激光器操作的監視和控制的制作方法

專利名稱：激光器操作的監視和控制的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光器操作的監視和控制。
特別地，本發明涉及用于監視和控制激光器參數以及除了由激光器廠商提供的應用程序之外的應用程序的操作的系統。
背景技術：
常常要求激光系統集成器(integrator)監視和控制激光器參數以及第三方應用程序(即，除了由激光器廠商提供的應用程序之外的應用程序)的操作。
集成器的激光控制要求根據應用程序的大小和類型可以有巨大的改變。最基本地，其可能被要求周期性地監視較少的激光器參數。更復雜地，其可能涉及監視和控制激光器所需的自動機(robotic又稱機器人)系統的集成。應用程序復雜度可以隨著帶有監督控制器的多激光器多自動機系統而進一步增加，該系統可以在共享或單獨平臺的任意組合上運行，并可以分布在諸如局域網或廣域網甚至互聯網的網絡上。
這種系統中的多個激光器和/或自動機也可以在諸如不同的計算機操作系統、應用程序等的共享或單獨平臺的任意組合上運行。
能夠被應用于工業激光應用的監視和控制的現有已知技術是OPC(用于過程控制的對象鏈接和嵌入[OLE](Object Linking andEmbedding[OLE]for Process Control))。
然而，這種方法不靈活并且通常還要求為每個服務器運行支付單獨的許可費，這極大地增加了成本。
這種方法還可以使得數據僅能夠以一種途徑被存取，并且可能難以隨意地定制或容易地添加或去除特征。

發明內容
本發明旨在提供一種用于連接第三方客戶端軟件以監視和控制激光裝置的改進的靈活的方法。
根據本發明的第一方面，提供了一種激光器監視和/或控制裝置，包括COM(組件對象模型)接口或DCOM接口。
本發明進一步提供了一種激光器監視和/或控制裝置，包括一個或多個激光器、激光器GUI(圖形用戶界面)、以及數據服務器。
根據本發明，進一步提供了一種激光器監視和控制裝置，包括至少一個激光器操作模塊、ActiveX組件、和激光器，其中，ActiveX組件起到數據服務器的作用。
優選地，還提供另一個或第三方應用程序(優選地能夠使用COM)并且ActiveX組件作為用于應用程序的數據服務器運行。
激光器可通過串行激光器接口連接至該組件。
該裝置可以在通過接口(諸如串行激光器接口)連接至激光器的計算機或共享計算機平臺上包括全部的數據服務器(ActiveX組件)、激光器GUI、和至少一個第三方應用程序。
激光器應用模塊、ActiveX組件、以及第三方應用程序可以安裝在連接至激光器的單個計算機上或可以設置在獨立的計算機或平臺上。
該裝置可以進一步包括外部控制器(例如，自動機、PLC、或定制控制器)，其通過例如串行連接、并行連接、或TCP/IP連接連接至計算機，并通過接口(諸如數字接口)連接至激光器。
該裝置可以包括在一個計算機或平臺上的數據服務器或激光器GUI，和/或包括在第二計算機或平臺上的一個或多個另外的應用程序、能夠使用COM的應用程序、或其他第三方應用程序。計算機可以通過諸如TCP/IP(互聯網協議)連接的任何適當方法被鏈接。
該裝置可以包括分布在多個計算機上的多個第三方應用程序和激光器GUI。一個或多個應用程序可以被安裝在每個計算機上。
可以使用多個激光器和/或外部控制器，每個激光器通過適當的接口連接至計算機。
在本發明的實施例中，使用ActiveX組件作為可以附加客戶端應用程序的數據服務器。使用工業標準COM技術，可以提供方法、屬性、和事件以允許附加的客戶端應用程序監視和控制激光器。使用COM技術使得諸如Microsoft Word、Microsoft Excel、MicrosoftAccess的標準軟件包或許多其它類型的軟件包或諸如SCADA和SPC的標準控制軟件包可以被集成。
該應用可以使許多不同的監視和控制應用程序運行或實施多個不同的監視和控制數據結構。例如，其可以包括對諸如激光器打開或需要的功率的單個參數的監視。可選地，監視可以在參數塊(例如水冷卻器數據報告，其包括對激光器而言必不可少的水冷卻器的所有參數)上完成。
