一種基于溫度場的激光切割參數的控制方法、裝置及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及激光切割技術領域，尤其設及一種基于溫度場的激光切割參數的控制 方法、裝置及系統。
【背景技術】
[0002] 當前，激光切割是利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射處的材料 迅即烙化，氣化、燒蝕或達到燃點，同時借與光束同軸的高速氣流吹除烙融物質，從而實現 割開工件的一種熱切割方法。激光切割技術由于其切割速度快，熱影響區小，工件變形小、 光束無慣性，可實行高速切削、切縫邊緣垂直度好等優勢，已經在工件切割領域中得到了廣 泛的應用，其已經成為各種金屬、非金屬零件加工的常用手段之一。
[0003] 在現有的主流激光切割設備中，可W控制或選擇的對切割結果有影響的參數分為 兩類，一類為設備固有參數，包括激光波長、光束模式、輸出模式(連續或脈沖等）、聚焦光斑 直徑及其能量分布等，此類因素一般隨著激光設備的購置已經基本確定。另一類是在加工 時可選擇的參數，包括激光功率、切割速度、焦點位置、輔助氣體種類和壓力、噴嘴與工件的 間距等，運些參數對切割質量同樣具有決定性的影響。
[0004] 目前對運些可選擇的參數調整控制方法可W是在加工程序中預先設置運些參數， 而運些參數值一般根據經驗或者前期試驗獲得。在零件加工過程中，運些參數只能由操作 者根據經驗手動調整。然而，在大型復雜空間Ξ維零件激光切割時，切割路徑中各點差異性 大，采用操作者根據經驗手動調整切割參數，很難實現切口質量的一致性，導致切口寬度， 特別是重烙層和熱影響區厚度的增加，嚴重時甚至導致表面燒蝕或未切透等，在無余量的 精密切割中可能導致零件超差和報廢。
【發明內容】
[0005] 本發明的實施例提供一種基于溫度場的激光切割參數的控制方法、裝置及系統， W解決當前的激光切割參數僅依靠激光切割操作者根據經驗手動調整，造成切割路徑中各 點差異性大，很難實現切口質量的一致性，容易使得工件質量較差或報廢的問題。
[0006] 為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0007] -種基于溫度場的激光切割參數的控制方法，包括：
[000引通過紅外熱像系統獲取切割區域溫度場分布數據，并根據所述溫度場分布數據確 定所述溫度場中各溫度點的溫度值；
[0009] 根據所述溫度場中各溫度點的溫度值確定激光切割參數的控制策略；
[0010] 根據所述激光切割參數的控制策略控制所述激光切割參數，W使得激光切割器根 據所述激光切割參數切割待切割工件。
[0011] 具體的，所述紅外熱像系統包括分布在激光切割器兩側的第一紅外相機和第二紅 外相機；
[0012] 所述通過紅外熱像系統獲取切割區域溫度場分布數據，并根據所述溫度場分布數 據確定所述溫度場中各溫度點的溫度值，包括：
[0013] 通過所述第一紅外相機采集切割區域溫度場分布數據，并確定所述溫度場中各溫 度點的第一溫度值；
[0014] 通過所述第二紅外相機采集切割區域溫度場分布數據，并確定所述溫度場中各溫 度點的第二溫度值；
[0015] 將所述溫度場中各溫度點的第一溫度值與第二溫度值進行比較，選取各溫度點的 第一溫度值與第二溫度值之中的較大值，將所述較大值作為所述溫度點的溫度值。
[0016] 具體的，根據所述溫度場中各溫度點的溫度值確定激光切割參數的控制策略，包 括：
[001 7]若NminTl<NTl<NmaxTl，確定所述控制策略為所述激光切割參數無需調整，維持當前的 激光切割參數;其中，ΝΤΙ為所述溫度場中各溫度點的溫度值大于Τι溫度的個數，NminTl為一預 先設置的第一溫度點數量闊值，NmaxTl為一預先設置的第二溫度點數量闊值。
[0018]進一步的，根據所述溫度場中各溫度點的溫度值確定激光切割參數的控制策略， 還包括：
[001 9] 若Ντ? ^ NmaxTl，且Nt2 ^ NmaxT2，確定所述控制策略為激光切割過程異常，停止對待切 割工件進行切割；其中，Nt2為所述溫度場中各溫度點的溫度值大于T2溫度的個數，Τ2〉Τ?， NmaxT2為一預先設置的第Ξ溫度點數量闊值；
