激光加工头气压监控方法、装置及存储介质与流程

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光加工头气压监控方法、装置及存储介质。

背景技术：

现有的激光加工头，虽然具有高功率厚板加工能力，但是激光加工头内部气压检测功能缺少或不完善，无法在激光加工头工作时监控气体气压是否满足生产要求，只会等出现加工质量下降或严重异常情况时才进行停机检查，不便于激光加工头的维护和安全问题的及时发现。

技术实现要素：

本申请提供了一种激光加工头气压监控方法、装置及存储介质，可以解决现有技术中无法在激光加工头工作时监控气体气压的技术问题。

本发明第一方面提供一种激光加工头气压监控方法，该方法包括：

获取预置的气压传感器检测到的气压值，所述气压值为待监控的激光加工头对应的工作气压值；

将获取到的气压值发送至预置的控制器，由所述控制器按照所述气压值与预置的控制算法调节所述激光加工头对应的工作气压值；

监测所述气压传感器对应的气压值，当所述气压传感器对应的气压值未处于预设的气压值取值区间内时，输出气压报警信号。

可选的，所述控制器为pid控制器，所述控制算法为神经网络控制算法，所述将获取到的气压值发送至预置的控制器，由所述控制器按照所述气压值与预置的控制算法调节所述激光加工头对应的工作气压值，包括：

通过所述神经网络控制算法，确定所述pid控制器对应的控制参数；

将所述控制参数发送至所述pid控制器，由所述pid控制器基于所述控制参数对所述激光加工头对应的工作气压值进行调节。

可选的，所述监测所述气压传感器对应的气压值的步骤之后，所述方法还包括：

将监测到的所述气压传感器对应的气压值转换为气压变化曲线图，并将转换后的气压变化曲线图发送至预置的数控显示系统进行显示。

可选的，所述输出气压报警信号的步骤之后，还包括：

向所述激光加工头输出预设的停机信号，以使所述激光加工头停止工作。

本发明第二方面提供一种激光加工头气压监控装置，该装置包括：

获取模块，用于获取预置的气压传感器检测到的气压值，所述气压值为待监控的激光加工头对应的工作气压值；

调节模块，用于将获取到的气压值发送至预置的控制器，由所述控制器按照所述气压值与预置的控制算法调节所述激光加工头对应的工作气压值；

报警模块，用于监测所述气压传感器对应的气压值，当所述气压传感器对应的气压值未处于预设的气压值取值区间内时，输出气压报警信号。

可选的，所述控制器为pid控制器，所述控制算法为神经网络控制算法，所述调节模块具体包括：

参数确定模块，用于通过所述神经网络控制算法，确定所述pid控制器对应的控制参数；

气压调节模块，用于将所述控制参数发送至所述pid控制器，由所述pid控制器基于所述控制参数对所述激光加工头对应的工作气压值进行调节。

可选的，所述装置还包括：

显示模块，用于将监测到的所述气压传感器对应的气压值转换为气压变化曲线图，并将转换后的气压变化曲线图发送至预置的数控显示系统进行显示。

可选的，所述报警模块还用于：

向所述激光加工头输出预设的停机信号，以使所述激光加工头停止工作。

本发明第三方面提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本发明第一方面提供的激光加工头气压监控方法的各个步骤。

本发明所提供的激光加工头气压监控方法，包括：获取预置的气压传感器检测到的气压值，该气压值为待监控的激光加工头对应的工作气压值；将获取到的气压值发送至预置的控制器，由该控制器按照上述气压值与预置的控制算法调节激光加工头对应的工作气压值；监测气压传感器对应的气压值，当气压传感器对应的气压值未处于预设的气压值取值区间内时，输出气压报警信号。相较于现有技术而言，本发明不仅可以检测激光加工头对应的工作气压值，还可以通过预置的控制算法与控制器，根据加工环境对激光加工头的工作气压进行自适应调节，降低人为操作及环境干扰，以及在气压值出现异常时及时进行报警提示，从而保证激光加工头稳定、安全的工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中激光加工头气压监控方法的步骤流程示意图；

图2为本发明实施例中神经网络控制算法所采用神经网络的结构示意图；

图3为本发明实施例中激光加工头气压监控装置的程序模块示意图；

图4为本发明实施例中提供的激光加工头气压监控系统的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例中激光加工头气压监控方法的步骤流程示意图，本实施例中，上述激光加工头气压监控方法包括：

