CN113275766B - 激光切割系统及激光切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光切割系统及激光切割方法，系统包括数控系统和随动控制系统，所述数控系统和随动控制系统通信连接，所述随动控制系统生成激光切割头控制指令和卡盘控制指令，所述数控系统根据激光切割头控制指令控制激光切割头执行下枪工作，根据卡盘控制指令控制卡盘夹持工作。本发明的激光切割系统，其将卡盘控制指令的生成功能整合于随动控制系统中，从而简化了信号处理流程，降低卡盘、激光切割头两者的动作协调难度，能有效减少出错率、提升切割效率。另外，由于本发明的方法应用了上述系统，因此，具有上述系统的所有优点。

Description

激光切割系统及激光切割方法

技术领域

本发明涉及激光切割机技术领域，主要涉及一种激光切割系统及激光切割方法。

背景技术

在型材的激光加工工艺当中，卡盘运动与切割头运动是相连贯且需相互协调的动作，现有的激光切割工艺中，卡盘控制与切割头控制的控制指令由两个系统分别生成，再由数控系统根据控制指令调度卡盘、切割头执行控制指令，其程序复杂、信号处理流程繁琐，这样增加了两个部件动作的协调难度，延长了系统反应时间，不利于提升加工效率。假设能将卡盘控制和切割头控制整合于同一控制系统中，则可有效简化信号处理流程，提升切割效率。

发明内容

本发明的第一个发明目的在于克服现有的激光切割工艺中卡盘运动与切割头运动的控制指令不能由同一系统生成的问题，提供一种通过增加随动控制系统的卡盘控制指令生成功能，从而简化激光切割工艺的程序、信号处理流程的激光切割系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

激光切割系统，包括数控系统和随动控制系统，所述数控系统和随动控制系统通信连接，所述随动控制系统生成激光切割头控制指令和卡盘控制指令，所述数控系统根据激光切割头控制指令控制激光切割头执行下枪工作，根据卡盘控制指令控制卡盘夹持工作。

本发明的激光切割系统，其将卡盘控制指令的生成功能整合于随动控制系统中，从而简化了信号处理流程，降低卡盘、激光切割头两者的动作协调难度，能有效减少出错率、提升切割效率。

优选的，随动控制系统包括切割头检测模块、中央数据处理模块和卡盘信号传输模块，切割头检测模块用于采集激光切割头的实时距离数据，卡盘信号传输模块用于传输卡盘的动作反馈，数控系统可向随动控制系统传输期望距离数据，中央数据处理模块根据实时距离数据和期望距离数据生成激光切割头控制指令，并通过动作反馈生成卡盘控制指令。本方案为随动控制系统的模块布置方案，在本方案中，中央数据处理模块可同时处理卡盘的动作反馈以及切割头的高度控制，从而提升处理效率。

优选的，卡盘信号传输模块为串行数据总线。相比并行通信的方式，本方案的系统通过串行通信的方式实现与卡盘执行机构的通信，可减少用于信号传输的走线，从而减少信号传输中耦合干扰及被干扰的概率，提升对信号的响应速度，并进一步简化电路设置，有利于设备的小型化设计。

优选的，串行数据总线包括RS232接口、RS485总线以及伺服电机控制线。

优选的，中央数据处理模块包括ARM微型处理器。本方案利用ARM微型处理器的强大计算功能，更好对卡盘、切割头两个重要部件进行组合控制，有利于优化激光切割机动作时的时序控制。

优选的，还包括信号传输模块，随动控制系统与数控系统通过信号传输模块通信连接。

优选的，信号传输模块包括隔离输入电路和隔离输出电路；隔离输入电路包括一输入端无电流方向限制的隔离器件，隔离器件的输入端用于与数控系统电连接，输出端与中央数据处理模块电连接，以传输期望距离数据；隔离输出电路包括一输出端无电流方向限制的隔离器件，隔离器件的输入端与中央数据处理模块电连接，输出端与数控系统电连接，以传输距离控制量。在本方案中，隔离输入电路可与NPN、PNP输出模式的数控系统连接，第二信号输入电路可与NPN、PNP输入模式的数控系统连接，从而使随动控制系统与数控系统的兼容性更好，有利于信号传输的便捷性。

本发明的另一个发明目的在于提供一种激光切割方法，其包括以下步骤：

数控系统激发随动控制系统工作；随动控制系统生成卡盘控制指令和激光切割头控制指令并向数控系统发送；数控系统根据卡盘控制指令控制卡盘执行夹持工作，再根据激光切割头控制指令控制激光切割头执行下枪工作。与现有技术相比，本发明的光切割方法其激光切割头控制指令和卡盘控制指令均由随动控制系统生成，从而简化了信号处理流程，提升切割效率。