[0020] 若Ντ? > NmaxTl，且化2<NmaxT2，NT3<NmaxT3，確定所述控制策略為將激光切割參數中的激 光功率減小到當前激光功率的第一預設百分比或者將激光切割參數中的切割速度增加到 當前切割速度的第二預設百分比；其中，Nt3為所述溫度場中各溫度點的溫度值大于T3溫度 的個數，T3<Tl，NmaxT3為一預先設置的第四溫度點數量闊值；
[002。 若Ντ? > NmaxTl，且NT2<NmaxT2，Nt3 > NmaxT3，確定所述控制策略為將激光切割參數中的 激光功率增加到當前激光功率的第Ξ預設百分比或者將激光切割參數中的切割速度減小 到當前切割速度的第四預設百分比。
[0022] 進一步的，根據所述溫度場中各溫度點的溫度值確定激光切割參數的控制策略， 還包括：
[0023] 若ΝΤΙ ^ NminTl，確定所述控制策略為激光切割過程異常，停止對待切割工件進行切 割。
[0024] 此外，在通過紅外熱像系統獲取切割區域溫度場分布數據之后，包括：
[0025] 根據紅外熱像系統獲取切割區域溫度場分布數據的結果變化的不確定性信息，和 切割區域溫度場分布數據在激光切割控制裝置到激光切割器之間傳輸的時滯信息，確定切 割區域溫度場分布數據的最大容許變異范圍；
[0026] 將所述最大容許變異范圍之外的切割區域溫度場分布數據剔除，并獲取所述最大 容許變異范圍之內的切割區域溫度場分布數據。
[0027] 具體的，根據紅外熱像系統獲取切割區域溫度場分布數據的結果變化的不確定性 信息，和切割區域溫度場分布數據在激光切割控制裝置到激光切割器之間傳輸的時滯信 息，確定切割區域溫度場分布數據的最大容許變異范圍，包括：
[002引根據公式：
[0029] 巧'二 < + 4·1)α;命(問
[0030] 確定切割區域溫度場分布數據的最大容許變異范圍；其中，αι為基于溫度場的激 光切割參數的控制系統滿足魯棒性要求的不確定參數；皆為〇1的均值；《；為〇1的離差;θτ為 基于溫度場的激光切割參數的控制系統的魯棒可靠性，9r = min( II δ I μ)-1 ;min( II δ I μ) 為基于溫度場的激光切割參數的控制系統的非概率可靠性指標。
[0031] -種基于溫度場的激光切割參數的控制裝置，包括：
[0032] 溫度場分布數據采集單元，用于通過紅外熱像系統獲取切割區域溫度場分布數 據，并根據所述溫度場分布數據確定所述溫度場中各溫度點的溫度值；
[0033] 控制策略確定單元，用于根據所述溫度場中各溫度點的溫度值確定激光切割參數 的控制策略；
[0034] 激光切割參數控制單元，用于根據所述激光切割參數的控制策略控制所述激光切 割參數，W使得激光切割器根據所述激光切割參數切割待切割工件。
[0035] 具體的，所述紅外熱像系統包括分布在激光切割器兩側的第一紅外相機和第二紅 外相機；
[0036] 所述溫度場分布數據采集單元，包括：
[0037] 第一采集模塊，用于通過所述第一紅外相機采集切割區域溫度場分布數據，并確 定所述溫度場中各溫度點的束一溫度值；
[0038] 第二采集模塊，用于通過所述第二紅外相機采集切割區域溫度場分布數據，并確 定所述溫度場中各溫度點的束^溫度值；
[0039] 比較模塊，用于將所述溫度場中各溫度點的第一溫度值與第二溫度值進行比較， 選取各溫度點的第一溫度值與第二溫度值之中的較大值，將所述較大值作為所述溫度點的 溫度值。
[0040] 此外，所述控制策略確定單元，具體用于：
[OOW 在NminTian<NmaxTl時，確定所述控制策略為所述激光切割參數無需調整，維持當前 的激光切割參數;其中，化1為所述溫度場中各溫度點的溫度值大于Τι溫度的個數，NminTl為一 預先設置的第一溫度點數量闊值，NmaxTl為一預先設置的第二溫度點數量闊值。
[0042] 進一步的，所述控制策略確定單元，還用于：
[00創在Ντ? > NmaxTl，且Nt2 > NmaxT2時，確定所述控制策略為激光切割過程異常，停止對待 切割工件進行切割;其中，Nt2為所述溫度場中各溫度點的溫度值大于T2溫度的個數