CN113118617B - 一种激光加工控制系统及操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光加工控制系统，其技术方案要点是包括有工艺数据库和人机交互单元和处理单元和若干设备监控单元以及若干设备控制单元，处理单元分别与工艺数据库和人机交互单元和设备监控单元以及设备控制单元通讯连接，设备控制单元用于控制激光设备作业，设备监控单元用于监测激光设备状态和环境情况，处理单元用于接收人机交互单元的操作指令，并用于向工艺数据库调用数据信息，以及向设备控制单元和设备监控单元分别发送控制指令，该激光加工控制系统能够对各单元之间松散耦合，各单元之间相对独立，通过网络进行消息传递，可以在不关闭整个系统的前提下，加入一个单元、脱离一个单元、单独升级一个单元。

Description

一种激光加工控制系统及操作方法
技术领域
本发明涉及激光加工领域，更具体地说，它涉及一种激光加工控制系统及操作方法。
背景技术
随着加工工艺飞速发展，激光技术已经广泛应用于工件的切割、打孔以及焊接领域中，包括激光切割工艺、激光焊接工艺、激光标记工艺、激光打孔工艺、激光淬火工艺、激光喷涂工艺、激光覆融工艺、激光雕刻工艺。而目前激光加工控制系统，系统中各单元之间紧密耦合，无法拆分，无法在保证系统运行的前提下，加入一个单元、脱离一个单元、单独升级一个单元，通常需要关闭整个系统，才能够进行相应的操作，不仅花费时间长，而且风险大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种激光加工控制系统及操作方法，该激光加工控制系统能够对各单元之间松散耦合，各单元之间相对独立，通过网络进行消息传递，可以在不关闭整个系统的前提下，加入一个单元、脱离一个单元、单独升级一个单元。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种激光加工控制系统，包括有工艺数据库和人机交互单元和处理单元和若干设备监控单元以及若干设备控制单元；
所述工艺数据库和人机交互单元和处理单元和设备监控单元以及设备控制单元分别为局域网中独立的节点；
所述处理单元分别与工艺数据库和人机交互单元和设备监控单元以及设备控制单元通讯连接；
所述工艺数据库用于提取和保存工艺数据；
所述人机交互单元用于供使用者操作，并向处理单元发送操作指令；
所述设备控制单元用于控制激光设备作业；
所述设备监控单元用于监测激光设备状态和环境情况；
所述处理单元用于接收人机交互单元的操作指令，并用于向工艺数据库调用数据信息，以及向设备控制单元和设备监控单元分别发送控制指令。
本发明进一步设置为：所述人机交互单元包括有人机界面单元和物理面板单元；
所述人机界面单元和物理面板单元分别与处理单元通讯连接，所述人机界面单元包括有触摸显示屏，所述物理面板单元包括有控制旋钮和控制按钮。
本发明进一步设置为：所述人机交互单元还包括有人机界面软件包和物理面板软件包，所述人机界面软件包设置于人机界面单元内，所述物理面板软件包设置于物理面板单元内。
本发明进一步设置为：所述设备控制单元包括有激光器控制单元和冷却器控制单元以及振镜控制单元，所述激光器控制单元和振镜控制单元分别与处理单元通讯连接，所述冷却器控制单元与激光器控制单元通讯连接；
所述激光器控制单元用于控制激光器；
所述振镜控制单元用于控制激光扫描设备；
所述冷却器控制单元用于控制与激光器配套的冷却设备。
本发明进一步设置为：所述设备控制单元还包括有激光器控制软件包和冷却器控制软件包以及振镜控制软件包，所述激光器控制软件包设置于激光器控制单元内，所述冷却器控制软件包设置于冷却器控制单元内，所述振镜控制软件包设置于振镜控制单元内。
本发明进一步设置为：所述设备监控单元包括有环境监控单元和对象监控单元，所述环境监控单元和对象监控单元分别与处理单元通讯连接；
