一種激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及自動化控制技術(shù)，尤其是涉及一種激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其包括標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊，用以控制激光切割機(jī)的機(jī)床的基本運(yùn)動；與所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊相配合的激光功率控制模塊和切割頭高度控制模塊，其中，所述激光功率控制模塊用于對激光切割機(jī)的激光器的能量進(jìn)行控制，所述切割頭高度控制模塊用于對激光切割機(jī)的切割頭的高度進(jìn)行控制，以保證激光的焦點(diǎn)始終處于合適的位置。本發(fā)明能夠?qū)C(jī)床的運(yùn)行控制與激光功率控制及切割頭高度控制有機(jī)結(jié)合。
【專利說明】一種激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動化控制技術(shù)，尤其涉及到一種激光切割機(jī)的控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]激光切割機(jī)是通過激光束照射到工件表面，釋放能量使工件融化并蒸發(fā)從而實(shí)現(xiàn)切割的一種新型數(shù)控機(jī)床。由于普通的數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)不涉及到激光切割機(jī)的控制所必須的激光功率控制、切割頭高度控制等復(fù)雜的控制邏輯，因此現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)無法滿足激光切割機(jī)的控制要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，能夠?qū)C(jī)床的運(yùn)行控制與激光功率控制及切割頭高度控制有機(jī)結(jié)合。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其包括標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊，用以控制激光切割機(jī)的機(jī)床的基本運(yùn)動；其還包括與所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊相配合的激光功率控制模塊和切割頭高度控制模塊，其中，所述激光功率控制模塊用于對激光切割機(jī)的激光器的能量進(jìn)行控制，所述切割頭高度控制模塊用于對激光切割機(jī)的切割頭的高度進(jìn)行控制，以保證激光的焦點(diǎn)始終處于合適的位置。
[0005]本發(fā)明的更進(jìn)一步優(yōu)選方案是:所述激光功率控制模塊包括模擬電壓輸出單元，用以通過模擬電壓進(jìn)行激光能量控制；PWM脈沖輸出單元，用以通過PWM脈沖進(jìn)行激光能量控制。
[0006]本發(fā)明的更進(jìn)一步優(yōu)選方案是:所述激光功率控制模塊還包括功率值與脈沖形式設(shè)定單元，用以提供第一設(shè)置信號給該模擬電壓輸出單元并提供第二設(shè)置信號給該P(yáng)WM脈沖輸出單兀。
[0007]本發(fā)明的更進(jìn)一步優(yōu)選方案是:所述功率值與脈沖形式設(shè)定單元包括:現(xiàn)場可編程門陣列，用以給出所述第一設(shè)置信號；微處理器，用以給出所述第二設(shè)置信號。
[0008]本發(fā)明的更進(jìn)一步優(yōu)選方案是:所述第一設(shè)置信號為數(shù)字信號；所述模擬電壓輸出單元包括:數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元，用以將所述第一設(shè)置信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元相連的放大與濾波子單元，用以對所述數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元給出的模擬信號進(jìn)行放大和濾波處理后輸出給激光器。
[0009]本發(fā)明的更進(jìn)一步優(yōu)選方案是:所述模擬電壓輸出單元還包括:與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元相連的監(jiān)測子單元，用以對所述數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元給出的模擬信號進(jìn)行監(jiān)測，以防止異常輸出。
[0010]本發(fā)明的更進(jìn)一步優(yōu)選方案是:所述第二設(shè)置信號為脈沖信號；所述PWM脈沖輸出單元包括:隔離子單元，用以對該第二設(shè)置信號進(jìn)行光耦隔離處理；與所述隔離子單元相連的濾波子單元，用以對所述隔離子單元給出的脈沖信號進(jìn)行濾波處理后輸出給激光器。
[0011]本發(fā)明的更進(jìn)一步優(yōu)選方案是:所述PWM脈沖輸出單元還包括:與所述濾波子單元相連的脈沖電壓幅值選擇子單元，用以選擇確定輸出給激光器的脈沖電壓的幅值。
[0012]本發(fā)明的更進(jìn)一步優(yōu)選方案是:所述切割頭高度控制模塊包括距離傳感器、高度控制單元以及軸驅(qū)動單元，所述高度控制單元根據(jù)所述距離傳感器提供的高度信號與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)高度之間的差值，向所述軸驅(qū)動單元給出控制信號以控制所述激光切割機(jī)的軸的運(yùn)動。