還可選地，可以進行全數據結構的監視和控制。如果激光器參數由客戶端讀取，則監視和控制可包括所有激光器參數的狀態，或者如果激光器參數由客戶端寫入，則監視和控制設定所有激光器參數的需要狀態。
標準激光器圖形用戶界面(GUI)可以作為客戶端連接至服務器。GUI可以可選地在適當的顯示裝置上顯示給用戶，或當使用Microsoft Windows或其它類型的操作系統時作為系統盤組件在后臺運行。這樣，所有的控制或監視參數可以作為單個顯示在單個GUI上被看到，或者如果需要的話可以在多個顯示器上被看到。
GUI、第三方客戶應用程序、和ActiveX組件可以在標準COM配置中的相同計算機平臺上運行，或者經由分布式COM(DCOM)在網絡計算機的任意組合上運行。
多個第三方客戶或多個激光器可以連接到相同的服務器組件上。
本發明進一步提供了一種激光器監視和/或控制系統，其中使用ActiveX組件作為鏈接客戶端。
傳統上，當需要在視覺上監視激光器處理時，相機被安裝用于觀看處理，或更經常地，用于在工件被處理時觀看該工件。在監視器上觀看來自相機的圖像(視頻或靜止)。因此，激光器操作員在一個監視器(通常是TV型監視器)上觀看圖像并使用在單獨的PC或其他顯示監視器上的單獨的激光器圖形用戶界面(GUI)來操作激光器。
根據本發明，進一步提供了一種激光器監視和/或控制裝置，包括激光器、激光器控制和/或監視裝置、用于監視和/或控制激光器操作的圖形用戶界面(GUI)、成像裝置、以及用于在GUI上顯示來自成像裝置的圖像的裝置。
成像裝置優選地是攝像機或照相機，被安裝用于觀看工件。相機優選地鄰近激光器安裝，以在與由激光器發射的激光束的方向平行的方向上觀看工件。
根據另一方面，本發明提供了一種激光裝置，包括上述任意一個或多個特征。


下面將參照附圖通過實例的方式描述本發明的實施例，在附圖中圖1示出激光器控制系統的簡單的COM應用；圖2示出激光器控制系統的可選的COM應用；圖3示出DCOM激光器控制應用；圖4示出可選的DCOM激光器控制系統；圖5示出包括成像系統的系統；圖6示出包括成像系統并具有遠程存取的系統；以及圖7和圖8示出屏幕顯示。
具體實施例方式
參考圖1，激光器1(通常包括內部或外部水冷卻系統，為了清楚起見沒有示出)經由串行接口2連接至計算機3。計算機包括作為軟件構件的激光器GUI 4，激光器GUI可以是作為顯示器(未示出)的界面的專用GUI，用于用戶例如通過使用圖形界面來控制激光器參數。激光器GUI可以鏈接(通常通過軟件連接)至ActiveX組件5。第三方應用程序6也可以連接至ActiveX組件，并且這些可能是諸如MS Word、MS Excel等的標準軟件包。
在該實例中，激光器GUI 4、ActiveX組件5、以及第三方客戶應用程序6都在相同的計算機平臺3上運行。
ActiveX組件實際上提供了到服務器的鏈接客戶端，用于鏈接激光器GUI和/或第三方應用程序6。ActiveX組件提供了涉及激光器及其操作的全部或一些信息，并充當客戶應用程序可以連接到的數據服務器。
激光器GUI 4可選地可以是可視的或在后臺運行。
該實施例的典型應用可以如下首先，如果顧客想要周期性地記錄一個或多個激光器參數，則激光器可以通過ActiveX組件5被控制，并且第三方應用程序可以是諸如Microsoft Excel、Microsoft Access的應用程序或能夠使用于記錄這些參數的軟件應用程序運行的其他標準或定制COM。可選地，顧客可以具有他們自己的軟件應用程序，其可以用作第三方應用程序6以監視和控制激光器。該應用程序還可以執行顧客指定的其他功能。
圖2示出更復雜的COM應用，其中，除激光器GUI 4和ActiveX組件5之外，計算機23還包括兩個第三方應用程序26a和26b。計算機再次經由串行激光器接口2連接至激光器1。此外，激光器經由數字激光器接口20(通常為可以是專用接口或標準接口的雙向接口)連接至自動機、PLC、或定制控制器21。自動機、PLC、或定制控制器也通過單獨的連接22連接至計算機23，并且連接22可以是例如串行連接、并行連接、或例如使用TCP/IP協議的互聯網連接。其可選地可以是其它類型的連接，諸如串行鏈路的本機連接或諸如互聯網連接的更遠程型連接。
