專利名稱：激光加工系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以是各種基于激光的加工形式， 更具體來說，本發(fā)明是對激光加工系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)及控制方式的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
激光光源輸出的激光，通過調(diào)整光路后以高精度照射夾持在運動平臺上的 加工對象的預(yù)定位置，從而完成焊接、切割、雕刻、打標(biāo)、毛化、溶覆等各種 激光加工工藝。在加工的過程中，當(dāng)執(zhí)行直線段的加工時，加工對象通常相對
于調(diào)整光路有一個加速的起動過程、勻速直線運動過程、一個減速的停止過程； 當(dāng)執(zhí)行圓弧段的加工時，加工對象也會有加速、減速過程；并且一個加工對象 的各個部分可能還會存在厚度不相同或者材料不相同的情況?，F(xiàn)有的激光加工 系統(tǒng)，激光光源在整個加工過程中輸出的激光具有恒定的功率，則當(dāng)加工對象 的運動速度發(fā)生變化時或者當(dāng)加工對象的厚度等材料屬性不同時，會造成各段 熱效應(yīng)不等并直接導(dǎo)致加工質(zhì)量不同，某些部分由于受熱過多而灼傷、某些部 分過冷而加工不足等。雖然可以通過手動調(diào)整激光光源的功率的方法來改善上 述情況，目前還沒有一種激光加工系統(tǒng)能夠?qū)崟r根據(jù)加工對象的運動狀態(tài)做出 調(diào)整、使得加工對象獲得均勻一致的激光功率；更沒有一種激光加工系統(tǒng)能夠 實時根據(jù)加工對象的運動狀態(tài)及材料屬性做出調(diào)整、使得加工對象在不同的屬 性段獲得與之相應(yīng)且均勻一致的激光功率，使加工對象沿加工路徑方向上的熱 效應(yīng)差異最大限度地降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種激光加工系統(tǒng)，該 系統(tǒng)能夠根據(jù)加工情況進(jìn)行調(diào)整，從而使得沿著加工對象的加工路徑能夠獲得 均一的加工質(zhì)量。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種激光加工系統(tǒng)，包括 用于承載加工對象的運動平臺，所述的運動平臺具有連續(xù)加工模式； 用于產(chǎn)生激光的激光光源；
用于調(diào)整激光光源輸出的激光并將其照射在加工對象上的調(diào)整光路； 用于接收運動平臺的至少運動速度反饋數(shù)值后，通過調(diào)整激光光源輸出的 激光的峰值功率P、調(diào)制頻率/、脈寬w中的至少一項，以使得，本系統(tǒng)沿著任
意加工路徑加工時，照射在加工對象上的激光在沿著加工路徑的單位長度上和
在單位時間內(nèi)具有一致的平均功率？的控制器；
其中，？ = JP.W./且(W〈1//)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的又一種技術(shù)方案是 一種激光加工系統(tǒng)， 包括
用于承載加工對象的運動平臺，所述的運動平臺具有分段連續(xù)加工模式； 用于產(chǎn)生激光的激光光源；
用于調(diào)整激光光源輸出的激光并將其照射在加工對象上的調(diào)整光路； 用于接收運動平臺的至少運動速度反饋數(shù)值及位置反饋數(shù)值后，通過調(diào)整
該加工段上的激光光源輸出的激光的峰值功率Pn、調(diào)制頻率/n、脈寬Wn中的至
少一項，以使得，本系統(tǒng)沿著任意加工路徑加工時，照射在加工對象上的激光
在沿著加工路徑的單位長度上和在單位時間內(nèi)具有分段一致的平均功率》"的控 制器；
其中，且— <1// )。
