CN110597784A - 一种建立激光切割能耗特征数据库的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，包括以下步骤：步骤一：将激光切割机、泵机、抽风机的总电源接入220V型能耗采集装置进行能耗数据采集，获得功率曲线；步骤二：获得稳定参数能耗；步骤三：获得变参数能耗的标准值；步骤四：获得变参数能耗的变化系数；步骤五：获得节点特征能耗的标准值；步骤六：获得节点特征能耗的变化系数。本发明能够实现激光切割的能耗基础数据的获取，从而为能耗预测、节能优化、加工策略等研究奠定基础。

Description

一种建立激光切割能耗特征数据库的方法
【技术领域】
本发明涉及激光切割能耗的技术领域，特别是建立激光切割能耗特征数据库的方法的技术领域。
【背景技术】
激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。随着光束与工件相对位置的移动，最终使材料形成切缝，从而达到切割的目的。
激光切割加工是用不可见的光束代替了传统的机械刀，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于传统的金属切割工艺设备。激光刀头的机械部分与工件无接触，在工作中不会对工件表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工；切割热影响区小，板材变形小，切缝窄(0.1mm-0.3mm)；切口没有机械应力，无剪切毛刺；加工精度高，重复性好，不损伤材料表面；数控编程，可加工任意的平面图，可以对幅面很大的整板切割，无需开模具，经济省时。
为了能在事前进行切割能耗的准确预测，需要对激光切割的各部分的能耗特点进行获得，并对基础数据进行获取，建立数据库。从而可便于能耗预测使用。同时，基于该数据库，还可以进行节能优化、加工策略等方面的研究。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，能够实现激光切割的能耗基础数据的获取，从而为能耗预测、节能优化、加工策略等研究奠定基础。
为实现上述目的，本发明提出了一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，包括以下步骤：
步骤一：将激光切割机、泵机、抽风机的总电源接入220V型能耗采集装置进行能耗数据采集，获得功率曲线；
步骤二：获得稳定参数能耗：所述稳定参数包括水泵能耗、抽风机能耗、吹气风机能耗、激光切割机待机能耗；
步骤三：获得变参数能耗的标准值：变参数能耗包括X轴移动标准能耗、Y轴移动标准能耗、Z轴移动标准能耗、弧形移动标准能耗、斜线移动标准能耗、激光标准能耗、旋转辅助器旋转标准能耗；
步骤四：获得变参数能耗的变化系数：变参数能耗的变化系数包括X轴移动速度系数、Y轴移动速度系数、Z轴移动速度系数、曲率系数、斜率系数、激光比例系数、激光扫描系数、旋转辅助器转速系数；
步骤五：获得节点特征能耗的标准值：节点特征能耗包括转角特征能耗、加速特征能耗、启动特征能耗；
步骤六：获得节点特征能耗的变化系数：节点特征能耗的变化系数包括角度变化系数、速度变化系数、启动幅度系数。
作为优选，所述步骤一中的220V型能耗采集装置包括电压传感器、电流传感器、数据采集卡；所述步骤一中的能耗数据包括电压数据、电流数据。
作为优选，所述步骤一中的220V型能耗采集装置进行能耗数据采集的步骤为：
步骤11：激将光切割机、泵机、抽风机的总电源的进线和出线接入到220V型能耗采集装置的进线和出线上；
步骤12：获取单路实时电压-时间曲线、实时电流-时间曲线；
步骤13：获得实时功率-时间曲线：实时功率为实时电压与实时电流的积；
步骤14：获得实时能耗-时间曲线：实时能耗为实时功率对时间的积分。
作为优选，所述步骤二中的稳定参数能耗的获得通过单变量实验法，实验的具体步骤为：
步骤21：功率曲线基本水平时，标记此时所稳定的功率值为P1；
步骤22：触发需要测的稳定参数能耗所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P2；
步骤23：则单位时间的该稳定参数的能耗为ED1＝(P2-P1)·tD，其中tD为单位时间，tD为1s。
作为优选，所述步骤三中的变参数能耗的获得通过单因定数值实验法，实验的具体步骤为：
步骤31：功率曲线基本水平时，标记此时所稳定的功率值为P3；
步骤32：以变参数的标准定值触发需要测的变参数能耗所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P4；
步骤33：则单位时间的该变参数的标准能耗为ESD3＝(P4-P3)·tD，其中tD为单位时间，tD为1s。
作为优选，所述步骤四中的变参数能耗的变化系数的获得通过单因定数值实验法，实验的具体步骤为：
