CNC的控制中，事件的循环编译和插补的计算是需要不停的运转和接收新的字符串来进行解析，解析后的数据输送到伺服驱动器中来控制电机的正常运转。从循环事件E_S450开始，整个周期处于循环工作，每个周期的大小为2ms（此为CNC内部的插补计算周期），前面的E_START/E_APPL_DATA事件是不需要进行循环的，输出CNC软件启动时的初始化事件，这样做的好处是能保证CNC在工作的时候，不需要多花时间去实时的读取客户参数，客户一次性设置好参数之后，便可以完整的进行操作和加工材料。

每一个事件就是一个CNC开放的接口，这种技术能满足市场上客户的要求，当客户要求自己也能进行二次开发的时候，客户可以编写自己的工艺相关控制，通过这些事件的接口来与CNC进行通讯和计算，这样就达到了开源的性质，从而能使系统更多的应用。

需要理解的是，上述的各个事件相当于预先设置的程序，执行任一事件即调用该程序，相同程序的事件可以多次调用。

基于上述的激光焊接模拟量的控制方法，本发明还提供一种激光焊接模拟量的控制模块，请一并参阅图3，所述控制模块包括：获取单元31、判断单元32和控制单元33（此3个单元的功能都是在CNC中完成的，与插补环和解释环相应连接，如获取单元连接解释环完成相应功能，判断单元和控制单元均连接插补环完成相应功能；在插补环中需要获取设置的值，判断设置的值和控制激光能量的输出，与编码器和其他的器件没有直接的关系）；所述获取单元31用于启动时初始化，获取机床参数和机床的状态值；判断单元32用于根据机床的状态值判断CNC的模式和插补类型，根据机床参数计算当前图元的剩余路径和位置；控制单元33用于根据设置的缓升和缓降的距离大小来控制激光开关光的位置，根据插补类型控制对应激光能量输出的比例大小。

综上所述，本发明提供的一种激光焊接模拟量的控制方法及其控制模块中，能实现插补环中控制激光能量功率的变化，很好的满足焊接机对焊接的工艺需求，实现软控制工艺，可以对螺旋形图形、圆形、直线等图形实现客户想要的工艺要求。插补周期短（2毫秒）、预读速度快（2毫秒）、剩余路径计算的误差小于0.0001；可在焊接的过程中随意的切换参数组，实现智能的焊接跟随功能；还可结合CCD功能，实时抓取焊接的效果，并且自动进行计算误差修正。

当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件（如处理器，控制器等）来完成，所述程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种激光焊接模拟量的控制方法，其特征在于，包括：

步骤A、启动时初始化，获取机床参数和机床的状态值；

步骤B、根据机床的状态值判断CNC的模式和插补类型，根据机床参数计算当前图元的剩余路径和位置；

步骤C、根据设置的缓升和缓降的距离大小来控制激光开关光的位置，根据插补类型控制对应激光能量输出的比例大小；插补类型是直线，则使用100%的能量功率输出激光，插补类型是圆弧则使用根据运行的速度大小来正比例的输出能量功率。

2.根据权利要求1所述的激光焊接模拟量的控制方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：

步骤A1、启动时进行初始化并读取机床参数；

步骤A2、获取机床的状态值并输出；

步骤A3、判断状态值的正负号并确定当前电流的流向和电流参数。

3.根据权利要求2所述的激光焊接模拟量的控制方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

步骤B1、根据机床的状态值判断当前CNC的模式是否为自动运行模式：是则执行步骤B2，否则暂停预设时间；

步骤B2、判断当前的CNC插补类型是直线插补还是圆弧插补，若是直线插补则启动驱动器并执行驱动程序，若是圆弧插补则清除当前缓冲区内存；

步骤B3、启动CNC插补环并判断当前CNC的模式是否为自动运行模式，是则执行步骤B4，否则暂停预设时间；

步骤B4、判断当前的CNC插补类型是直线插补还是圆弧插补：若是直线插补则获取新位置并缓存，若是圆弧插补则暂停预设时间。

4.根据权利要求3所述的激光焊接模拟量的控制方法，其特征在于，在所述步骤B2中，CNC的内部插补环中设置一译码器，用于读取对应的G代码并根据G代码判断是直线插补还是圆弧插补。

5.根据权利要求3所述的激光焊接模拟量的控制方法，其特征在于，在所述步骤B2中，启动驱动器后还判断驱动器对应的程序行是否结束，结束后清除当前缓冲区内存。

6.根据权利要求3所述的激光焊接模拟量的控制方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

步骤C1、根据当前执行的指令代码判断是否有扩展主轴的S轴的指令存在，是则启动主轴，获取并输出主轴电压后执行步骤C2；否则直接执行步骤C2；

步骤C2，清除机床位置的缓冲区，设置机床的位置并转换设定至机器中，根据当前CNC的模式执行对应的程序；

步骤C3、对周期内的缓冲区进行转换；

步骤C4、与驱动器建立通讯连接，判断激光的控制信号是否开启：若开启则执行步骤C5，没有开启则返回步骤A2；

步骤C5、激活激光控制并输出控制激光模拟量。

7.根据权利要求6所述的激光焊接模拟量的控制方法，其特征在于，在所述步骤C2中，所述根据当前CNC的模式执行对应的程序具体包括：

判断当前CNC的模式是否为自动运行模式，不是则执行步骤C3，是则判断当前指令的程序段是否是结束段；

不是结束段则执行步骤C3，是结束段则判断当前缓冲区里面的程序段是否是新的程序段；

不是新的程序段则执行步骤C3，是新的程序段则结束CNC插补环循环，接收从解释环输送过来的字符串并进行解析。

8.一种用于实现权利要求1所述的激光焊接模拟量的控制方法的控制模块，其特征在于，包括：获取单元、判断单元和控制单元；

获取单元，用于启动时初始化，获取机床参数和机床的状态值；

判断单元，用于根据机床的状态值判断CNC的模式和插补类型，根据机床参数计算当前图元的剩余路径和位置；

控制单元，用于根据设置的缓升和缓降的距离大小来控制激光开关光的位置，根据插补类型控制对应激光能量输出的比例大小。

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