CN203191776U - 数控加工激光切割控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种数控加工激光切割控制器，包括工控机和PMAC运动控制卡，PMAC运动控制卡的一端通过ISA总线与工控机相连，另一端通过接口板与数控系统的交流伺服驱动器相连；并同时通过控制电路与激光器相连。本实用新型所述的数控加工激光切割控制器通过采用工控机和PMAC运动控制卡，构建了具有一定开放性的激光切割数控系统的硬件控制器。本实用新型利用工控机和PMAC运动控制卡构成了上下位机式并行双CPU数控系统，由PMAC运动控制卡实现前台实时控制，并保证数控系统硬件体系的开放性；由工控机实现人机交互界面和后台管理，实现了数控系统与激光器的协调控制。

Description

数控加工激光切割控制器

技术领域

 本实用新型属于激光加工领域，具体涉及一种数控加工激光切割控制器。 

背景技术

数控机床制造业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的基础产业。数控机床技术水平的高低和拥有量的多少，是衡量一个国家工业现代化程度的重要标志。数控系统作为数控机床的核心，包括硬件和软件两大部分。随着计算机技术和运动控制技术的发展，数控系统在体系结构上逐步从封闭式向开放式发展，而激光加工数控系统的发展也同样符合这一趋势。

目前国内普遍采用的激光加工控制系统是一种专用的、封闭式的数控系统，无法适应现代加工的高柔性、低成本的加工要求。在硬件上，数控系统的主板、伺服控制电路都是专门设计的，不同厂家的产品之间没有互换性。在软件上，系统软件是专用的，完全依赖于控制系统的硬件系统，不可移植，也不能扩展。这种专用的数控系统性能稳定，工作可靠，但维修升级费用高，设计柔性差。例如，用户不能用自适应控制来取代标准的 PID 控制，也不能实施基于传感器的各种控制策略。因此，封闭式数控系统已不能适应现代数控机床多品种、个性化、集成化、工艺复合化的发展趋势，不能满足用户多样化的需要，这在客观上促使数控系统在体系结构上从封闭式向开放式发展。 

目前国内关于开放式激光加工系统的研究存在以下不足，即研究工作集中在数控系统本身，没有涉及数控系统与激光器之间的协调控制。而实际上数控系统与激光器之间的协调控制关系到数控系统实时性的实现，对于高质量的激光加工数控系统十分重要。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种数控加工激光切割控制器，该数控加工激光切割控制器可实现数控系统与激光器的协调控制。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种数控加工激光切割控制器，包括工控机和PMAC运动控制卡，PMAC运动控制卡的一端通过ISA总线与工控机相连，另一端通过接口板与数控系统的交流伺服驱动器相连；并同时通过控制电路与激光器相连。

进一步的，PMAC运动控制卡还与一气流调节器相连，所述气流调节器用于在激光切割过程中调节保护气体的流量。

进一步的，所述数控加工激光切割控制器还包括一个或多个传感器，所述传感器用于对激光加工的参数监控和过程信号监控；所述每个传感器均与编程运动控制器相连。

进一步的，所述激光器为Nd:YAG脉冲激光器。

本实用新型所述的数控加工激光切割控制器通过采用工控机和PMAC运动控制卡，构建了具有一定开放性的激光切割数控系统的硬件控制器。本实用新型利用工控机和 PMAC运动控制卡构成了上下位机式并行双 CPU 数控系统，由PMAC运动控制卡实现前台实时控制，并保证数控系统硬件体系的开放性；由工控机实现人机交互界面和后台管理，实现了数控系统与激光器的协调控制。

附图说明

图1为本实用新型所述数控加工激光切割控制器的结构图；

图2为接口板与交流伺服驱动器连接的电路图；

图中各标号的含义如下：

工控机1、PMAC运动控制卡2、接口板3、交流伺服驱动器4、控制电路5、激光器6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种数控加工激光切割控制器，包括工控机1和PMAC运动控制卡2，PMAC运动控制卡2的一端通过ISA总线与工控机1相连，另一端通过接口板3与数控系统的交流伺服驱动器4相连；并同时通过控制电路5与激光器6相连。

其中，PMAC运动控制卡2是美国 Delta  Tau 公司遵循开放式系统体系结构标准开发的开放式可编程多轴运动控制器。它采用 Motorola  DSP56002 数字信号处理器，加上专用的用户门阵列芯片，单卡可以同时控制最多 8 轴的复杂运动。为了适应激光加工数控系统的需要，必须对 PMAC 进行配置，包括硬件设置、参数设置、运动及 PLC 程序三部分。

