一种基于温度场的激光切割参数的控制方法、装置及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及激光切割技术领域，尤其设及一种基于溫度场的激光切割参数的控制 方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002] 当前，激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射处的材料 迅即烙化，气化、烧蚀或达到燃点，同时借与光束同轴的高速气流吹除烙融物质，从而实现 割开工件的一种热切割方法。激光切割技术由于其切割速度快，热影响区小，工件变形小、 光束无惯性，可实行高速切削、切缝边缘垂直度好等优势，已经在工件切割领域中得到了广 泛的应用，其已经成为各种金属、非金属零件加工的常用手段之一。
[0003] 在现有的主流激光切割设备中，可W控制或选择的对切割结果有影响的参数分为 两类，一类为设备固有参数，包括激光波长、光束模式、输出模式(连续或脉冲等）、聚焦光斑 直径及其能量分布等，此类因素一般随着激光设备的购置已经基本确定。另一类是在加工 时可选择的参数，包括激光功率、切割速度、焦点位置、辅助气体种类和压力、喷嘴与工件的 间距等，运些参数对切割质量同样具有决定性的影响。
[0004] 目前对运些可选择的参数调整控制方法可W是在加工程序中预先设置运些参数， 而运些参数值一般根据经验或者前期试验获得。在零件加工过程中，运些参数只能由操作 者根据经验手动调整。然而，在大型复杂空间Ξ维零件激光切割时，切割路径中各点差异性 大，采用操作者根据经验手动调整切割参数，很难实现切口质量的一致性，导致切口宽度， 特别是重烙层和热影响区厚度的增加，严重时甚至导致表面烧蚀或未切透等，在无余量的 精密切割中可能导致零件超差和报废。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例提供一种基于溫度场的激光切割参数的控制方法、装置及系统， W解决当前的激光切割参数仅依靠激光切割操作者根据经验手动调整，造成切割路径中各 点差异性大，很难实现切口质量的一致性，容易使得工件质量较差或报废的问题。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种基于溫度场的激光切割参数的控制方法，包括：
[000引通过红外热像系统获取切割区域溫度场分布数据，并根据所述溫度场分布数据确 定所述溫度场中各溫度点的溫度值；
[0009] 根据所述溫度场中各溫度点的溫度值确定激光切割参数的控制策略；
[0010] 根据所述激光切割参数的控制策略控制所述激光切割参数，W使得激光切割器根 据所述激光切割参数切割待切割工件。
[0011] 具体的，所述红外热像系统包括分布在激光切割器两侧的第一红外相机和第二红 外相机；
[0012] 所述通过红外热像系统获取切割区域溫度场分布数据，并根据所述溫度场分布数 据确定所述溫度场中各溫度点的溫度值，包括：
[0013] 通过所述第一红外相机采集切割区域溫度场分布数据，并确定所述溫度场中各溫 度点的第一溫度值；
[0014] 通过所述第二红外相机采集切割区域溫度场分布数据，并确定所述溫度场中各溫 度点的第二溫度值；
[0015] 将所述溫度场中各溫度点的第一溫度值与第二溫度值进行比较，选取各溫度点的 第一溫度值与第二溫度值之中的较大值，将所述较大值作为所述溫度点的溫度值。
[0016] 具体的，根据所述溫度场中各溫度点的溫度值确定激光切割参数的控制策略，包 括：
[001 7]若NminTl<NTl<NmaxTl，确定所述控制策略为所述激光切割参数无需调整，维持当前的 激光切割参数;其中，ΝΤΙ为所述溫度场中各溫度点的溫度值大于Τι溫度的个数，NminTl为一预 先设置的第一溫度点数量阔值，NmaxTl为一预先设置的第二溫度点数量阔值。
[0018]进一步的，根据所述溫度场中各溫度点的溫度值确定激光切割参数的控制策略， 还包括：
[001 9] 若Ντ? ^ NmaxTl，且Nt2 ^ NmaxT2，确定所述控制策略为激光切割过程异常，停止对待切 割工件进行切割；其中，Nt2为所述溫度场中各溫度点的溫度值大于T2溫度的个数，Τ2〉Τ?， NmaxT2为一预先设置的第Ξ溫度点数量阔值；
