[实用新型]一种基于FPGA的激光切割控制系统

说明书

技术领域

 本实用新型属于激光切割领域，具体涉及一种基于FPGA的激光切割控制系统。 

背景技术

激光切割由于其高质量、高柔性、高效率等优点，已成为最先进和最重要的材料裁切方法，是工业应用最广泛的激光加工技术，在钢铁、船舶、机械、汽车、航空航天等工业领域得到了日益广泛的应用。激光切割是激光加工中最重要的一项应用技术，它占整个激光加工业的 70%以上,已成为一种竞争力很强的高新技术。

随着生产的发展和新工艺的应用，零件形状愈来愈复杂，对切割质量的要求越来越高，这对切割工艺规范的选取提出了更高的要求。比如，拼焊工艺要求板厚 1mm 左右的镀锌板焊接前间隙不大于 0.05mm，这对表面粗糙度、挂渣程度和直线度等都提出了较高的要求。

为达到生产要求的切缝质量，激光切割参数被限定在很窄的工艺区间，传统的人工选择、优化切割工艺的方法更为困难，该问题成为进一步发展和推广激光切割应用的主要障碍。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种基于FPGA的激光切割控制系统，该基于FPGA的激光切割控制系统可实现激光切割质量的在线检测与控制。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种基于FPGA的激光切割控制系统，包括激光器、检测机构、控制机构和执行机构，检测机构、控制机构和执行机构依次相连；激光器发出的激光束聚焦在工件表面进行激光切割；所述检测机构用于在线检测切割前沿和火花簇射的辐射数据；所述控制机构用于对检测机构检测的数据进行处理，并产生运动指令，将运动指令传递至执行机构；执行机构用于执行控制指令。

进一步的，所述检测机构包括分光镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、滤光片和CCD图像传感器；所述第一聚焦透镜和第二聚焦透镜的光轴互相垂直；所述分光镜的光轴与第一聚焦透镜的光轴之间的夹角为45度；激光器发出的激光束经分光镜和第一聚焦透镜后聚焦在工件表面；工件表面的辐射光束经第一聚焦透镜、分光镜、第二聚焦透镜和滤光片后传出，所述CCD图像传感器设置于滤光片的输出端。

进一步的，所述控制机构包括一DSP，CCD图像传感器的输出端与DSP相连。

进一步的，所述执行机构包括工业PC、FPGA运动控制卡、电机和机床运动平台；工业PC、FPGA运动控制卡、电机和机床运动平台依次串接。

    本实用新型所述的基于FPGA的激光切割控制系统通过检测机构实时的进行切割质量的监测，控制机构进行图像处理后，向执行机构发送变速指令；从而实现了切割过程的实时检测、切割过程的参数自动寻优控制，可显著提高激光切割质量和效率。

附图说明

图1为本实用新型所述的基于FPGA的激光切割控制系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于FPGA的激光切割控制系统，包括激光器1、检测机构、控制机构和执行机构，检测机构、控制机构和执行机构依次相连；激光器1发出的激光束9聚焦在工件表面8进行激光切割；所述检测机构用于在线检测切割前沿和火花簇射的辐射数据；所述控制机构用于对检测机构检测的数据进行处理，并产生运动指令，将运动指令传递至执行机构；执行机构用于执行控制指令。

所述检测机构包括分光镜2、第一聚焦透镜3、第二聚焦透镜4、滤光片5和CCD图像传感器6，所述第一聚焦透镜3和第二聚焦透镜4的光轴互相垂直；所述分光镜2的光轴与第一聚焦透镜3的光轴之间的夹角为45度。

激光器1发出的激光束9经分光镜2和第一聚焦透镜3后聚焦在工件表面8；工件表面8的辐射光束10经第一聚焦透镜3、分光镜2、第二聚焦透镜4和滤光片5后传出，所述CCD图像传感器6设置于滤光片5的输出端，所述CCD图像传感器6设置于滤光片5的输出端。所述第一聚焦透镜3优选为ZnSe 透镜。在激光切割过程中，激光光束9首先通过分光镜2，再经第一聚焦透镜3聚焦后实现切割。切割过程中，切割前沿和火花簇射的辐射经过第一聚焦透镜3，再经分光镜2水平传出，最后由第二聚焦透镜4聚焦成实像 A，CCD图像传感器6通过其镜头和滤光片5后实现对实像 A 的检测，检测信号传递给控制机构中的DSP进行图像的实时处理和运算，CCD图像传感器6的输出端与DSP相连。所述执行机构包括上位机工业PC7、下位机FPGA运动控制卡11、电机12和机床运动平台13；上位机工业PC7、下位机FPGA运动控制卡11、电机12和机床运动平台13依次串接。