一种自动卷料激光切割控制系统的制作方法

1.本实用新型属于卷料加工领域，尤其涉及一种自动卷料激光切割控制系统。


背景技术：

2.在工业生产制造过程中，板材一般都收成卷料以便于存放和运输，在使用时才将其开卷平整并进行激光切割。卷料激光切割生产线主要由计算机辅助设计/制造/工艺系统、开卷系统、矫平系统、送料系统、激光切割系统组成，其自动化程度的高低对企业的生产效率至关重要，而激光切割是其中最重要的一环。随着激光技术的不断发展，激光切割控制系统也不断向着高效、高精度、易操作等方向发展。
3.目前市场上常见的激光切割控制系统方案主要有两种，其一是采用计算机板载运动控制卡的方案，通过pci总线和轴控接口实现伺服电机的控制。另一种方案采用plc集成方式，通过模拟量、高速脉冲和io口等驱动电机运动。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种自动卷料激光切割控制系统，以解决自动卷料激光切割中的控制问题，对激光器的出光及功率、四轴伺服电机的速度及定位进行精确控制，对加工影像系统实现精确对焦并获取较大的加工视野。
5.本实用新型的自动卷料激光切割系统，主要解决如下三部分的控制：（1）、激光器的出光及功率控制；（2）、工作台四轴联动全闭环伺服控制；（3）、ccd影像采集系统控制。
6.本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
7.一种自动卷料激光切割控制系统，包括工控机工控机和分别与工控机工控机通信连接的激光控制单元、工作台定位与运动控制单元和工件加工点位定位单元，其中，所述激光控制单元包括激光器，所述激光控制单元通过工控机与激光器的通信控制激光器的出光及功率调节，所述工作台定位与运动控制单元包括x,y,z,w四轴电机和控制x,y,z,w四轴电机的与工控机相连的运动控制卡，并通过x,y,z,w四轴电机对工作台进行定位，所述工件加工点位定位单元包括ccd影像采集系统，以实现加工界面的实时显示和加工前工件对位点的设置。
8.作为优选，所述激光器还与一与工控机通信连接的单片机相连，并通过单片机改变pwm占空比来控制激光器出光，通过工控机和激光器的通信调节激光器的功率
9.作为优选，所述工作台定位与运动控制单元通过一与之通信连接的位置传感器检测工作台的位置，且运动控制卡采用反馈偏差控制算法驱动x,y,z,w四轴电机完成工作台的定位与运动。
10.作为优选，所述ccd影像采集系统包括图像采集系统，并通过图像采集单元实时采集加工影像，自动完成对焦，采用视觉定位原理，确定工件的边界与外形，所述图像采集系统还与运动控制卡通信连接，以将位置信号传递给运动控制卡。
11.更进一步地，所述工控机通过rs232全双工协议与单片机/激光器通信，来控制pwm
波的占空比和激光器的功率。单片机的外部中断用于产生出光/关断信号，激光器接收出光信号后在输出端产生激光；通过工控机对单片机的定时器写入相应字节后产生可控pwm占空比及可控频率的稳定激光；对激光器发送符合rs232协议的指定字节可控制激光器的输出功率。
12.更进一步地，所述位置传感器对工作台的位置进行检测，检测结果转换为电压信号并经过反馈与设定的位置信号通过比较器计算误差，采用pid控制算法得出控制量后运动控制卡通过改变发出脉冲的频率来改变电机的运动速度，同时改变发出脉冲的个数来改变电机运动位置，从而驱动x,y,z,w四轴电机完成工作台的精确定位与运动，及时纠正电机运动过程中产生的误差。
13.更进一步地，所述ccd影像采集系统的图像采集系统包括上影采集单元和广角采集单元，所述上影采集单元采用高倍传感器获取高倍的影像，通过模板比对控制z轴电机运动完成自动对焦；所述广角采集单元采用低倍传感器，获取较大范围的加工视野。所述图像采集系统上还连接有与工控机连接的光源控制器，并通过光源控制器实现点光源和环形光控制，获得清晰的加工工件界面影像和加工前工件对位点的设置。
14.本实用新型的有益效果是：
15.本实用新型的自动卷料激光切割控制系统，结构巧妙，能够按需控制激光器的出光功率，通过x,y,z,w四轴电机的精确控制及ccd的对焦对位实现，能根据切割方案对不同材质卷料进行快速定位和加工，且控制系统的稳定性高，精度高，操作方便，实用性强，值得推广。
附图说明