由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明所獲得的一種激光加工系統(tǒng)能夠?qū)崟r根據(jù) 加工對象的相對運動狀態(tài)，以及材料屬性，做出調(diào)整、使得加工對象在不同的 屬性段獲得與之相應(yīng)且均勻一致的激光功率，使加工對象沿加工路徑的方向上 的熱效應(yīng)差異最大限度地降低而得到接近一致的加工質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明的原理其中，1、運動平臺，2、加工對象，3、控制器，4、激光光源，5、調(diào)整 光路。
具體實施例方式
實施例1
一種激光加工系統(tǒng)，用于加工沿著加工路徑具有連續(xù)屬性的加工對象2,該 系統(tǒng)包括
用于承載加工對象2的運動平臺1,所述的運動平臺1具有連續(xù)加工模式； 用于產(chǎn)生激光的激光光源4;
用于調(diào)整激光光源4輸出的激光并將其照射在加工對象2上的調(diào)整光路5; 用于實時接收運動平臺1的至少運動速度V反饋數(shù)值后，通過調(diào)整激光光
源4輸出的激光的峰值功率P、脈寬w、調(diào)制頻率/中的至少一項，以使得，本
系統(tǒng)沿著任意加工路徑加工時，照射在加工對象2上的激光在沿著加工路徑的
單位長度上和在單位時間內(nèi)具有一致的平均功率^的控制器3。
采用上述結(jié)構(gòu)的激光加工系統(tǒng)，當(dāng)運動平臺1出現(xiàn)加速、減速的狀態(tài)時，
控制器3能夠?qū)ζ骄β?？做出實時的調(diào)整，以使得當(dāng)運動平臺1的運動速度V
變化時，平均功率^隨之同趨勢變化，則能夠確保每處的加工質(zhì)量均一。
現(xiàn)有的激光加工系統(tǒng)的運動平臺1,為了確保加工對象2的精確定位與準(zhǔn)確 運動，運動平臺l具有位置反饋、運動速度反饋、運動加速度反饋等反饋環(huán)節(jié)， 以實現(xiàn)對加工對象2的更好控制。其中運動速度反饋是運動平臺1的基本要求， 可以采用光尺來檢測運動平臺1的運動速度。本控制器所接收的運動平臺1的 運動速度V反饋數(shù)值是從運動平臺1的運動速度反饋中讀取的。
由于存在如下關(guān)系式P:fvv/且—<1//)，則控制器3可以通過調(diào)整峰值 功率P、脈寬w、調(diào)制頻率/中的任意一項、任意兩項的組合、三項的組合來達(dá) 到調(diào)整平均功率^的目的，優(yōu)選調(diào)整其中的任意一項的方式。
實施例2
一種激光加工系統(tǒng)，用于加工沿著加工路徑具有分段連續(xù)屬性的加工對象 2,該系統(tǒng)包括用于承載加工對象2的運動平臺1,所述的運動平臺l具有根 據(jù)加工對象2的屬性而分段連續(xù)加工的加工模式；
用于產(chǎn)生激光的激光光源4;
用于調(diào)整激光光源4輸出的激光并將其照射在加工對象2上的調(diào)整光路5; 用于實時接收運動平臺1的至少運動速度V反饋數(shù)值及位置反饋數(shù)值后，
通過調(diào)整該加工段上的激光光源4輸出的激光的峰值功率Pn、調(diào)制頻率/n、脈
寬Wn中的至少一項，以使得，本系統(tǒng)沿著任意加工路徑加工時，照射在加工對 象2上的激光在沿著加工路徑的單位長度上和在單位時間內(nèi)具有分段一致的平
均功率A的控制器3。
采用上述結(jié)構(gòu)的激光加工系統(tǒng)，主要用于加工沿著加工路徑厚度不一致或 者材料不相同的加工對象2。此時運動平臺1會根據(jù)加工對象2的實際情況自動
設(shè)定加工流程，或者由操作工手動編排加工流程，對于不同段的加工對象2采 用不同加工速度、設(shè)置不同峰值功率。作為本發(fā)明來說，控制器3需要結(jié)合運 動平臺1的加工流程來做出適當(dāng)調(diào)整，運動平臺1根據(jù)加工對象2不同段的特 點做出不同的加工流程設(shè)置，加工對象2的不同段之間的信息通過運動平臺1 的位置反饋信息來表達(dá)，該位置反饋信息也被控制器3讀取，從而使得控制器3 能夠與運動平臺1同步調(diào)整，使得加工對象2獲得分段均勻的加工質(zhì)量。
由于存在如下關(guān)系式叉=尸 .氣./ 且(氣<1// )，控制器3依據(jù)速度及材料屬 性分段調(diào)整算法如下