优选的，卡盘控制指令包括张开指令、夹持指令和旋转指令。

优选的，激光切割头控制指令包括距离控制量，距离控制量包括高度控制量，高度控制量通过比较激光切割头的实时高度值与期望高度值获得，期望高度值由数控系统发送给随动控制系统。

附图说明

图1是本发明的系统原理图1。

图2是本发明的系统原理图2；

图3是本发明的隔离输入电路的布置图；

图4是本发明的信号放大电路的布置图；

图5是本发明的隔离输出电路的布置图。

标号说明：

双向光电耦合器U1、信号输入端(INPUT-1；INPUT-2；INPUT-3；INPUT-4)、公共端INPUT-COM、第一二极管(D1；D2；D3；D4)、第一保险丝(F1；F2；F3；F4)、模拟量输入接口J1、运算放大器U2、第三二极管D5、第四二极管D6、第四二极管D7、光固态继电器(U3；U4；U5；U6；U7；U8；U9)、模拟量输出接口J2、第二保险丝(F5；F6；F7；F8)、第六二极管(D8；D10；D11；D12；D13；D14；D15；D16；D17)

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的一种优选的具体实施方式。

参见图1-5所示，本发明公开了一种激光切割系统，其包括数控系统和随动控制系统，数控系统和随动控制系统通信连接，随动控制系统生成激光切割头控制指令和卡盘控制指令，数控系统根据激光切割头控制指令控制激光切割头执行下枪工作，根据卡盘控制指令控制卡盘夹持工作。

在一实施例中，随动控制系统包括切割头检测模块、中央数据处理模块和卡盘信号传输模块，切割头检测模块用于采集激光切割头的实时距离数据，卡盘信号传输模块用于传输卡盘的动作反馈，数控系统可向随动控制系统传输期望距离数据，中央数据处理模块根据实时距离数据和期望距离数据生成激光切割头控制指令，并通过动作反馈生成卡盘控制指令。在本实施例为随动控制系统的具体模块设计方案，在本实施例中，中央数据处理模块可同时处理卡盘的动作反馈以及切割头的高度控制，从而提升处理效率。

在一实施例中，上述实时距离数据可包含激光切割头与工件的实时高度距离，期望距离数据可包含数控系统要求的激光切割头与工件的高度距离。

在一实施例中，上述实时距离数据可包含激光切割头与工件的实时宽度距离，期望距离数据可包含数控系统要求的激光切割头与工件的宽度距离。

在一实施例中，上述实时距离数据可包含激光切割头的实时高度，期望距离数据可包含数控系统要求的激光切割头的高度。

在一实施例中，上述卡盘信号传输模块为串行数据总线。相比并行通信的方式，本实施例的系统通过串行通信的方式实现与卡盘执行机构的通信，可减少用于信号传输的走线，从而减少信号传输中耦合干扰及被干扰的概率，提升对信号的响应速度，并进一步简化电路设置，有利于设备的小型化设计。

在一实施例中，上述串行数据总线包括RS232接口、RS485总线以及伺服电机控制线。

在一实施例中，上述中央数据处理模块包括ARM微型处理器。本实施例利用ARM微型处理器的强大计算功能，更好对卡盘、切割头两个重要部件进行组合控制，有利于优化激光切割机动作时的时序控制。

在一实施例中，还包括信号传输模块，随动控制系统与数控系统通过信号传输模块通信连接。

在一实施例中，上述信号传输模块包括隔离输入电路和隔离输出电路；隔离输入电路包括一输入端无电流方向限制的隔离器件，隔离器件的输入端用于与数控系统电连接，输出端与中央数据处理模块电连接，以传输期望距离数据；隔离输出电路包括一输出端无电流方向限制的隔离器件，隔离器件的输入端与中央数据处理模块电连接，输出端与数控系统电连接，以传输距离控制量。在本实施例中，隔离输入电路可与NPN、PNP输出模式的数控系统连接，第二信号输入电路可与NPN、PNP输入模式的数控系统连接，从而使随动控制系统与数控系统的兼容性更好，有利于信号传输的便捷性。

在一实施例中，上述隔离器件为双向光电耦合器U1，隔离输入电路包括信号输入端(I NPUT-1；I NPUT-2；I NPUT-3；I NPUT-4)、公共端I NPUT-COM，信号输入端(I NPUT-1；I NPUT-2；I NPUT-3；I NPUT-4)、双向光电耦合器U1的输入端、公共端I NPUT-COM依次串接从而形成第一输入支路，双向光电耦合器的输出端一端接地，另一端与中央数据处理模块连接形成第二输入支路。在本实施例中，信号输入端(I NPUT-1；I NPUT-2；I NPUT-3；INPUT-4)用于与数控系统的数据输出端电连接，公共端I NPUT-COM用于接电源或地，如数控系统为PNP输出，则公共端I NPUT-COM接电源正极，如数控系统为NPN输出，则公共端INPUT-COM接地，这样，当数控系统输出信号使第一输入支路导通，双向光电耦合器U1的输入端激发其输出端导通第二输入支路，从而实现期望高度数据的传输。

