一种激光切割机数控系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及自动化控制技术，尤其是涉及一种激光切割机数控系统，其包括标准数控平台模块，用以控制激光切割机的机床的基本运动；与所述标准数控平台模块相配合的激光功率控制模块和切割头高度控制模块，其中，所述激光功率控制模块用于对激光切割机的激光器的能量进行控制，所述切割头高度控制模块用于对激光切割机的切割头的高度进行控制，以保证激光的焦点始终处于合适的位置。本发明能够将机床的运行控制与激光功率控制及切割头高度控制有机结合。
【专利说明】一种激光切割机数控系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化控制技术，尤其涉及到一种激光切割机的控制系统。
【背景技术】
[0002]激光切割机是通过激光束照射到工件表面，释放能量使工件融化并蒸发从而实现切割的一种新型数控机床。由于普通的数控机床的控制系统不涉及到激光切割机的控制所必须的激光功率控制、切割头高度控制等复杂的控制逻辑，因此现有的数控系统无法满足激光切割机的控制要求。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光切割机数控系统，能够将机床的运行控制与激光功率控制及切割头高度控制有机结合。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种激光切割机数控系统，其包括标准数控平台模块，用以控制激光切割机的机床的基本运动；其还包括与所述标准数控平台模块相配合的激光功率控制模块和切割头高度控制模块，其中，所述激光功率控制模块用于对激光切割机的激光器的能量进行控制，所述切割头高度控制模块用于对激光切割机的切割头的高度进行控制，以保证激光的焦点始终处于合适的位置。
[0005]本发明的更进一步优选方案是:所述激光功率控制模块包括模拟电压输出单元，用以通过模拟电压进行激光能量控制；PWM脉冲输出单元，用以通过PWM脉冲进行激光能量控制。
[0006]本发明的更进一步优选方案是:所述激光功率控制模块还包括功率值与脉冲形式设定单元，用以提供第一设置信号给该模拟电压输出单元并提供第二设置信号给该PWM脉冲输出单兀。
[0007]本发明的更进一步优选方案是:所述功率值与脉冲形式设定单元包括:现场可编程门阵列，用以给出所述第一设置信号；微处理器，用以给出所述第二设置信号。
[0008]本发明的更进一步优选方案是:所述第一设置信号为数字信号；所述模拟电压输出单元包括:数模转换子单元，用以将所述第一设置信号转换为模拟信号；与所述数模转换子单元相连的放大与滤波子单元，用以对所述数模转换子单元给出的模拟信号进行放大和滤波处理后输出给激光器。
[0009]本发明的更进一步优选方案是:所述模拟电压输出单元还包括:与所述数模转换子单元相连的监测子单元，用以对所述数模转换子单元给出的模拟信号进行监测，以防止异常输出。
[0010]本发明的更进一步优选方案是:所述第二设置信号为脉冲信号；所述PWM脉冲输出单元包括:隔离子单元，用以对该第二设置信号进行光耦隔离处理；与所述隔离子单元相连的滤波子单元，用以对所述隔离子单元给出的脉冲信号进行滤波处理后输出给激光器。
[0011]本发明的更进一步优选方案是:所述PWM脉冲输出单元还包括:与所述滤波子单元相连的脉冲电压幅值选择子单元，用以选择确定输出给激光器的脉冲电压的幅值。
[0012]本发明的更进一步优选方案是:所述切割头高度控制模块包括距离传感器、高度控制单元以及轴驱动单元，所述高度控制单元根据所述距离传感器提供的高度信号与设定的标准高度之间的差值，向所述轴驱动单元给出控制信号以控制所述激光切割机的轴的运动。
[0013]本发明的更进一步优选方案是:所述高度控制单元包括差分处理子单元，用以对所述距离传感器提供的模拟信号和与设定的标准高度相对应的设置值进行差分和放大处理给出；与所述差分处理子单元相连的数模转换子单元，用以对所述差分处理子单元给出的模拟信号进行模数转换，输出数字化的控制信号给所述轴驱动单元。
[0014]本发明的有益效果在于，能够将机床的运行控制与激光功率控制及切割头高度控制有机结合。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0016]图1为本发明激光切割机数控系统实施例的结构框图。
[0017]图2为本发明中标准数控平台模块的结构框图。
[0018]图3为本发明中激光功率控制模块的结构框图。
[0019]图4为本发明中切割头高度控制模块的结构框图。
[0020]图5为本发明模拟电压输出单元中数模转换子单元及放大与滤波子单元的电原理图。
[0021]图6为本发明模拟电压输出单元中监测子单元的电原理图。
[0022]图7为本发明PWM脉冲输出单元的电原理图。