步骤41：功率曲线基本水平时，标记此时所稳定的功率值为P5；
步骤42：以变参数的标准定值触发需要测的变参数能耗所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P6；
步骤43：改变变参数为数值A，触发数值A的变参数值所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P7；
步骤44：获得数值A下的变参数能耗的变化系数为
作为优选，所述步骤五中的节点特征能耗的获得步骤为：
步骤51：功率曲线基本水平后，以节点特征前的参数触发所对应的事件，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P8；
步骤52：功率曲线基本水平后，重新以节点特征后的参数触发所对应的事件，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P9；
步骤53：实测节点特征的标准变化，获得节点特征的持续时间TCC及该持续时间内的能耗ECC；
步骤54：获得节点特征能耗的标准值为
作为优选，所述步骤六中的节点特征能耗的变化系数的获得步骤为：
步骤61：实测获得节点特征能耗的标准值下的能耗值为EC1；
步骤62：实测获得变化参数B下的节点特征能耗的能耗值为EC2；
步骤63：获得该变化参数B下的节点特征能耗的变化系数为
本发明的有益效果：本发明能够实现激光切割的能耗基础数据的获取，从而为能耗预测、节能优化、加工策略等研究奠定基础。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明一种建立激光切割能耗特征数据库的方法的方法流程图。
【具体实施方式】
参阅图1，本发明，包括以下步骤：
步骤一：将激光切割机、泵机、抽风机的总电源接入220V型能耗采集装置进行能耗数据采集，获得功率曲线；
步骤二：获得稳定参数能耗：所述稳定参数包括水泵能耗、抽风机能耗、吹气风机能耗、激光切割机待机能耗；
步骤三：获得变参数能耗的标准值：变参数能耗包括X轴移动标准能耗、Y轴移动标准能耗、Z轴移动标准能耗、弧形移动标准能耗、斜线移动标准能耗、激光标准能耗、旋转辅助器旋转标准能耗；
步骤四：获得变参数能耗的变化系数：变参数能耗的变化系数包括X轴移动速度系数、Y轴移动速度系数、Z轴移动速度系数、曲率系数、斜率系数、激光比例系数、激光扫描系数、旋转辅助器转速系数；
步骤五：获得节点特征能耗的标准值：节点特征能耗包括转角特征能耗、加速特征能耗、启动特征能耗；
步骤六：获得节点特征能耗的变化系数：节点特征能耗的变化系数包括角度变化系数、速度变化系数、启动幅度系数。
具体的，所述步骤一中的220V型能耗采集装置包括电压传感器、电流传感器、数据采集卡；所述步骤一中的能耗数据包括电压数据、电流数据。
具体的，所述步骤一中的220V型能耗采集装置进行能耗数据采集的步骤为：
步骤11：激将光切割机、泵机、抽风机的总电源的进线和出线接入到220V型能耗采集装置的进线和出线上；
步骤12：获取单路实时电压-时间曲线、实时电流-时间曲线；
步骤13：获得实时功率-时间曲线：实时功率为实时电压与实时电流的积；
步骤14：获得实时能耗-时间曲线：实时能耗为实时功率对时间的积分。
具体的，所述步骤二中的稳定参数能耗的获得通过单变量实验法，实验的具体步骤为：
步骤21：功率曲线基本水平时，标记此时所稳定的功率值为P1；
步骤22：触发需要测的稳定参数能耗所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P2；
步骤23：则单位时间的该稳定参数的能耗为ED1＝(P2-P1)·tD，其中tD为单位时间，tD为1s。
具体的，所述步骤三中的变参数能耗的获得通过单因定数值实验法，实验的具体步骤为：
步骤31：功率曲线基本水平时，标记此时所稳定的功率值为P3；
步骤32：以变参数的标准定值触发需要测的变参数能耗所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P4；
步骤33：则单位时间的该变参数的标准能耗为ESD3＝(P4-P3)·tD，其中tD为单位时间，tD为1s。
具体的，所述步骤四中的变参数能耗的变化系数的获得通过单因定数值实验法，实验的具体步骤为：
步骤41：功率曲线基本水平时，标记此时所稳定的功率值为P5；
步骤42：以变参数的标准定值触发需要测的变参数能耗所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P6；
步骤43：改变变参数为数值A，触发数值A的变参数值所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P7；