1.在調(diào)制頻率/ 和脈寬，不變的情況下，控制器3實時輸出激光光源4的瞬時峰
0".V'Pmaxn/
值功率控制量A
/ v max n
2. 在峰值功率Pn和脈寬^不變的情況下，控制器3實時輸出激光光源4的瞬時調(diào)
制頻率控制量/"="〗.V . y鵬( W < 1 / / max "且W < 1 / / );
/ Vmaxn
3. 在峰值功率Pn和調(diào)制頻率/n不變的情況下，控制器3實時輸出激光光源4的瞬
時脈寬控制量w"-"〖.V.w咖xX^ (/ <1/ 鵬"且/ <1/懶)；
/ Vmaxn
4. 在峰值功率Pn不變的情況下，控制器3實時計算或査表找到相應(yīng)的調(diào)制頻率和
脈寬控制量去控制激光光源4，并使得Hv/^"'V'w鵬"鵬X^ ;
/V max n
5. 控制器3實時計算或査表找到相應(yīng)的工作峰值功率、調(diào)制頻率和脈寬控制量去
控制激光光源4，并使得/^w/^":'V ,"'w,"
其中,
n一
到)；
P
一當(dāng)前所在的加工段(可依據(jù)嵌入加工指令或當(dāng)前運動平臺1的位置判斷得 -激光光源4輸出的激光的第11段的最大峰值功率，Pn——激光光源4 輸出的激光的第n段的實時峰值功率；
<——第n段加工工藝常數(shù)(可依據(jù)各種加工工藝或材料屬性來設(shè)置)，i表示上述5種
控制方式；
V——當(dāng)前運動平臺1的實時速度； V max n ~~S動平臺1第n段加工最大速度； .——激光光源4輸出的激光的第n段的最大調(diào)制頻率，/n——激光光源4輸
出的激光的第n段的實時調(diào)制頻率；
Wmax ——激光光源4輸出的激光的第n段的最大調(diào)制脈寬， ——激光光源4輸 出的激光的第n段的實時脈寬。
實施例3
如實施例1所述的激光加工系統(tǒng)，控制器3還獲取運動平臺1的加速度A 反饋數(shù)值。則當(dāng)運動平臺1出現(xiàn)加速、減速的狀態(tài)時，控制器3能夠?qū)ζ骄?br> 率^做出實時的調(diào)整，則控制器3能夠?qū)崟r做出反應(yīng)，減少了延時。 實施例4
如實施例2所述的激光加工系統(tǒng)，控制器3還獲取運動平臺1的加速度A 反饋數(shù)值。則當(dāng)運動平臺1出現(xiàn)加速、減速的狀態(tài)時，控制器3能夠?qū)ζ骄?br> 率^做出實時的調(diào)整，則控制器3能夠?qū)崟r做出反應(yīng)，減少了延時。
控制器3在輸出控制量時，需要加入加速度參數(shù)A的影響。因此控制器3 依據(jù)速度、加速度及材料屬性分段調(diào)整算法如下
1. 在調(diào)制頻率/ 和脈寬m不變的情況下，控制器3實時輸出激光光源4的瞬時峰
值功率控制量尸<formula>complex formula see original document page 7</formula>
2. 在峰值功率Pn和脈寬^不變的情況下，控制器3實時輸出激光光源4的瞬時調(diào)
制頻率控制量<formula>complex formula see original document page 7</formula>
3. 在峰值功率Pn和調(diào)制頻率/n不變的情況下，控制器3實時輸出激光光源4的瞬
時脈寬控制量<formula>complex formula see original document page 7</formula>
4. 在峰值功率Pn不變的情況下，控制器3實時計算或査表找到相應(yīng)的調(diào)制頻率和
脈寬控制量去控制激光光源 4, 并使得
5.控制器3實時計算或査表找到相應(yīng)的工作峰值功率、調(diào)制頻率和脈寬控制量去 控制激光光源4， 并使得
其中，Amaxn——運動平臺1第n段加工最大加速度；A——當(dāng)前運動平臺1的實時加 速度；其它符號同實施例2。
實施例5