所述对象监控单元用于监测工件状态、工件和光束相对运动、焊丝和工件相对运动；
所述环境监控单元用于监测作业环境。
本发明进一步设置为：所述设备监控单元还包括有对象监控软件包和环境监控软件包，所述对象监控软件包设置于对象监控单元内，所述环境监控软件包设置于环境监控单元内。
本发明进一步设置为：所述处理单元包括有作业监控单元和作业监控软件包，所述作业监控单元用于控制及监视作业流程，所述作业监控软件包设置于作业监控单元内。
一种激光加工控制系统的操作方法，通过人机界面选取工艺数据库中的工艺数据及流程，发送至作业监控单元；
作业监控单元通过对象监控单元和环境监控单元对工艺数据及流程进行修正；
将修正后的作业参数下发给激光器控制单元、振镜控制单元、对象监控单元、环境监控单元；
激光器控制单元将作业参数下发至冷却器控制单元。
本发明进一步设置为：所述作业监控单元的具体操作对象有：作业监控单元监测物理面板状态，启动作业序列或停止作业；
作业监控单元在系统作业时，监控和接收物理面板单元、人机界面单元、激光器控制单元、振镜控制单元、冷却器控制单元、环境监控单元、对象监控单元的状态，实时调整作业参数并且记录错误；
作业监控单元通过人机界面单元向工作人员报告异常或紧急停止系统。
综上所述，本发明具有以下有益效果：在本系统中各单元均由控制器硬件和控制软件组成。各单元为局域网中独立的节点。各单元之间通过有线或无线局域网进行消息传递，协同完成激光加工作业流程。
本系统各单元之间松散耦合，各单元之间相对独立，通过网络进行消息传递。可以在不关闭整个系统的前提下，加入一个单元、脱离一个单元、单独升级一个单元。
附图说明
图1为激光加工控制系统的原理框图；
图2为激光加工控制系统的逻辑拓扑图。
附图标记：1、工艺数据库；2、人机交互单元；21、人机界面单元；22、物理面板单元；3、处理单元；31、作业监控单元；4、设备监控单元；41、环境监控单元；42、对象监控单元；5、设备控制单元；51、激光器控制单元；52、冷却器控制单元；53、振镜控制单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
参照图1至图2所示，为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种激光加工控制系统，包括有工艺数据库1和人机交互单元2和处理单元3和若干设备监控单元4以及若干设备控制单元5；
处理单元3分别与工艺数据库1和人机交互单元2和设备监控单元4以及设备控制单元5通讯连接；
工艺数据库1用于提取和保存工艺数据；
人机交互单元2用于供使用者操作，并向处理单元3发送操作指令；
设备控制单元5用于控制激光设备作业；
设备监控单元4用于监测激光设备状态和环境情况；
处理单元3用于接收人机交互单元2的操作指令，并用于向工艺数据库1调用数据信息，以及向设备控制单元5和设备监控单元4分别发送控制指令。
人机交互单元2包括有人机界面单元21和物理面板单元22；
人机界面单元21和物理面板单元22分别与处理单元3通讯连接，人机界面单元21包括有触摸显示屏，物理面板单元22包括有控制旋钮和控制按钮。
该设备控制单元5包括有激光器控制单元51和冷却器控制单元52以及振镜控制单元53，该设备监控单元4包括有环境监控单元41和对象监控单元42，该处理单元3还内置有作业监控单元31。
本发明的设计达到的技术效果有：在本系统中各单元均由控制器硬件和控制软件组成。各单元为局域网中独立的节点。各单元之间通过有线或无线局域网进行消息传递，协同完成激光加工作业流程。
本系统各单元之间松散耦合，各单元之间相对独立，通过网络进行消息传递。可以在不关闭整个系统的前提下，加入一个单元、脱离一个单元、单独升级一个单元。