步骤44：获得数值A下的变参数能耗的变化系数为
具体的，所述步骤五中的节点特征能耗的获得步骤为：
步骤51：功率曲线基本水平后，以节点特征前的参数触发所对应的事件，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P8；
步骤52：功率曲线基本水平后，重新以节点特征后的参数触发所对应的事件，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P9；
步骤53：实测节点特征的标准变化，获得节点特征的持续时间TCC及该持续时间内的能耗ECC；
步骤54：获得节点特征能耗的标准值为
具体的，所述步骤六中的节点特征能耗的变化系数的获得步骤为：
步骤61：实测获得节点特征能耗的标准值下的能耗值为EC1；
步骤62：实测获得变化参数B下的节点特征能耗的能耗值为EC2；
步骤63：获得该变化参数B下的节点特征能耗的变化系数为
本发明工作过程：
本发明一种建立激光切割能耗特征数据库的方法在工作过程中，结合附图进行说明。
220V型能耗采集装置包括电压传感器、电流传感器、数据采集卡，220V型能耗采集装置内设有空开，激将光切割机、泵机、抽风机的总电源的进线和出线接入到220V型能耗采集装置的进线和出线上，从而利用装置的空开，使得线路能经过传感器检测其实时电流、电压。
实例所对应设备为CM1309型激光切割机，工作幅面为1300mm*900mm*210mm，切割速度≤4800cm/min。
稳定参数的获得，例如水泵能耗的获得步骤为：其他条件不变，功率曲线稳定的情况下，打开水泵主机，直至所获得的功率曲线再次基本水平，功率曲线所稳定的功率值为水泵能耗实验功率PWp，实验记录时间为水泵能耗稳定后的实验时间TWp，则单位时间水泵能耗为
变参数的获得，例如X轴移动标准能耗的获得步骤为：其他条件不变，功率曲线稳定的情况下，让激光切割机按照标准速度100mm/s进行X轴移动，直至所获得的功率曲线再次基本水平，功率曲线所稳定的功率值为X轴移动能耗实验功率PX-m，实验记录时间为X轴移动能耗稳定后的实验时间TX-m，则单位时间的X轴移动标准能耗为
变参数能耗的变化系数的获得，例如X轴移动速度系数的获得步骤为：其他条件不变，功率曲线稳定的情况下，获得该稳定的功率为Ps1，让激光切割机按照标准速度100mm/s进行X轴移动，直至所获得的功率曲线再次基本水平，功率曲线所稳定的功率值为X轴移动能耗实验功率PX-m；让激光切割机按照速度50mm/s进行X轴移动，直至所获得的功率曲线再次基本水平，功率曲线所稳定的功率值为50mm/s速度下的X轴移动能耗实验功率PX-m-50；则50mm/s速度下的X轴移动速度系数为激光比例系数、激光扫描系数在激光切割软件RDWorksV8上设置，与X轴移动速度系数的获得方法类似。
节点特征能耗包括转角特征能耗、加速特征能耗、启动特征能耗，两个不同事件之间的短暂变化过程，即可称之为节点特征。节点特征能耗的获得，例如X轴与Y轴直角切换的转角特征能耗的获得步骤为：其他条件不变，功率曲线稳定的情况下，让激光切割机按照标准速度100mm/s进行X轴移动，直至所获得的功率曲线再次基本水平，功率曲线所稳定的功率值为X轴移动能耗实验功率PX-m；同样地，让激光切割机按照标准速度100mm/s进行Y轴移动，直至所获得的功率曲线再次基本水平，功率曲线所稳定的功率值为Y轴移动能耗实验功率PY-m；让激光切割机按照标准速度100mm/s进行X轴与Y轴直角切换移动，即为走直角，实验获得X轴与Y轴直角切换的转角特征持续时间为TCC-X-Y-90，对该时间内的功率曲线对时间积分，获得X轴与Y轴直角切换的转角特征持续能耗为ECC-X-Y-90；则X轴与Y轴直角切换的转角特征能耗为
节点特征能耗的变化系数包括角度变化系数、速度变化系数，例如角度变化系数的获得，X轴直线转动60度的角度变化系数的获得步骤为：先通过上述X轴与Y轴直角切换的转角特征能耗的获得实验；再让激光切割机按照标准速度100mm/s进行X轴直线转动60度的角度变化移动，实验获得X轴直线转动60度的角度变化的特征持续时间为TCC-X-Y-60，对该时间内的功率曲线对时间积分，获得X轴直线转动60度的角度变化的特征持续能耗为ECC-X-Y-60；则X轴直线转动60度的角度的特征能耗为X轴直线转动60度的角度变化系数为
本发明，能够实现激光切割的能耗基础数据的获取，从而为能耗预测、节能优化、加工策略等研究奠定基础。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将激光切割机、泵机、抽风机的总电源接入220V型能耗采集装置进行能耗数据采集，获得功率曲线；
步骤二：获得稳定参数能耗：所述稳定参数包括水泵能耗、抽风机能耗、吹气风机能耗、激光切割机待机能耗；