[0023]图8为本发明高度控制单元中数模转换子单元的电原理图。
[0024]图9为本发明高度控制单元中差分处理子单元的电原理图。
【具体实施方式】
[0025]现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
[0026]图1为本发明激光切割机数控系统实施例的结构框图。图2为本发明实施例中标准数控平台模块的结构框图。图3为本发明实施例中激光功率控制模块的结构框图。图4为本发明实施例中切割头高度控制模块的结构框图。
[0027]如图1所示，本发明的激光切割机数控系统主要包括:标准数控平台模块1，以及与标准数控平台模块I相配合的激光功率控制模块2和切割头高度控制模块3。
[0028]如图2所示，标准数控平台模块I与传统数控系统的结构基本一致，包含相互配合的运动控制单元11和机床逻辑控制单元12两大部分。其中，运动控制单元11主要是对激光切割机的各个轴的运动进行控制，从而实现机床的切割运动。机床逻辑控制单元12主要是通过数字量I/O 口对机床的各个逻辑部件进行控制。
[0029]如图3所示，激光功率控制模块2的主要作用是对激光器9的功率进行控制。激光功率控制模块2主要包括:功率值与脉冲形式设定单元21，模拟电压输出单元22以及PWM脉冲输出单元23。激光功率控制模块2的工作原理大致是:采用模拟量I/O和PWM脉冲相结合的方式对激光器9的功率进行控制，其中，功率值的设定和/或PWM脉冲形式的设定可以通过功率值与脉冲形式设定单元21来实现。模拟电压输出单元22可以输出O-1OV之间的任意电压值，分别对应激光器9从最小功率到最大功率之间的功率值,通过电压大小的变化可以改变激光器9的最终输出功率。PWM脉冲输出单元23主要用来产生脉冲激光，通过改变输出脉冲的占空比和频率可以得到不同形式的脉冲激光，从而使得激光切割机在切割过程中对激光功率的控制更加灵活。
[0030]功率值与脉冲形式设定单元21包括:FPGA(现场可编程门阵列)，用以给出第一设置信号给模拟电压输出单元22;微处理器，用以给出第二设置信号给PWM脉冲输出单元23。具体而言，功率值是通过FPGA的计算来实现的，FPGA将计算出的功率值传输给模拟电压输出单元22，模拟电压输出单元22对数据进行数模转换并放大输出。脉冲的形式是通过微处理器计算来实现的，微处理器将计算出的脉冲传输给PWM脉冲输出单元23，PWM脉冲输出单元23对脉冲进行处理后再进行输出。
[0031]模拟电压输出单元22包括:数模转换子单元，用以将第一设置信号转换为模拟信号；与数模转换子单元相连的放大与滤波子单元，用以对数模转换子单元给出的模拟信号进行放大和滤波处理后输出给激光器；以及与数模转换子单元相连的监测子单元，用以对数模转换子单元给出的模拟信号进行监测，以防止异常输出。
[0032]图5为模拟电压输出单元22中数模转换子单元及放大与滤波子单元的电原理图。参见图5，数模转换子单元和放大与滤波子单元主要由运算放大器Ul 1A、U11B、U12A和U12B及其外围电路构成，可以将FPGA给出的数字信号转换为模拟信号，并进行放大和滤波处理，得到精准的模拟电压。
[0033]图6为模拟电压输出单元22中监测子单元的电原理图。参见图6，监测子单元主要由运算放大器U13A、U13B、U13C、U13D、U14A、U14B、U14C和U14D及其外围电路构成，可以对输出的模拟电压值进行监测，防止异常输出。
[0034]PWM脉冲输出单元23包括:隔离子单元，用以对第二设置信号进行光耦隔离处理；与隔离子单元相连的滤波子单元，用以对隔离子单元给出的脉冲信号进行滤波处理后输出给激光器；以及与滤波子单元相连的脉冲电压幅值选择子单元，用以选择确定输出给激光器的脉冲电压的幅值。
[0035]图7为PWM脉冲输出单元23的电原理图。参见图7，隔离子单元主要由光耦器U3及其外围电路构成，可以对微处理器输出的脉冲信号进行隔离。滤波子单元主要由三极管Q3及其外围电路构成，可以对隔离后的脉冲信号进行滤波处理，以提高抗干扰能力。脉冲电压幅值选择子单元主要由开关SI构成，可以根据实际需要对开关SI进行切换，来选择脉冲电压的幅值为24V或者是5V。
[0036]如图4所示，切割头高度控制模块3主要用来调整切割头与板材之间的距离，保证激光光束的焦点始终处于合适的位置。切割头高度控制模块3主要包括:距离传感器31，高度控制单元32以及轴驱动单元33。切割头高度控制模块3的工作原理大致是:首先，需要根据激光光束焦点为切割头设定一个标准位置，切割头与板材之间的实际距离通过距离传感器31来测量，测量的结果会以模拟电压的形式提供给高度控制单元32，电压值的范围在0-10V之间，与切割头距离板材的高度相对应。高度控制单元32将接收到的实际位置所对应的电压信号与设定的标准位置所对应的电压信号进行比较，并根据差值经由轴驱动单元33来控制相应轴的运动，从而对切割头高度进行调整。