PMAC插在主机的 ISA 插槽中，通过 ISA 总线与上位机（即工控机）进行通信；另一方面，PMAC运动控制卡2 通过接口板3（即附件 ACC-8S） 与交流伺服驱动器4相连，驱动交流伺服驱动器4，进而驱动交流伺服电机和执行机构。 附件 ACC-8S 是一种两轴接口板，PMAC 通过该附件输出脉频调制信号（Pulse  Frequency  Modulation，PFM），即频率可变、脉宽不变的脉冲序列，以驱动需要“脉冲+方向”格式输入的步进电机驱动器或步进—位移式伺服驱动器。由于 ACC-8S 输出的脉冲和方向信号与 RS-422 工业标准兼容，能够以差动方式与交流伺服驱动器相联，因此可以直接将 ACC-8S 的脉冲和方向输出端子（STEP+/-、DIR+/-）与交流伺服驱动器对应的指令输入端子（PULS+/-、SIGN+/-）直接相连，如图2所示。

ACC-8S 为每个电机提供了放大器使能输出信号（AEN）和放大器故障输入信号（FAULT），以确保电机操作的安全。正常情况下，交流伺服驱动器的伺服报警信号 ALM+和 ALM-之间的晶体管导通，继电器线圈通电，此时FAULT+输入为高电平，PMAC 正常工作。当交流伺服驱动器产生故障时，ALM+和 ALM-之间的晶体管断开，继电器线圈断电，此时 FAULT+变为低电平。PMAC 检测到 FAULT+的低电平信号后，将 AEN+置为低电平，光耦关断，此时驱动器的指令脉冲输入禁止信号 INH 与电源负极 COM-之间断开，脉冲输入和方向输入都变得无效，电机被禁止运转。

    本实施例中采用了GSI Lumonics 公司的 JK702H 型激光器，该激光器是一种中等平均功率和光束亮度的 Nd:YAG 脉冲激光器，主要用于激光切割和激光打孔，也可用于激光焊接。 JK702H 激光器主要包括三个部分，即激光头、电源和控制面板。①激光头是激光器的核心，用于将电源输入的泵浦能量转换为激光辐射输出。②电源为激光头（主要是泵浦灯）供应电能，并通过微处理器控制和监视激光器的所有重要功能。③控制面板为操作人员提供激光器本地控制的人机接口，允许操作人员对激光器进行控制，并向操作人员反馈激光器的状态信息。JK702H 激光提供了两种途径，即并行远程控制和串行远程控制，以便机床制造商可以利用外部控制器（如数控装置）对激光器实施远程控制。①并行远程控制允许设置脉冲高度、脉冲宽度、脉冲频率、点射脉冲数，可以控制加工光闸的启闭，但不能定义脉冲波形，不能获得完整的激光器状态信息。②串行远程控制不能控制加工光闸的启闭，但能够定义脉冲波形，能够获得完整的激光器状态信息。因此，必须将并行远程控制和串行远程控制相结合，才能够实现数控系统对激光器的有效控制。

为了对激光切割过程进行监控，即实现加工参数监控和过程信号监控，所述数控加工激光切割控制器还包括一个或多个传感器，所述传感器用于对激光加工的参数监控和过程信号监控；所述每个传感器均与编程运动控制器相连。其中加工参数监控包括激光切割参数，如激光功率、激光束焦点位置等，是切割质量的决定因素之一。加工参数监控用于对各个激光切割参数进行监测，并对不稳定的切割参数进行补偿，有助于保证切割过程的稳定性，进而保证切割质量。过程信号监控是指激光切割时，切割前沿的光（入射光、反射光、透射光）、声（辅助气流声、熔渣喷射爆炸声、切割振荡声）、热（传导热、辐射热、对流热）等辐射信号，直接或间接地反映着切割质量（切口尺寸精度、切口宽度、表面粗糙度、热影响区、波纹、挂渣等）。过程信号监测就是通过监测这些信号，根据过程信号与切割质量的对应关系，对切割稳定性和切割质量的变化作出判断，并采取措施来消除切割过程的不稳定性，避免切割缺陷的产生，进而保证切割质量。

本实用新型不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本实用新型，因此，凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (4)

1.一种数控加工激光切割控制器，其特征在于，包括工控机和PMAC运动控制卡，PMAC运动控制卡的一端通过ISA总线与工控机相连，另一端通过接口板与数控系统的交流伺服驱动器相连；并同时通过控制电路与激光器相连。

2.根据权利要求1所述的数控加工激光切割控制器，其特征在于，PMAC运动控制卡还与一气流调节器相连，所述气流调节器用于在激光切割过程中调节保护气体的流量。

3.根据权利要求1所述的数控加工激光切割控制器，其特征在于，所述数控加工激光切割控制器还包括一个或多个传感器，所述传感器用于对激光加工的参数监控和过程信号监控；所述每个传感器均与编程运动控制器相连。

4.根据权利要求1所述的数控加工激光切割控制器，其特征在于，所述激光器为Nd:YAG脉冲激光器。

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