[0020] 若Ντ? > NmaxTl，且化2<NmaxT2，NT3<NmaxT3，确定所述控制策略为将激光切割参数中的激 光功率减小到当前激光功率的第一预设百分比或者将激光切割参数中的切割速度增加到 当前切割速度的第二预设百分比；其中，Nt3为所述溫度场中各溫度点的溫度值大于T3溫度 的个数，T3<Tl，NmaxT3为一预先设置的第四溫度点数量阔值；
[002。 若Ντ? > NmaxTl，且NT2<NmaxT2，Nt3 > NmaxT3，确定所述控制策略为将激光切割参数中的 激光功率增加到当前激光功率的第Ξ预设百分比或者将激光切割参数中的切割速度减小 到当前切割速度的第四预设百分比。
[0022] 进一步的，根据所述溫度场中各溫度点的溫度值确定激光切割参数的控制策略， 还包括：
[0023] 若ΝΤΙ ^ NminTl，确定所述控制策略为激光切割过程异常，停止对待切割工件进行切 割。
[0024] 此外，在通过红外热像系统获取切割区域溫度场分布数据之后，包括：
[0025] 根据红外热像系统获取切割区域溫度场分布数据的结果变化的不确定性信息，和 切割区域溫度场分布数据在激光切割控制装置到激光切割器之间传输的时滞信息，确定切 割区域溫度场分布数据的最大容许变异范围；
[0026] 将所述最大容许变异范围之外的切割区域溫度场分布数据剔除，并获取所述最大 容许变异范围之内的切割区域溫度场分布数据。
[0027] 具体的，根据红外热像系统获取切割区域溫度场分布数据的结果变化的不确定性 信息，和切割区域溫度场分布数据在激光切割控制装置到激光切割器之间传输的时滞信 息，确定切割区域溫度场分布数据的最大容许变异范围，包括：
[002引根据公式：
[0029] 巧'二 < + 4·1)α;命(问
[0030] 确定切割区域溫度场分布数据的最大容许变异范围；其中，αι为基于溫度场的激 光切割参数的控制系统满足鲁棒性要求的不确定参数；皆为〇1的均值；《；为〇1的离差;θτ为 基于溫度场的激光切割参数的控制系统的鲁棒可靠性，9r = min( II δ I μ)-1 ;min( II δ I μ) 为基于溫度场的激光切割参数的控制系统的非概率可靠性指标。
[0031] -种基于溫度场的激光切割参数的控制装置，包括：
[0032] 溫度场分布数据采集单元，用于通过红外热像系统获取切割区域溫度场分布数 据，并根据所述溫度场分布数据确定所述溫度场中各溫度点的溫度值；
[0033] 控制策略确定单元，用于根据所述溫度场中各溫度点的溫度值确定激光切割参数 的控制策略；
[0034] 激光切割参数控制单元，用于根据所述激光切割参数的控制策略控制所述激光切 割参数，W使得激光切割器根据所述激光切割参数切割待切割工件。
[0035] 具体的，所述红外热像系统包括分布在激光切割器两侧的第一红外相机和第二红 外相机；
[0036] 所述溫度场分布数据采集单元，包括：
[0037] 第一采集模块，用于通过所述第一红外相机采集切割区域溫度场分布数据，并确 定所述溫度场中各溫度点的束一溫度值；
[0038] 第二采集模块，用于通过所述第二红外相机采集切割区域溫度场分布数据，并确 定所述溫度场中各溫度点的束^溫度值；
[0039] 比较模块，用于将所述溫度场中各溫度点的第一溫度值与第二溫度值进行比较， 选取各溫度点的第一溫度值与第二溫度值之中的较大值，将所述较大值作为所述溫度点的 溫度值。
[0040] 此外，所述控制策略确定单元，具体用于：
[OOW 在NminTian<NmaxTl时，确定所述控制策略为所述激光切割参数无需调整，维持当前 的激光切割参数;其中，化1为所述溫度场中各溫度点的溫度值大于Τι溫度的个数，NminTl为一 预先设置的第一溫度点数量阔值，NmaxTl为一预先设置的第二溫度点数量阔值。
[0042] 进一步的，所述控制策略确定单元，还用于：
[00创在Ντ? > NmaxTl，且Nt2 > NmaxT2时，确定所述控制策略为激光切割过程异常，停止对待 切割工件进行切割;其中，Nt2为所述溫度场中各溫度点的溫度值大于T2溫度的个数