在圖2的實例中，激光器GUI 4、ActiveX組件5、以及兩個第三方客戶應用程序26a和26b均在相同的計算機平臺上運行。
應當注意，盡管在附圖中將組件作為計算機示出，這可能意味著簡單地將共享共用計算機平臺的組件和可以分布在多個聯網的計算機上的組件進行比較。
在圖2的實施例中，所有的激光器組件均可用于第三方客戶應用程序26a和26b以監視和控制激光器，因為這些第三方客戶應用程序均連接至ActiveX組件5。自動機、PLC、或定制控制器代表外部控制器，其可以利用并行激光器接口用于高速激光器控制功能，并且如上所述，這可以是經由任意所需類型的連接的主機接口。
激光器GUI可選地可以是可視的或在后臺運行。
圖2的實施例的典型應用如下諸如自動機、PLC、或定制控制器的外部控制器可以具有自己的接口程序，例如在主機上運行的第三方應用程序1(26a)。該應用程序可以經由ActiveX組件或經由數字激光器接口20可選地監視和控制激光器。在該方案中，通過ActiveX或經由數字激光器接口可以實現激光器控制的任意組合。例如，在一種方案中，第三方控制器可以被用于經由數字激光器接口20打開或關閉激光器的快門(未示出)，以允許激光器操作，并且然后可以經由ActiveX組件5執行參數設置和激光器監視。
第二第三方應用程序26b然后可以簡單地用于周期性地記錄一個或多個激光器參數，并可以是能夠使諸如MS Excel、MS Access等的軟件應用程序運行的任意標準或定制COM，或可以是顧客希望使用以監視和控制激光器的顧客指定應用程序。該應用程序也可以執行顧客指定的其他功能。
圖3示出DCOM(分布式COM)應用。在該實例中，第一激光器GUI 34和ActiveX組件35在第一計算機33上運行。第三方應用程序36在第二計算機37上運行。第一計算機33以與其它實施例相同的方式連接至激光器3，激光器也可以可選地經由數字激光器接口連接至外部控制器(未示出)。第二計算機37可以經由例如TCP/IP協議連接38連接至第一計算機33。
在該實施例中，所有激光器參數均可用于第三方客戶應用程序以監視和控制激光器。其典型應用可以是第三方應用程序是設備監控系統時，例如位于遠離激光器的位置的SCADA(SupervisoryControl and Data Acquisition，監視控制和數據獲取)系統。由于通過TCP/IP進行該連接，因此其可以位于完全分離的位置并且通過互聯網連接。
第三方應用程序也可以是如圖2的實施例所述實施的自動機、PLC、定制控制器、或其他外部控制器。
圖4示出了更加復雜的DCOM應用。在該實施例中，通過實例的方式示出五個獨立的計算機41至45。獨立的第三方應用程序駐留在每個計算機41和42上。ActiveX組件存在于計算機43上并且兩個獨立的激光器GUI存在于相應的計算機44和45上。應當注意，也可以設置其他數量的第三方應用程序和激光器GUI，或者僅為兩者之一或兩者。在計算機44和45上的每個激光器GUI分別經由串行激光器接口46和47連接至相應的激光器48和49。如果需要，激光器GUI還可以經由數字激光器接口連接至外部控制器。每個計算機可以以適當的方式彼此連接，但是優選地通過TCP/IP連接50來連接，其可以如圖所示連接至其他激光器或其他應用程序。
所有的激光器參數均可用于每個第三方客戶應用程序以監視和控制激光器。單個的ActiveX組件能夠為與多個激光器相關的數據服務。
如同其他實施例一樣，激光器GUI 44和45可選地可以為可視的或在后臺運行。
第三方軟件可以是能夠使軟件應用程序運行的任意COM、數據記錄、自動機/PLC/定制控制器、或SCADA的任意組合。如果需要，則其他第三方客戶應用程序可以在任意計算機平臺上運行，例如在與任意激光器GUI或ActiveX組件相同的計算機平臺或不同的計算機平臺上運行。