以致命故障举例，当激光器发生故障，作业暂停，激光器控制单元51从系统脱离，等待激光器修复或更换后，激光器控制单元51加入系统，整个过程中，其他单元不受影响，作业可以从中断处恢复。当作业中发生非致命故障(如触摸显示屏烧毁)，不必停止作业，一旦将新的人机界面单元21通过网络加入系统，当前的系统状态将显示在新的触摸显示屏上，也可通过新的触摸显示屏来控制系统。
人机交互单元2还包括有人机界面软件包和物理面板软件包，人机界面软件包设置于人机界面单元21内，物理面板软件包设置于物理面板单元22内。
设备控制单元5包括有激光器控制单元51和冷却器控制单元52以及振镜控制单元53，激光器控制单元51和振镜控制单元53分别与处理单元3通讯连接，冷却器控制单元52与激光器控制单元51通讯连接；
激光器控制单元51用于控制激光器；
振镜控制单元53用于控制激光扫描设备；
冷却器控制单元52用于控制与激光器配套的冷却设备。
设备控制单元5还包括有激光器控制软件包和冷却器控制软件包以及振镜控制软件包，激光器控制软件包设置于激光器控制单元51内，冷却器控制软件包设置于冷却器控制单元52内，振镜控制软件包设置于振镜控制单元53内。
设备监控单元4包括有环境监控单元41和对象监控单元42，环境监控单元41和对象监控单元42分别与处理单元3通讯连接；
对象监控单元42用于监测工件状态、工件和光束相对运动、焊丝和工件相对运动；
环境监控单元41用于监测作业环境。
设备监控单元4还包括有对象监控软件包和环境监控软件包，对象监控软件包设置于对象监控单元42内，环境监控软件包设置于环境监控单元41内。
处理单元3包括有作业监控单元31和作业监控软件包，作业监控单元31用于控制及监视作业流程，作业监控软件包设置于作业监控单元31内。
本系统各单元的控制软件均包括有应用程序、设备驱动程序、配置文件，在部署时，这三个部分被组合为一个软件包，与各单元一一对应。
本系统中各单元的软件包是独立的，可单独升级，增加了更新的频率，减少了升级花费的时间，降低了升级的风险。
一种激光加工控制系统的操作方法，通过人机界面选取工艺数据库1中的工艺数据及流程，发送至作业监控单元31；
作业监控单元31通过对象监控单元42和环境监控单元41对工艺数据及流程进行修正；
将修正后的作业参数下发给激光器控制单元51、振镜控制单元53、对象监控单元42、环境监控单元41；
激光器控制单元51将作业参数下发至冷却器控制单元52。
上述提及的修正过程为：环境监控单元41内对每一工艺数据设定有指定的环境参数，当设定的环境参数与当前的环境参数不符时，将环境参数差反馈至作业监控单元31，作业监控单元31根据环境参数差调整工艺数据；同理对象监控单元42对每一工艺数据设定有指定的工件参数，当设定的工件参数与当前工件的参数不同时，将工件参数差反馈至作业监控单元31，作业监控单元31根据工件参数差调整工艺数据，从而实现智能操作的效果。
作业监控单元31的具体操作对象有：作业监控单元31监测物理面板状态，启动作业序列或停止作业；
作业监控单元31在系统作业时，监控和接收物理面板单元22、人机界面单元21、激光器控制单元51、振镜控制单元53、冷却器控制单元52、环境监控单元41、对象监控单元42的状态，实时调整作业参数并且记录错误；
作业监控单元31通过人机界面单元21向工作人员报告异常或紧急停止系统。
本控制系统支持激光焊接和激光清洗作业。支持系统中各单元独立的故障排除与软件版本升级。以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种激光加工控制系统，其特征是：包括有工艺数据库(1)和人机交互单元(2)和处理单元(3)和若干设备监控单元(4)以及若干设备控制单元(5)；
所述工艺数据库(1)和人机交互单元(2)和处理单元(3)和设备监控单元(4)以及设备控制单元(5)分别为局域网中独立的节点；
所述处理单元(3)分别与工艺数据库(1)和人机交互单元(2)和设备监控单元(4)以及设备控制单元(5)通讯连接；
所述工艺数据库(1)用于提取和保存工艺数据；