在一实施例中，上述隔离输入电路设有4组，双向光电耦合器U1为4通道的光电耦合器，双向光电耦合器的4个通道分别与隔离输入电路一一对应。

上述信号传输模块包括模拟量输入接口J1，隔离输入电路通过模拟量输入接口J1与数控系统连接。本实施例使信号传输模块通过模拟量获得期望高度数据并传输到中央数据处理模块。

为减少在传输线上产生的信号衰减，上述信号传输模块还包括信号放大电路，隔离输入电路通过信号放大电路与模拟信号输入接口电连接。

在一实施例中，上述信号放大电路包括一运算放大器U2，其中运算放大器U2的同相输入端与模拟量输入接口J1连接，输出端与隔离输入电路连接，反相输入端与输出端并联。

在一实施例中，上述运算放大器U2为AD8662芯片。

在一实施例中，隔离输出电路包括一输出无电流方向限制的隔离器件，隔离器件的输入端与中央数据处理模块电连接，输出端与数控系统电连接。

在一实施例中，上述隔离器件为光固态继电器(U3；U4；U5；U6；U7；U8；U9)。

在一实施例中，上述信号传输模块包括模拟量输出接口J2，隔离输出电路通过模拟量输出接口J2与数控系统电连接。

具体地，上述光固态继电器(U3；U4；U5；U6；U7；U8；U9)的输入端正极接电源，负极与中央数据处理模块的信号输出接口连接，其输出端与模拟量输出接口J2电连接。

在一实施例中，上述信号传输模块设有电路保护器件，本实施例在意外情况模拟中，端口被2000V放电击中，端口不受影响。

在一实施例中，上述电路保护器件包括第一二极管(D1；D2；D3；D4)和第二二极管(图中未示)，第一二极管(D1；D2；D3；D4)、第二二极管均为双向TVS二极管，其两端分别与公共端INPUT-COM、信号输入接口电性连接，第二二极管的一端分别与公共端INPUT-COM电性连接，另一端与双向光电耦合器U1的输入端电性连接，以避免由于操作失误造成的端口被烧环的情况发生。当然，除TVS二极管，上述第一二极管(D1；D2；D3；D4)还可为esd保护管。

在一实施例中，电路包括器件包括第一保险丝(F1；F2；F3；F4)，第一保险丝(F1；F2；F3；F4)串联于信号输入端(INPUT-1；INPUT-2；INPUT-3；INPUT-4)和双向光电耦合器U1的输入端之间。

在一实施例中，上述电路保护器件包括第三二极管D5和第四二极管D6，第三二极管D5为TVS保护二极管，第三二极管D5与运算放大器U2的同向输入端并联，另一端接地；第四二极管D6为TVC二极管其第一引脚与3.3V模拟电源连接，第二引脚接地，第三引脚与与运算放大器U2的同向输入端并联。

在一实施例中，上述电路保护器件包括第五二极管D7，第五二极管D7为TVC二极管，其第一引脚与3.3V模拟电源连接，第二引脚接地，第三引脚与运算放大器的输出端并联。

在一实施例中，上述电路保护器件包括设在隔离输出电路上的第二保险丝(F5；F6；F7；F8)。

在一实施例中，上述电路保护器件还包括设置在隔离输出电路上的第六二极管(D8；D10；D11；D12；D13；D14；D15；D16；D17)。

在一实施例中，电路保护器件还包括若干限流电阻，其可设置在隔离输入、输出电路上。

在一实施例中，上述信号传输模块设有若干信号调理器件，从而祛除机床复杂环境带来的干扰。本实施例的信号调理器件采用现有的信号调理器件，如滤波电容、稳压二极管等，其设置在信号传输模块的电路上，设计时，可兼顾实际需要与成本确定信号调理器件的种类、数量。