16.为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施例及附图作以详细描述。
17.图1为本实用新型实施例的控制结构示意图。
具体实施方式
18.自动卷料激光切割控制系统，包括工控机工控机和分别与工控机工控机通信连接的激光控制单元、工作台定位与运动控制单元和工件加工点位定位单元，其中，所述激光控制单元包括激光器，所述激光控制单元通过工控机与激光器的通信控制激光器的出光及功率调节，所述工作台定位与运动控制单元包括x,y,z,w四轴电机和控制x,y,z,w四轴电机的与工控机相连的运动控制卡，并通过x,y,z,w四轴电机对工作台进行定位，所述工件加工点位定位单元包括ccd影像采集系统，以实现加工界面的实时显示和加工前工件对位点的设置。
19.所述激光器还与一与工控机通信连接的单片机相连，并通过单片机改变pwm占空比来控制激光器出光，通过工控机和激光器的通信调节激光器的功率
20.所述工作台定位与运动控制单元通过一与之通信连接的位置传感器检测工作台的位置，且运动控制卡采用反馈偏差控制算法驱动x,y,z,w四轴电机完成工作台的定位与运动。
21.所述ccd影像采集系统包括图像采集系统，并通过图像采集单元实时采集加工影像，自动完成对焦，采用视觉定位原理，确定工件的边界与外形，方便后续加载切割方案进
行加工。所述图像采集系统还与运动控制卡通信连接，以将位置信号传递给运动控制卡。
22.所述工控机通过rs232全双工协议与单片机/激光器通信，来控制pwm波的占空比和激光器的功率。单片机的外部中断用于产生出光/关断信号，激光器接收出光信号后在输出端产生激光；通过工控机对单片机的定时器写入相应字节后产生可控pwm占空比及可控频率的稳定激光；对激光器发送符合rs232协议的指定字节可控制激光器的输出功率。
23.所述位置传感器对工作台的位置进行检测，检测结果转换为电压信号并经过反馈与设定的位置信号通过比较器计算误差，采用pid控制算法得出控制量后运动控制卡通过改变发出脉冲的频率来改变电机的运动速度，同时改变发出脉冲的个数来改变电机运动位置，从而驱动x,y,z,w四轴电机完成工作台的精确定位与运动，及时纠正电机运动过程中产生的误差。
24.所述ccd影像采集系统的图像采集系统包括上影采集单元和广角采集单元，所述上影采集单元采用高倍传感器获取高倍的影像，通过模板比对控制z轴电机运动完成自动对焦；所述广角采集单元采用低倍传感器，获取较大范围的加工视野。所述图像采集系统上还连接有与工控机连接的光源控制器，并通过光源控制器实现点光源和环形光控制，获得清晰的加工工件界面影像和加工前工件对位点的设置。
25.工作中，通过工控机与激光器的通信控制激光器的出光及功率调节，使用运动控制卡为核心实现四轴联动全闭环伺服系统的精确控制，通过ccd影像采集系统实现加工界面的实时显示和加工前工件对位点的设置。
26.具体地，如图1所示，控制系统主要包含三大部分：
27.（1）ipc工控机通过rs232全双工协议与stm32单片机/spi激光器通信，来控制pwm波的占空比和激光器的功率。单片机的外部中断用于产生出光/关断信号，激光器接收出光信号后在输出端产生激光；对单片机的定时器写入相应字节后产生可控pwm占空比及可控频率的稳定激光；对激光器发送符合rs232协议的指定字节可控制激光器的输出功率。
28.（2）位置传感器对工作台的位置进行检测，检测结果转换为电压信号并经过反馈与设定的位置信号通过比较器计算误差，采用pid控制算法得出控制量后运动控制卡dmc-2143通过改变发出脉冲的频率来改变电机的运动速度，同时改变发出脉冲的个数来改变电机运动位置，从而驱动x,y,z,w四轴电机完成工作台的精确定位与运动，及时纠正电机运动过程中产生的误差。
29.（3）ccd影像采集系统的的图像采集系统的上影像采用高倍传感器获取高倍的影像，通过模板比对控制z轴电机运动完成自动对焦；广角影像采用低倍传感器，获取较大范围的加工视野。通过光源控制器实现点光源和环形光控制，获得清晰的加工工件界面影像和加工前工件对位点的设置。所述图像采集系统还与运动控制卡通信连接，以将位置信号传递给运动控制卡。
30.虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。