所述人机交互单元(2)用于供使用者操作，并向处理单元(3)发送操作指令；
所述设备控制单元(5)用于控制激光设备作业；
所述设备监控单元(4)用于监测激光设备状态和环境情况；
所述处理单元(3)用于接收人机交互单元(2)的操作指令，并用于向工艺数据库(1)调用数据信息，以及向设备控制单元(5)和设备监控单元(4)分别发送控制指令；
所述激光加工控制系统的操作方法包括有，通过人机界面选取工艺数据库(1)中的工艺数据及流程，发送至作业监控单元(31)；
作业监控单元(31)通过对象监控单元(42)和环境监控单元(41)对工艺数据及流程进行修正；
将修正后的作业参数下发给激光器控制单元(51)、振镜控制单元(53)、对象监控单元(42)、环境监控单元(41)；
激光器控制单元(51)将作业参数下发至冷却器控制单元(52)；
所述作业监控单元(31)的具体操作对象有：作业监控单元(31)监测物理面板状态，启动作业序列或停止作业；
作业监控单元(31)在系统作业时，监控和接收物理面板单元(22)、人机界面单元(21)、激光器控制单元(51)、振镜控制单元(53)、冷却器控制单元(52)、环境监控单元(41)、对象监控单元(42)的状态，实时调整作业参数并且记录错误；
作业监控单元(31)通过人机界面单元(21)向工作人员报告异常或紧急停止系统。
2.根据权利要求1所述的一种激光加工控制系统，其特征是：所述人机交互单元(2)包括有人机界面单元(21)和物理面板单元(22)；
所述人机界面单元(21)和物理面板单元(22)分别与处理单元(3)通讯连接，所述人机界面单元(21)包括有触摸显示屏，所述物理面板单元(22)包括有控制旋钮和控制按钮。
3.根据权利要求2所述的一种激光加工控制系统，其特征是：所述人机交互单元(2)还包括有人机界面软件包和物理面板软件包，所述人机界面软件包设置于人机界面单元(21)内，所述物理面板软件包设置于物理面板单元(22)内。
4.根据权利要求1所述的一种激光加工控制系统，其特征是：所述设备控制单元(5)包括有激光器控制单元(51)和冷却器控制单元(52)以及振镜控制单元(53)，所述激光器控制单元(51)和振镜控制单元(53)分别与处理单元(3)通讯连接，所述冷却器控制单元(52)与激光器控制单元(51)通讯连接；
所述激光器控制单元(51)用于控制激光器；
所述振镜控制单元(53)用于控制激光扫描设备；
所述冷却器控制单元(52)用于控制与激光器配套的冷却设备。
5.根据权利要求4所述的一种激光加工控制系统，其特征是：所述设备控制单元(5)还包括有激光器控制软件包和冷却器控制软件包以及振镜控制软件包，所述激光器控制软件包设置于激光器控制单元(51)内，所述冷却器控制软件包设置于冷却器控制单元(52)内，所述振镜控制软件包设置于振镜控制单元(53)内。
6.根据权利要求1所述的一种激光加工控制系统，其特征是：所述设备监控单元(4)包括有环境监控单元(41)和对象监控单元(42)，所述环境监控单元(41)和对象监控单元(42)分别与处理单元(3)通讯连接；
所述对象监控单元(42)用于监测工件状态、工件和光束相对运动、焊丝和工件相对运动；
所述环境监控单元(41)用于监测作业环境。
7.根据权利要求6所述的一种激光加工控制系统，其特征是：所述设备监控单元(4)还包括有对象监控软件包和环境监控软件包，所述对象监控软件包设置于对象监控单元(42)内，所述环境监控软件包设置于环境监控单元(41)内。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种激光加工控制系统，其特征是：所述处理单元(3)包括有作业监控单元(31)和作业监控软件包，所述作业监控单元(31)用于控制及监视作业流程，所述作业监控软件包设置于作业监控单元(31)内。
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