步骤101、获取预置的气压传感器检测到的气压值，所述气压值为待监控的激光加工头对应的工作气压值。

本实施例中，可以在激光加工头内部嵌入气压传感器，由该气压传感器来检测激光加工头内部的工作气压值。其中，上述气压传感器主要采用超稳扩散硅压阻及金属应变原理进行气压检测。

步骤102、将获取到的气压值发送至预置的控制器，由所述控制器按照所述气压值与预置的控制算法调节所述激光加工头对应的工作气压值。

本实施例中，由于在实际测试中，激光加工头在运行过程当中，工作气压值会处于小范围不规则、锯齿形的波动之中。这种波动使常规控制算法的控制品质下降。在实际工况中，要求采样环节必须能够在较大温度范围内进行a/d转换，这就必然导致监控系统接收的反馈信号有较大误差。

因此，本实施例中，可以采用pid控制器作为上述预置的控制器，采用神经网络控制算法作为上述预置的控制算法。则上述步骤102可以细化为以下步骤：

步骤a、通过所述神经网络控制算法，确定所述pid控制器对应的控制参数。

步骤b、将所述控制参数发送至所述pid控制器，由所述pid控制器基于所述控制参数对所述激光加工头对应的工作气压值进行调节。

其中，pid控制器又称“比例-积分-微分控制器”，由比例单元(p)、积分单元(i)和微分单元(d)组成。

具体的，pid控制器采用的计算原理可以用以下公式表示：

δu(k)＝kp[e(k)-e(k-1)]+ki[e(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

将kp、ki和kd看作为依赖于系统运行状态的可调参数时，上式可表示为：

δu(k)＝f[kp,ki,kd,e(k),e(k-1),e(k-2)]

其中，f[·]是时变非线性函数。

其中，上述神经网络控制算法采用三层神经网络，包括输入层、隐含层及输出层，具体结构参见图2，图2为本发明实施例中神经网络控制算法所采用神经网络的结构示意图。该神经网络输入层含有m个输入节点，对应控制系统的状态量；隐含层含有q个隐节点；输出层含有3个输出节点，分别对应于pid控制器的kp、ki和kd三个参数。

网络输入层的输入为x(i)，输出为：

o′i＝x(i)(i＝1,2,...,m)

网络隐含层的输入、输出为：

o″j(k)＝f[net″j(k)]

网络输出层的输入、输出为：

o″′l(k)＝g[net″′l(k)]

输出层的输出节点与pid参数一一对应，如下：

引入性能指标函数：

进而得出bp网络输出层权值的学习算法为：

δw″′lj(k)＝ηδ″′lo″j(k)+αδw″′lj(k)(k-1)

式中，

隐含层加权系数的学习算法为：

δw″ji(k)＝ηδ″jo′i(k)+αδw″ji(k-1)

式中，g′(·)＝g(x)(1-g(x)),f′(·)＝(1-f²(x))/2。

上述神经网络控制算法在不增加算法复杂度的情况下，能够加快收敛速度，提高算法的学习效率，并且能够使共轭梯度方向实现全局最优，适合用于pid控制器参数的在线自整定调节。

本实施例中，可以设计一个3-5-3的神经网络模型，以气压控制系统为时变非线性对象，由控制理论算法可以近似为：

其中，μ(k)为慢时变的系数。设激光头内温度等干扰信号为阶跃信号μ(k)，μ(k)＝1.0，初始权值可以先随机选取，等系统运行后再用稳定权值代替随机权值。

即本发明实施例中，可以预先建立一个神经网络控制模型，然后将气压传感器检测到的气压值作为输入数据输入上述神经网络控制模型，由该神经网络控制模型输出pid控制器对应的三个参数kp、ki和kd，然后进一步的，由上述pid控制器按照输出的参数kp、ki和kd，调节激光加工头对应的工作气压值，从而使激光加工头对应的工作气压值快速趋于稳定。

步骤103、监测所述气压传感器对应的气压值，当所述气压传感器对应的气压值未处于预设的气压值取值区间内时，输出气压报警信号。

本发明所提供的激光加工头气压监控方法，包括：获取预置的气压传感器检测到的气压值，该气压值为待监控的激光加工头对应的工作气压值；将获取到的气压值发送至预置的控制器，由该控制器按照上述气压值与预置的控制算法调节激光加工头对应的工作气压值；监测气压传感器对应的气压值，当气压传感器对应的气压值未处于预设的气压值取值区间内时，输出气压报警信号。相较于现有技术而言，本发明不仅可以检测激光加工头对应的工作气压值，还可以通过预置的控制算法与控制器，根据加工环境对激光加工头的工作气压进行自适应调节，降低人为操作及环境干扰，以及在气压值出现异常时及时进行报警提示，从而保证激光加工头稳定、安全的工作。