[0037]高度控制单元32包括差分处理子单元，用以对所述距离传感器31提供的模拟信号和与设定的标准高度相对应的设置值进行差分和放大处理给出；与所述差分处理子单元相连的数模转换子单元，用以对所述差分处理子单元给出的模拟信号进行模数转换，输出数字化的控制信号给所述轴驱动单元33。
[0038]图9为高度控制单元32中差分处理子单元的电原理图。参见图9，差分处理子单元主要由比较器U20A、U20B、U20C、U20D及其外围电路构成，用以将实际距离与设定的标准之间的差异转换为模拟电压信号。在本实施例中，切割头高度与模拟电压值之间是线性关系O
[0039]图8为高度控制单元32中数模转换子单元的电原理图。参见图8，数模转换子单元主要由数模转换器U21及其外围电路构成，用以将差分处理子单元给出的模拟电压信号转换为数字信号送给轴驱动单元33。
[0040]本发明的激光切割机数控系统，通过将机床的运行控制与激光功率控制及切割头高度控制有机结合，能够高效地控制激光切割机。其中，激光能量控制模块2能够对激光能量进行灵活的控制，可以根据需要改变激光器9输出的功率和脉冲形式。切割头高度控制模块3能够对激光切割机切割头的高度进行控制，保证激光的焦点始终处于合适的位置。
[0041]值得一提的是，在其他实施例中，激光功率控制模块2可以只采用模拟电压控制或PWM脉冲控制，换言之，模拟电压输出单元22和PWM脉冲输出单元23 二者只需其中之一即可。在切割头高度控制模块3中，切割头高度与模拟电压值之间也可以是非线性关系。
[0042]应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种激光切割机数控系统，其包括标准数控平台模块，用以控制激光切割机的机床的基本运动；其特征在于，其还包括与所述标准数控平台模块相配合的激光功率控制模块和切割头高度控制模块，其中，所述激光功率控制模块用于对激光切割机的激光器的能量进行控制，所述切割头高度控制模块用于对激光切割机的切割头的高度进行控制，以保证激光的焦点始终处于合适的位置。
2.根据权利要求1所述的激光切割机数控系统，其特征在于:所述激光功率控制模块包括模拟电压输出单元，用以通过模拟电压进行激光能量控制；PWM脉冲输出单元，用以通过PWM脉冲进行激光能量控制。
3.根据权利要求2所述的激光切割机数控系统，其特征在于:所述激光功率控制模块还包括功率值与脉冲形式设定单元，用以提供第一设置信号给该模拟电压输出单元并提供第二设置信号给该PWM脉冲输出单元。
4.根据权利要求3所述的激光切割机数控系统，其特征在于:所述功率值与脉冲形式设定单元包括:现场可编程门阵列，用以给出所述第一设置信号；微处理器，用以给出所述第二设置信号。
5.根据权利要求3所述的激光切割机数控系统，其特征在于:所述第一设置信号为数字信号；所述模拟电压输出单元包括:数模转换子单元，用以将所述第一设置信号转换为模拟信号；与所述数模转换子单元相连的放大与滤波子单元，用以对所述数模转换子单元给出的模拟信号进行放大和滤波处理后输出给激光器。
6.根据权利要求5所述的激光切割机数控系统，其特征在于:所述模拟电压输出单元还包括:与所述数模转换子单元相连的监测子单元，用以对所述数模转换子单元给出的模拟信号进行监测，以防止异常输出。
7.根据权利要求3所述的激光切割机数控系统，其特征在于:所述第二设置信号为脉冲信号；所述PWM脉冲输出单元包括:隔离子单元，用以对该第二设置信号进行光耦隔离处理；与所述隔离子单元相连的滤波子单元，用以对所述隔离子单元给出的脉冲信号进行滤波处理后输出给激光器。
8.根据权利要求7所述的激光切割机数控系统，其特征在于:所述PWM脉冲输出单元还包括:与所述滤波子单元相连的脉冲电压幅值选择子单元，用以选择确定输出给激光器的脉冲电压的幅值。
9.根据权利要求1所述的激光切割机数控系统，其特征在于:所述切割头高度控制模块包括距离传感器、高度控制单元以及轴驱动单元，所述高度控制单元根据所述距离传感器提供的高度信号与设定的标准高度之间的差值，向所述轴驱动单元给出控制信号以控制所述激光切割机的轴的运动。
10.根据权利要求9所述的激光切割机数控系统，其特征在于:所述高度控制单元包括差分处理子单元，用以对所述距离传感器提供的模拟信号和与设定的标准高度相对应的设置值进行差分和放大处理给出；与所述差分处理子单元相连的数模转换子单元，用以对所述差分处理子单元给出的模拟信号进行模数转换，输出数字化的控制信号给所述轴驱动单J Li ο
【文档编号】G05B19/414GK104360642SQ201410653074
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】封雨鑫, 陈燚, 李 荣, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳大族彼岸数字控制软件技术有限公司