如果第三方應用程序是自動機、PLC、或定制控制器，則如果需要，則可以像圖2的實施例一樣應用接口。
諸如圖4的實施例的典型應用是用于具有在遠程計算機上運行的設備監視軟件(SCADA)的多激光器。應當注意，如果必要的話，在該實例中的激光器可以在物理上位于彼此遠離的位置。
在本發明的實施例中，ActiveX組件充當可以連接客戶應用程序的數據服務器。
本發明可以應用到任意類型的激光器。這些可以是例如ND:YAG激光器或其他。激光器的構造是眾所周知的，并包括由抽吸裝置(pumping means)(諸如抽運燈(pumping lamp))抽吸的一個或多個激光器介質(例如，激光器棒)。水冷卻系統通常是必需的。
經常希望能夠觀看由激光器對工件執行的處理操作。傳統上，這已經通過設置成像裝置(例如，攝像機或照相機)并在TV或其他監視屏幕上觀看來自該裝置的圖像來實現。直到現在，這通常是與觀看GUI的顯示器分離的監視屏幕。
在本發明的另一方面(可以與先前描述的任何方面結合)中，安裝攝像機或其他成像裝置，以在處理正在進行的同時生成處理的圖像，并且如果需要，則將這些圖像直接發送至顯示器上的GUI，其中，操作者使用GUI以控制和監視處理操作的參數。
圖5示出該方面的一個實例。在該圖中，(通過未直接示出的裝置)控制激光源1a以向同樣安裝有相機51的輸出殼體50發射激光。相機優選地為攝像機，通常是數字攝像機，或可以是數字照相機或例如基于CCD或CMOS成像陣列的其他成像裝置。來自激光源和相機的光束52均指向工件53。相機連接至視頻疊加卡54(video overlay card)，視頻疊加卡形成操作員接口PC 55的一部分并且可以是PC的視頻卡。當需要時，視頻疊加卡以已知的方式被布置為顯示視頻信號作為操作員顯示56的一部分。
視頻疊加卡商業上可獲得，但是以前從來沒有應用于激光器用戶接口。
如上所述，傳統上，觀看實況圖像(live image)的功能僅通過使用外部顯示器來實現，通常是外部CRT(陰極射線管)顯示器或十字準線發生器。在本發明的實施例中，顯示器和十字準線發生器與激光器GUI集成，從而極大地改進了存取和可控性。
圖6示出可選實施例，其中，可以對視頻和操作員顯示(GUI)進行遠程存取。在這種情況下，用類似的標號表示與圖5類似的組件。視頻疊加卡54連接至PC接口57用于通過網絡傳輸或連接至調制解調器或類似裝置(例如，ISDN適配器)或寬帶適配器。從這里可獲得遠程數據存取59。遠程數據存取可以通過互聯網在到世界的任何地方的終端上獲得，或通過LAN、WAN、或其他適當的網絡獲得。
使用本發明的這個特征使激光器處理監控功能能夠嵌入激光器用戶界面，以向用戶呈現用于所有激光器監視和控制功能的單一界面。如上所述，其消除了對外部監視器和十字準線發生器的需要，同時具有成本效益。此外，其便于記錄激光器處理的任何階段的靜止圖像或視頻圖像。視頻可以被本地存儲并通過調制解調器或網絡連接通過遠程存取來取回。
實際上，可以將視頻疊加卡，例如Haupgauge Win TV系列卡，安裝到基本激光器操作系統在其中運行的PC上的備用插槽。相機51的輸出被提供給該視頻疊加卡54。操作員顯示軟件然后自動檢測是否存在視頻硬件，并向用戶提供包括以下非限制性實例的功能a)記錄和重放視頻流或靜止圖像；b)定格顯示的圖像；c)打印靜止圖像；d)將數據、時間、和其他文本附加到靜止圖像；
e)調節視頻顯示的亮度和對比度；f)調節十字準線的位置以與射束校正(beam alignment)一致；g)調節十字準線的顏色以適應不同的背景；h)經由調制解調器或互聯網傳輸保存的靜止或視頻圖像。