进一步的，基于上述实施例，本实施例中，在监测所述气压传感器对应的气压值的步骤之后，上述方法还包括：

将监测到的所述气压传感器对应的气压值转换为气压变化曲线图，并将转换后的气压变化曲线图发送至预置的数控显示系统进行显示。

本实施例中，为了方便用户更加直观、清楚的了解激光加工头对应的工作气压值，可以将监测到的气压传感器对应的气压值转换为气压变化曲线图，并将转换后的气压变化曲线图发送至预置的数控显示系统进行显示。

进一步的，本实施例中，在输出气压报警信号的步骤之后，上述方法还包括：

向所述激光加工头输出预置的停机信号，以使所述激光加工头停止工作。

另外，本实施例中，还可以将监测到的气压传感器对应的气压值，存储至预置的存储器，方便技术人员读取数据，分析激光头内部气体压力工作状况及维修。

本发明实施例还提供一种激光加工头气压监控装置，具体请参照图3，图3为本发明实施例中激光加工头气压监控装置的程序模块示意图，本发明实施例中，上述激光加工头气压监控装置包括：

获取模块301，用于获取预置的气压传感器检测到的气压值，所述气压值为待监控的激光加工头对应的工作气压值。

调节模块302，用于将获取到的气压值发送至预置的控制器，由所述控制器按照所述气压值与预置的控制算法调节所述激光加工头对应的工作气压值。

报警模块303，用于监测所述气压传感器对应的气压值，当所述气压传感器对应的气压值未处于预设的气压值取值区间内时，输出气压报警信号。

本发明所提供的激光加工头气压监控装置，可以实现：获取预置的气压传感器检测到的气压值，该气压值为待监控的激光加工头对应的工作气压值；将获取到的气压值发送至预置的控制器，由该控制器按照上述气压值与预置的控制算法调节激光加工头对应的工作气压值；监测气压传感器对应的气压值，当气压传感器对应的气压值未处于预设的气压值取值区间内时，输出气压报警信号。相较于现有技术而言，本发明不仅可以检测激光加工头对应的工作气压值，还可以通过预置的控制算法与控制器，根据加工环境对激光加工头的工作气压进行自适应调节，降低人为操作及环境干扰，以及在气压值出现异常时及时进行报警提示，从而保证激光加工头稳定、安全的工作。

进一步的，基于上述实施例，本实施例中，上述控制器为pid控制器，上述控制算法为神经网络控制算法，调节模块303具体包括：

参数确定模块，用于通过所述经网络控制算法，确定所述pid控制器对应的控制参数；

气压调节模块，用于将所述控制参数发送至所述pid控制器，由所述pid控制器基于所述控制参数对所述激光加工头对应的工作气压值进行调节。

进一步的，本实施例中，上述装置还包括：

显示模块，用于将监测到的所述气压传感器对应的气压值转换为气压变化曲线图，并将转换后的气压变化曲线图发送至预置的数控显示系统进行显示。

进一步的，本实施例中，报警模块303还用于：

向所述激光加工头输出预置的停机信号，以使所述激光加工头停止工作。

本发明实施例还提供一种存储介质，该可读存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现本发明激光加工头气压监控方法对应实施例中的各个步骤。

为了更好的理解本发明，本发明实施例还提供一种激光加工头气压监控系统，参照图4，图4为本发明实施例中提供的激光加工头气压监控系统的结构示意图。如图4所示，该实施例的激光加工头气压监控系统04主要包括：处理器40、存储器41以及存储在存储器41中并可在处理器40上运行的计算机程序42，例如激光加工头气压监控程序。处理器40执行计算机程序42时实现上述激光加工头气压监控方法对应实施例中的步骤；或者，处理器40执行计算机程序42时实现上述装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示各模块的功能。

计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器41中，并由处理器40执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序42在激光加工头气压监控系统04中的执行过程。

激光加工头气压监控系统04可包括但不仅限于处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是激光加工头气压监控系统04的示例，并不构成对激光加工头气压监控系统04的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器40可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器41可以是激光加工头气压监控系统04的内部存储单元，例如激光加工头气压监控系统04的硬盘或内存。存储器41也可以是激光加工头气压监控系统04的外部存储设备，例如激光加工头气压监控系统04上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard，smc)，安全数字(securedigital，sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，存储器41还可以既包括激光加工头气压监控系统04的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器41用于存储计算机程序以及计算设备所需的其他程序和数据。存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种激光加工头气压监控方法、装置及存储介质的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。