[0013]本發(fā)明的更進(jìn)一步優(yōu)選方案是:所述高度控制單元包括差分處理子單元，用以對所述距離傳感器提供的模擬信號和與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)高度相對應(yīng)的設(shè)置值進(jìn)行差分和放大處理給出；與所述差分處理子單元相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元，用以對所述差分處理子單元給出的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字化的控制信號給所述軸驅(qū)動單元。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于，能夠?qū)C(jī)床的運(yùn)行控制與激光功率控制及切割頭高度控制有機(jī)結(jié)合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0016]圖1為本發(fā)明激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖3為本發(fā)明中激光功率控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖4為本發(fā)明中切割頭高度控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖5為本發(fā)明模擬電壓輸出單元中數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元及放大與濾波子單元的電原理圖。
[0021]圖6為本發(fā)明模擬電壓輸出單元中監(jiān)測子單元的電原理圖。
[0022]圖7為本發(fā)明PWM脈沖輸出單元的電原理圖。
[0023]圖8為本發(fā)明高度控制單元中數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元的電原理圖。
[0024]圖9為本發(fā)明高度控制單元中差分處理子單元的電原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]現(xiàn)結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較佳實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0026]圖1為本發(fā)明激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中激光功率控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例中切割頭高度控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)主要包括:標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊1，以及與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊I相配合的激光功率控制模塊2和切割頭高度控制模塊3。
[0028]如圖2所示，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊I與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本一致，包含相互配合的運(yùn)動控制單元11和機(jī)床邏輯控制單元12兩大部分。其中，運(yùn)動控制單元11主要是對激光切割機(jī)的各個軸的運(yùn)動進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的切割運(yùn)動。機(jī)床邏輯控制單元12主要是通過數(shù)字量I/O 口對機(jī)床的各個邏輯部件進(jìn)行控制。
[0029]如圖3所示，激光功率控制模塊2的主要作用是對激光器9的功率進(jìn)行控制。激光功率控制模塊2主要包括:功率值與脈沖形式設(shè)定單元21，模擬電壓輸出單元22以及PWM脈沖輸出單元23。激光功率控制模塊2的工作原理大致是:采用模擬量I/O和PWM脈沖相結(jié)合的方式對激光器9的功率進(jìn)行控制，其中，功率值的設(shè)定和/或PWM脈沖形式的設(shè)定可以通過功率值與脈沖形式設(shè)定單元21來實(shí)現(xiàn)。模擬電壓輸出單元22可以輸出O-1OV之間的任意電壓值，分別對應(yīng)激光器9從最小功率到最大功率之間的功率值,通過電壓大小的變化可以改變激光器9的最終輸出功率。PWM脈沖輸出單元23主要用來產(chǎn)生脈沖激光，通過改變輸出脈沖的占空比和頻率可以得到不同形式的脈沖激光，從而使得激光切割機(jī)在切割過程中對激光功率的控制更加靈活。
[0030]功率值與脈沖形式設(shè)定單元21包括:FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)，用以給出第一設(shè)置信號給模擬電壓輸出單元22;微處理器，用以給出第二設(shè)置信號給PWM脈沖輸出單元23。具體而言，功率值是通過FPGA的計算來實(shí)現(xiàn)的，F(xiàn)PGA將計算出的功率值傳輸給模擬電壓輸出單元22，模擬電壓輸出單元22對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并放大輸出。脈沖的形式是通過微處理器計算來實(shí)現(xiàn)的，微處理器將計算出的脈沖傳輸給PWM脈沖輸出單元23，PWM脈沖輸出單元23對脈沖進(jìn)行處理后再進(jìn)行輸出。