如實施例l、 2、 3、 4中所述的激光加工系統(tǒng)，激光光源4可能不具備峰值 功率調(diào)整單元，例如在某些場合中，激光光源4具有工作電壓U調(diào)整單元，以 實現(xiàn)對其輸出的激光的峰值功率的調(diào)整；某些場合中，激光光源4具有工作電 流I調(diào)整單元，以實現(xiàn)對其輸出的激光的峰值功率的調(diào)整。通過改變工作電壓U 或者工作電流I來實現(xiàn)對峰值功率的調(diào)整也是能夠被接受的。
實施例6
如實施例l、 2、 3、 4中所述的激光加工系統(tǒng)，激光光源4自身可能不具備 脈寬調(diào)制功能及頻率調(diào)制功能，而是通過外設(shè)的脈寬調(diào)制器及頻率調(diào)制器來實 現(xiàn)輸出激光的脈寬調(diào)制及頻率調(diào)制，通過調(diào)整外設(shè)的脈寬調(diào)制器及頻率調(diào)制器 來調(diào)整激光光源4的輸出激光的脈寬及調(diào)制頻率也是能夠被接受的。
以上實施例是用來對權(quán)利要求進(jìn)行解釋，并非用于對權(quán)利要求的限定，本 發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種激光加工系統(tǒng)，包括用于承載加工對象的運動平臺，所述的運動平臺具有連續(xù)加工模式；用于產(chǎn)生激光的激光光源；用于調(diào)整激光光源輸出的激光并將其照射在加工對象上的調(diào)整光路；其特征在于該激光加工系統(tǒng)還包括用于接收運動平臺的至少運動速度反饋數(shù)值后，通過調(diào)整激光光源輸出的激光的峰值功率P、調(diào)制頻率f、脈寬w中的至少一項，以使得，本系統(tǒng)沿著任意加工路徑加工時，照射在加工對象上的激光在沿著加工路徑的單位長度上和在單位時間內(nèi)具有一致的平均功率P的控制器；其中，P＝P·w·f且(w＜1/f)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述的控制器接收 運動平臺的實時反饋數(shù)據(jù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述的控制器實時調(diào)整峰值功率P、調(diào)制頻率/、脈寬w中的任意一項。
4、 一種激光加工系統(tǒng)，包括用于承載加工對象的運動平臺，所述的運動平臺具有分段連續(xù)加工模式； 用于產(chǎn)生激光的激光光源；用于調(diào)整激光光源輸出的激光并將其照射在加工對象上的調(diào)整光路； 其特征在于該激光加工系統(tǒng)還包括用于接收運動平臺的至少運動速度反 饋數(shù)值及位置反饋數(shù)值后，通過調(diào)整該加工段上的激光光源輸出的激光的峰值功率Pn、調(diào)制頻率/n、脈寬Wn中的至少一項，以使得，本系統(tǒng)沿著任意加工路徑加工時，照射在加工對象上的激光在沿著加工路徑的單位長度上和在單位時間內(nèi)具有分段一致的平均功率A的控制器；其中，<formula>see original document page 2</formula>。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光加工系統(tǒng)，包括用于承載加工對象的運動平臺，所述的運動平臺具有分段連續(xù)加工模式；用于產(chǎn)生激光的激光光源；用于調(diào)整激光光源輸出的激光并將其照射在加工對象上的調(diào)整光路；用于接收運動平臺的至少運動速度反饋數(shù)值及位置反饋數(shù)值后，通過調(diào)整該加工段上的激光光源輸出的激光的峰值功率P_n、調(diào)制頻率f_n、脈寬w_n中的至少一項，以使得，本系統(tǒng)沿著任意加工路徑加工時，照射在加工對象上的激光在沿著加工路徑的單位長度上和在單位時間內(nèi)具有分段一致的平均功率P_n的控制器。本系統(tǒng)的采用能夠使得加工對象沿加工路徑的方向上的熱效應(yīng)差異最大限度地降低而得到接近一致的加工質(zhì)量。
文檔編號B23K26/08GK101342636SQ20081002171
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者軍 寧 申請人:昆山思拓機(jī)器系統(tǒng)有限公司