圖7示出操作員可以用其監視和控制激光器操作的顯示界面(GUI)的一個非限制性實例。如上所述，該顯示具有操作員可以用其來控制處理的一系列功能，并且該一系列功能可以設置在激光器自身的本地機器上或遠程機器上。ActiveX組件和其他組件可以用于對此進行控制并通過互聯網連接至不同的PC。該顯示還包括相機圖標60。在屏幕顯示上選擇這個圖標使得圖8中示出的過程視覺顯示和控制屏幕被顯示。如圖8顯示的部分61所示，這使得視頻疊加卡的輸出被顯示為該顯示的一部分。如圖所示，該系統包括生成十字準線62、63的十字準線發生器。為了激光束校正或其他目的，這些十字準線可以用于準確地將相機或用戶的注意力集中到圖像的某部分。實際上，該圖像是工件的圖像，并且來自與用于對工件進行操作的激光束相同的方向。通過在圖中水平方向上移動按鈕64以及在垂直方向上移動按鈕65可以調節十字準線的位置。
從該過程視覺屏幕，用戶可以觀看實況的相機圖像、定格或顯示、快照(照片模式)、和記錄視頻鏡頭(視頻模式)。按鈕66可以用于調節十字準線顏色。在該實例中，顏色從白到黑，但是如果合適可以使用一套顏色。可以在過程視覺頁面中重放或重看所有圖像。
如上所述，所有的圖像文件還可以經由調制解調器或網絡被取回。
權利要求
1.激光器監視和控制裝置，包括激光器、數據服務器、和激光器圖形用戶界面(GUI)。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述數據服務器包括COM(組件對象模型)接口或DCOM接口。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，包括激光器操作模塊以及起到所述數據服務器的作用的ActiveX組件。
4.根據上述任一權利要求所述的裝置，包括至少一個其他數據應用程序。
5.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述數據服務器應用程序安裝在單獨的計算機上或分離的計算機或平臺上。
6.根據上述任一權利要求所述的裝置，進一步包括附加控制器，通過數字接口連接至所述激光器。
7.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述數據服務器和所述激光器GUI設置在一個平臺上，并且一個或多個其他應用程序、能夠使COM運行的應用程序、或其他應用程序設置在第二計算機或平臺上。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述計算機或平臺通過局域網、廣域網、或互聯網連接。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中，使用互聯網協議或TCP/IP通信。
10.根據上述任一權利要求所述的裝置，其中，所述圖形用戶界面在適當的顯示裝置上顯示給用戶或在后臺運行。
11.根據上述任一權利要求所述的裝置，進一步包括成像裝置和用于在所述GUI上顯示來自所述成像裝置的圖像的裝置。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述成像裝置被布置為提供工件的圖像，其中，所述工件由從所述激光器發射的激光束來操作。
13.激光器監視和控制裝置，包括激光器；激光器控制器或監視裝置；圖形用戶界面(GUI)，用于監視和/或控制激光器操作；成像裝置；以及用于在所述GUI上顯示來自所述成像裝置的圖像的裝置。
14.根據權利要求13所述的激光器，其中，根據需要，單獨的顯示器用所顯示的圖像來顯示所述GUI。
15.根據權利要求13或14所述的裝置，其中，所述成像裝置是攝像機或照相機，其被安裝用于在所述工件由來自所述激光器的激光束操作時對所述工件進行觀看。
全文摘要
本發明公開了一種激光器監視和控制裝置，包括激光器、數據服務器、和激光器圖形用戶界面(GUI)。數據服務器可以使用ActiveX或其它COM處理。本發明還公開了使用相同GUI的整體相機的使用。
文檔編號G05B19/00GK1806244SQ200480016739
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月14日 優先權日2003年6月16日
發明者西蒙·喬治·凱格爾 申請人:Gsi集團有限公司