[0031]模擬電壓輸出單元22包括:數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元，用以將第一設(shè)置信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；與數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元相連的放大與濾波子單元，用以對數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元給出的模擬信號進(jìn)行放大和濾波處理后輸出給激光器；以及與數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元相連的監(jiān)測子單元，用以對數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元給出的模擬信號進(jìn)行監(jiān)測，以防止異常輸出。
[0032]圖5為模擬電壓輸出單元22中數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元及放大與濾波子單元的電原理圖。參見圖5，數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元和放大與濾波子單元主要由運(yùn)算放大器Ul 1A、U11B、U12A和U12B及其外圍電路構(gòu)成，可以將FPGA給出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并進(jìn)行放大和濾波處理，得到精準(zhǔn)的模擬電壓。
[0033]圖6為模擬電壓輸出單元22中監(jiān)測子單元的電原理圖。參見圖6，監(jiān)測子單元主要由運(yùn)算放大器U13A、U13B、U13C、U13D、U14A、U14B、U14C和U14D及其外圍電路構(gòu)成，可以對輸出的模擬電壓值進(jìn)行監(jiān)測，防止異常輸出。
[0034]PWM脈沖輸出單元23包括:隔離子單元，用以對第二設(shè)置信號進(jìn)行光耦隔離處理；與隔離子單元相連的濾波子單元，用以對隔離子單元給出的脈沖信號進(jìn)行濾波處理后輸出給激光器；以及與濾波子單元相連的脈沖電壓幅值選擇子單元，用以選擇確定輸出給激光器的脈沖電壓的幅值。
[0035]圖7為PWM脈沖輸出單元23的電原理圖。參見圖7，隔離子單元主要由光耦器U3及其外圍電路構(gòu)成，可以對微處理器輸出的脈沖信號進(jìn)行隔離。濾波子單元主要由三極管Q3及其外圍電路構(gòu)成，可以對隔離后的脈沖信號進(jìn)行濾波處理，以提高抗干擾能力。脈沖電壓幅值選擇子單元主要由開關(guān)SI構(gòu)成，可以根據(jù)實(shí)際需要對開關(guān)SI進(jìn)行切換，來選擇脈沖電壓的幅值為24V或者是5V。
[0036]如圖4所示，切割頭高度控制模塊3主要用來調(diào)整切割頭與板材之間的距離，保證激光光束的焦點(diǎn)始終處于合適的位置。切割頭高度控制模塊3主要包括:距離傳感器31，高度控制單元32以及軸驅(qū)動單元33。切割頭高度控制模塊3的工作原理大致是:首先，需要根據(jù)激光光束焦點(diǎn)為切割頭設(shè)定一個標(biāo)準(zhǔn)位置，切割頭與板材之間的實(shí)際距離通過距離傳感器31來測量，測量的結(jié)果會以模擬電壓的形式提供給高度控制單元32，電壓值的范圍在0-10V之間，與切割頭距離板材的高度相對應(yīng)。高度控制單元32將接收到的實(shí)際位置所對應(yīng)的電壓信號與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)位置所對應(yīng)的電壓信號進(jìn)行比較，并根據(jù)差值經(jīng)由軸驅(qū)動單元33來控制相應(yīng)軸的運(yùn)動，從而對切割頭高度進(jìn)行調(diào)整。
[0037]高度控制單元32包括差分處理子單元，用以對所述距離傳感器31提供的模擬信號和與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)高度相對應(yīng)的設(shè)置值進(jìn)行差分和放大處理給出；與所述差分處理子單元相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元，用以對所述差分處理子單元給出的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字化的控制信號給所述軸驅(qū)動單元33。
[0038]圖9為高度控制單元32中差分處理子單元的電原理圖。參見圖9，差分處理子單元主要由比較器U20A、U20B、U20C、U20D及其外圍電路構(gòu)成，用以將實(shí)際距離與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)之間的差異轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號。在本實(shí)施例中，切割頭高度與模擬電壓值之間是線性關(guān)系O
[0039]圖8為高度控制單元32中數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元的電原理圖。參見圖8，數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元主要由數(shù)模轉(zhuǎn)換器U21及其外圍電路構(gòu)成，用以將差分處理子單元給出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送給軸驅(qū)動單元33。
[0040]本發(fā)明的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，通過將機(jī)床的運(yùn)行控制與激光功率控制及切割頭高度控制有機(jī)結(jié)合，能夠高效地控制激光切割機(jī)。其中，激光能量控制模塊2能夠?qū)す饽芰窟M(jìn)行靈活的控制，可以根據(jù)需要改變激光器9輸出的功率和脈沖形式。切割頭高度控制模塊3能夠?qū)す馇懈顧C(jī)切割頭的高度進(jìn)行控制，保證激光的焦點(diǎn)始終處于合適的位置。