与现有技术相比，本发明的激光切割系统，其将卡盘控制指令的生成功能整合于随动控制系统中，从而简化了信号处理流程，简化了系统程序，能有效减少出错率，提升切割效率。

本发明还包括一种激光切割方法，其包括以下步骤：

数控系统激发随动控制系统工作。

在本步骤中，数控系统可通过同时发送夹持指令、下枪指令激发随动控制工作。

随动控制系统生成卡盘控制指令和激光切割头控制指令并向数控系统发送。

在本步骤中，随动控制系统可在生成卡盘控制指令后，先发送给数控系统，再生成激光切割头控制指令并发送给数控系统。当然，也可再生成两种指令后同时发送给数控系统。

数控系统根据卡盘控制指令控制卡盘执行夹持工作，再根据激光切割头控制指令控制激光切割头执行下枪工作。

在本步骤中，数控系统先控制卡盘执行夹持工作，在卡盘夹持到位后，再控制激光切割头执行下去工作。

优选的，卡盘控制指令包括张开指令、夹持指令和旋转指令。

在一实施例中，随动控制系统通过卡盘信号传输模块与卡盘的执行机构、传感器连接，以获得卡盘的运动反馈，从而生成卡盘控制指令，并在数控系统控制卡盘执行夹持工作后，根据更新的卡盘运动反馈，判断卡盘是否夹持到位，并反馈给数控系统，如，在判定未夹持到位时，重新生成控制指令。

在一实施例中，上述数控系统发送给随动控制系统的下枪指令包含期望距离数据。

在一实施例中，上述激光切割头控制指令包括距离控制量，距离控制量包括高度控制量，高度控制量通过比较激光切割头的实时高度值与期望高度值获得，期望高度值由数控系统发送给随动控制系统。

在一实施例中，激光切割头执行下枪工作后，随动控制系统根据切割头检测模块的反馈，获得更新的实时高度值，并重新比较实时距离高度与期望高度值，判定激光切割头是否下枪到位，如否，则重新生成激光切割头控制指令。

与现有技术相比，本发明的激光切割方法其激光切割头控制指令和卡盘控制指令均由随动控制系统生成，从而简化了信号处理流程，提升切割效率。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.激光切割系统，包括数控系统和随动控制系统，所述数控系统和随动控制系统通信连接，其特征在于：所述随动控制系统生成激光切割头控制指令和卡盘控制指令，所述数控系统根据激光切割头控制指令控制激光切割头执行下枪工作，根据卡盘控制指令控制卡盘夹持工作；

所述随动控制系统包括切割头检测模块、中央数据处理模块和卡盘信号传输模块，所述切割头检测模块用于采集激光切割头的实时距离数据，所述卡盘信号传输模块用于传输卡盘的动作反馈，所述数控系统向随动控制系统传输期望距离数据，所述中央数据处理模块根据实时距离数据和期望距离数据生成激光切割头控制指令，并通过动作反馈生成卡盘控制指令；

还包括信号传输模块，所述随动控制系统与数控系统通过所述信号传输模块通信连接；

所述信号传输模块包括隔离输入电路、隔离输出电路、信号放大电路和模拟量输入接口，隔离输入电路通过模拟量输入接口与数控系统连接；隔离输入电路通过信号放大电路与模拟信号输入接口电连接；

所述隔离输入电路包括一输入端无电流方向限制的隔离器件，所述隔离器件的输入端用于与数控系统电连接，输出端与所述中央数据处理模块电连接，以传输期望距离数据；隔离输入电路与NPN、PNP输出模式的数控系统连接；

所述隔离输出电路包括一输出端无电流方向限制的隔离器件，所述隔离器件的输入端与所述中央数据处理模块电连接，输出端与数控系统电连接，以传输距离控制量；

所述卡盘控制指令包括张开指令和夹持指令，所述期望距离数据包含数控系统要求的激光切割头与工件的宽度距离，数控系统要求的激光切割头与工件的高度距离和数控系统要求的激光切割头的高度；前述隔离器件为双向光电耦合器，隔离输入电路设有四组，双向光电耦合器为四通道的光电耦合器，双向光电耦合器的四个通道分别与隔离输入电路一一对应；

所述卡盘信号传输模块为串行数据总线。

2.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于：所述串行数据总线包括RS232接口、RS485总线以及伺服电机控制线。

3.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于：所述中央数据处理模块包括ARM微型处理器。

4.激光切割方法，基于权利要求1-3任一项所述的激光切割系统，其特征在于，包括以下步骤：

数控系统激发随动控制系统工作；

随动控制系统生成卡盘控制指令和激光切割头控制指令并向数控系统发送；

数控系统根据卡盘控制指令控制卡盘执行夹持工作，再根据激光切割头控制指令控制激光切割头执行下枪工作。

5.根据权利要求4所述的激光切割方法，其特征在于：所述激光切割头控制指令包括距离控制量，所述距离控制量包括高度控制量，所述高度控制量通过比较激光切割头的实时高度值与期望高度值获得，所述期望高度值由数控系统发送给随动控制系统。