[发明专利]一种三维激光切割机的动态光路补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种三维激光切割机的动态光路补偿控制方法，包括连续的动态光路补偿控制方法和分段的动态光路补偿控制方法，PLC控制器通过获取切割机床中的运动机构的实时位置信息，计算出可变光程Ssubgt;t/subgt;及可变光程变化量ΔS；根据可变光程变化量ΔS确定曲率镜中的目标气压Psubgt;目/subgt;；PLC控制器向曲率控制单元输出气压调控指令，曲率控制单元精准供气将曲率镜中的气压反向调节至目标气压Psubgt;目/subgt;，实现对曲率镜曲率的动态调节，进而使到达聚焦镜处的光束直径保持为目标光束直径Rsubgt;3/subgt;。本发明通过动态光路控制系统对三维激光切割机中的原始光束直径进行动态调控，保证传输至激光切割头处的目标光束直径和焦点位置稳定，该方法的控制精准、响应迅速，能够保证产品性能。

技术领域

本发明涉及激光切割设备光路控制技术领域，具体地说是一种基于可变曲率反射镜的三维激光切割机的动态光路补偿控制方法。

背景技术

在现有技术中，三维激光切割设备常用于金属、非金属和新型复合材料等各种材料的切割，因激光切割的优良性能使激光切割设备得到广泛应用，同时新的应用场景也对三维激光切割设备提出更高的要求，为了实现更优良的加工性能，研制加工幅面更大、加工速度更快的三维切割设备是技术发展方向，而幅面的增大和速度提高通常会导致激光切割质量的下降，比如会出现切缝宽度不均匀和切割边缘不光滑等质量问题，出现质量问题的主要原因是当激光加工设备的幅面增大后，设备内置的光路系统的光程通常也会变长，激光传输的发散角使激光经过更长光路的传输后的光束直径变化更大，而加工速度的提高又使三维切割设备中运动组件的动态位置变化更快，光路系统中的光程也随之快速变化，导致设备运行过程中的激光束的光学性能的改变更为复杂，例如激光束经快速动态的光路系统传输至切割头处的光学性能很不稳定，光束直径和焦点位置会波动，使激光切割质量下降，甚至因此导致切割工件报废。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于可变曲率反射镜的三维激光切割机的动态光路补偿控制方法，具体提供了两种动态光路补偿控制方法：第一种是连续的动态光路补偿控制方法、第二种为分段的动态光路补偿控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种三维激光切割机的动态光路补偿控制方法，该控制方法可用于三维激光切割机的动态光路补偿控制，三维激光切割机由激光器、切割机床和动态光路控制系统组成。

所述的激光器用于生成激光束，该激光束由导光管引导从切割机床的一端进入机床本体内。

所述的动态光路控制系统包括PLC控制器、曲率控制单元、曲率镜和平面反射镜。

所述的PLC控制器与机床控制中心CNC通讯连接，用于从机床控制中心CNC中获取三维激光切割机上的运动机构的实时位置信息，用于计算可变光程S_t；所述的运动机构包括悬臂、Z轴组件和激光切割头。

所述的曲率控制单元包括数控比例阀、供气机构和压力传感器，供气机构经由数控比例阀给曲率镜精准供气，通过气压调节曲率镜的曲率；压力传感器用于采集曲率镜中的实时气压P_实，并反馈给PLC控制器，对曲率镜中的气压进行实时监测。

所述的曲率镜为曲率可变反射镜，曲率镜可以通过调节曲率大小改变光束直径，经曲率镜反射后的光束直径可以在曲率调节范围内不断变化，使激光束传输至目标位置时的光束直径可控。

曲率镜的曲率调节原理：曲率镜的内部为中空腔体，曲率镜的反射镜面由柔性材料制成，在曲率镜内部的中空腔体中充入气体，随之内部气压的变化曲率镜的柔性镜面会发生形变，在气压由小变大的过程中，曲率镜会逐渐由凹面镜变为平面镜再变为凸面镜，曲率镜的曲率随气压呈线性变化。