[0041]值得一提的是，在其他實(shí)施例中，激光功率控制模塊2可以只采用模擬電壓控制或PWM脈沖控制，換言之，模擬電壓輸出單元22和PWM脈沖輸出單元23 二者只需其中之一即可。在切割頭高度控制模塊3中，切割頭高度與模擬電壓值之間也可以是非線性關(guān)系。
[0042]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以對上述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改和替換，都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其包括標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊，用以控制激光切割機(jī)的機(jī)床的基本運(yùn)動；其特征在于，其還包括與所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控平臺模塊相配合的激光功率控制模塊和切割頭高度控制模塊，其中，所述激光功率控制模塊用于對激光切割機(jī)的激光器的能量進(jìn)行控制，所述切割頭高度控制模塊用于對激光切割機(jī)的切割頭的高度進(jìn)行控制，以保證激光的焦點(diǎn)始終處于合適的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述激光功率控制模塊包括模擬電壓輸出單元，用以通過模擬電壓進(jìn)行激光能量控制；PWM脈沖輸出單元，用以通過PWM脈沖進(jìn)行激光能量控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述激光功率控制模塊還包括功率值與脈沖形式設(shè)定單元，用以提供第一設(shè)置信號給該模擬電壓輸出單元并提供第二設(shè)置信號給該P(yáng)WM脈沖輸出單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述功率值與脈沖形式設(shè)定單元包括:現(xiàn)場可編程門陣列，用以給出所述第一設(shè)置信號；微處理器，用以給出所述第二設(shè)置信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述第一設(shè)置信號為數(shù)字信號；所述模擬電壓輸出單元包括:數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元，用以將所述第一設(shè)置信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元相連的放大與濾波子單元，用以對所述數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元給出的模擬信號進(jìn)行放大和濾波處理后輸出給激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述模擬電壓輸出單元還包括:與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元相連的監(jiān)測子單元，用以對所述數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元給出的模擬信號進(jìn)行監(jiān)測，以防止異常輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述第二設(shè)置信號為脈沖信號；所述PWM脈沖輸出單元包括:隔離子單元，用以對該第二設(shè)置信號進(jìn)行光耦隔離處理；與所述隔離子單元相連的濾波子單元，用以對所述隔離子單元給出的脈沖信號進(jìn)行濾波處理后輸出給激光器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述PWM脈沖輸出單元還包括:與所述濾波子單元相連的脈沖電壓幅值選擇子單元，用以選擇確定輸出給激光器的脈沖電壓的幅值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述切割頭高度控制模塊包括距離傳感器、高度控制單元以及軸驅(qū)動單元，所述高度控制單元根據(jù)所述距離傳感器提供的高度信號與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)高度之間的差值，向所述軸驅(qū)動單元給出控制信號以控制所述激光切割機(jī)的軸的運(yùn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述高度控制單元包括差分處理子單元，用以對所述距離傳感器提供的模擬信號和與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)高度相對應(yīng)的設(shè)置值進(jìn)行差分和放大處理給出；與所述差分處理子單元相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換子單元，用以對所述差分處理子單元給出的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字化的控制信號給所述軸驅(qū)動單J Li ο
【文檔編號】G05B19/414GK104360642SQ201410653074
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】封雨鑫, 陳燚, 李 榮, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳大族彼岸數(shù)字控制軟件技術(shù)有限公司