步骤三：获得变参数能耗的标准值：变参数能耗包括X轴移动标准能耗、Y轴移动标准能耗、Z轴移动标准能耗、弧形移动标准能耗、斜线移动标准能耗、激光标准能耗、旋转辅助器旋转标准能耗；
步骤四：获得变参数能耗的变化系数：变参数能耗的变化系数包括X轴移动速度系数、Y轴移动速度系数、Z轴移动速度系数、曲率系数、斜率系数、激光比例系数、激光扫描系数、旋转辅助器转速系数；
步骤五：获得节点特征能耗的标准值：节点特征能耗包括转角特征能耗、加速特征能耗、启动特征能耗；
步骤六：获得节点特征能耗的变化系数：节点特征能耗的变化系数包括角度变化系数、速度变化系数、启动幅度系数。
2.如权利要求1所述的一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，其特征在于：所述步骤一中的220V型能耗采集装置包括电压传感器、电流传感器、数据采集卡；所述步骤一中的能耗数据包括电压数据、电流数据。
3.如权利要求1所述的一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，其特征在于：
所述步骤一中的220V型能耗采集装置进行能耗数据采集的步骤为：
步骤11：激将光切割机、泵机、抽风机的总电源的进线和出线接入到220V型能耗采集装置的进线和出线上；
步骤12：获取单路实时电压-时间曲线、实时电流-时间曲线；
步骤13：获得实时功率-时间曲线：实时功率为实时电压与实时电流的积；
步骤14：获得实时能耗-时间曲线：实时能耗为实时功率对时间的积分。
4.如权利要求1所述的一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，其特征在于：
所述步骤二中的稳定参数能耗的获得通过单变量实验法，实验的具体步骤为：
步骤21：功率曲线基本水平时，标记此时所稳定的功率值为P1；
步骤22：触发需要测的稳定参数能耗所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P2；
步骤23：则单位时间的该稳定参数的能耗为ED1＝(P2-P1)·tD，其中tD为单位时间，tD为1s。
5.如权利要求1所述的一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，其特征在于：所述步骤三中的变参数能耗的获得通过单因定数值实验法，实验的具体步骤为：
步骤31：功率曲线基本水平时，标记此时所稳定的功率值为P3；
步骤32：以变参数的标准定值触发需要测的变参数能耗所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P4；
步骤33：则单位时间的该变参数的标准能耗为ESD3＝(P4-P3)·tD，其中tD为单位时间，tD为1s。
6.如权利要求1所述的一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，其特征在于：所述步骤四中的变参数能耗的变化系数的获得通过单因定数值实验法，实验的具体步骤为：
步骤41：功率曲线基本水平时，标记此时所稳定的功率值为P5；
步骤42：以变参数的标准定值触发需要测的变参数能耗所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P6；
步骤43：改变变参数为数值A，触发数值A的变参数值所对应的事件发生，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P7；
步骤44：获得数值A下的变参数能耗的变化系数为
7.如权利要求1所述的一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，其特征在于：
所述步骤五中的节点特征能耗的获得步骤为：
步骤51：功率曲线基本水平后，以节点特征前的参数触发所对应的事件，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P8；
步骤52：功率曲线基本水平后，重新以节点特征后的参数触发所对应的事件，直至所获得的功率曲线基本水平，功率曲线所稳定的功率值为P9；
步骤53：实测节点特征的标准变化，获得节点特征的持续时间TCC及该持续时间内的能耗ECC；
步骤54：获得节点特征能耗的标准值为
8.如权利要求1所述的一种建立激光切割能耗特征数据库的方法，其特征在于：
所述步骤六中的节点特征能耗的变化系数的获得步骤为：
步骤61：实测获得节点特征能耗的标准值下的能耗值为EC1；
步骤62：实测获得变化参数B下的节点特征能耗的能耗值为EC2；
步骤63：获得该变化参数B下的节点特征能耗的变化系数为
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