一种激光切割系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光切割技术领域，具体涉及一种激光切割系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]现有的激光切割系统中激光光束聚焦中心轴线与切割工件平面垂直，激光切割光斑(即激光光束打到工件平面上形成的光斑)为圆形，该光斑在切割过程中各个方向切割速度基本一致，其产生的能量分布各个方向也一致，切割速度中规中矩。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有激光切割系统的不足，提供一种激光切割系统及其控制方法，在相同功耗下，本发明切割速度更快，切割效率更高。
[0004]本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的。
[0005]—种激光切割系统，该系统包括:
工控机，用于控制光纤激光器、伺服电机系统、电控切割头、切割气体控制系统、Z轴高度跟踪系统、水冷控制系统，同时用于切割图形的数据处理；
光纤激光器，用于激光切割的激光器，与电控切割头连接；
2维位移系统，用于控制电控切割头的平面位移，设有用于搭载电控切割头的小车；
Z轴高度跟踪系统，用于控制电控切割头喷嘴与工件的距离，与电控切割头固连；
电控切割头，由上至下依次布置有光束转折机构、旋转体、聚焦镜、保护镜、锥体、切割嘴，所述光束转折机构由两片平行的镜片组成，镜片中心位于旋转体的转轴上，其中一片镜片中心正对旋转体的入光口，所述聚焦镜固定在旋转体的出光口处，光束转折机构、聚焦镜随旋转体一起转动，旋转体与旋转机构相连，旋转机构与电控组件相连，电控组件与工控机相连，通过控制旋转体的旋转角度来控制切割过程中激光切割光斑的切割方向；
伺服电机系统，用于驱动2维位移系统的小车；
切割气体控制系统，用于切割过程中切割气体的控制；
水冷控制系统，用于光纤激光器、电控切割头的冷却；
其中，工控机分别与光纤激光器、电控切割头、伺服电机系统、切割气体控制系统、Z轴高度跟踪系统、水冷控制系统连接，所述伺服电机系统与2维位移系统连接。
[0006]本发明还提供一种上述激光切割系统的控制方法，包括以下步骤:
(1)工控机对切割图形进行计算处理，得到切割图形运动轨迹和轨迹上任意点速度方向的切线角度；
(2)工控机将切割图形运动轨迹传送到伺服电机系统，伺服电机系统驱动2维位移系统的小车，将电控切割头移动到切割轨迹起始点；
(3)工控机将切割图形轨迹上任意点速度方向的切线角度传送到电控切割头，电控切割头内旋转体旋转使激光切割光斑的切割方向与轨迹上速度方向的切线角度一致；
(4)工控机控制切割气体控制系统、Z轴高度跟踪系统、光纤激光器开启，Z轴高度跟踪系统控制切割头喷嘴与工件距离保持一致并稳定，开始切割打孔；
(5)打孔工艺结束后工控机控制2维位移系统、电控切割头、光纤激光器按轨迹数据运行实现切割；
(6)切割完成后，工控机控制2维位移系统的小车回到切割停靠点，控制电控切割头内旋转体旋转回到起始角度，等待下个切割命令，工控机控制切割气体控制系统、Z轴高度跟踪系统、光纤激光器停止，等待下个切割命令。
[0007]在上述技术方案中，步骤(I)所述对切割图形进行计算处理的具体操作为计算激光切割的图形的切割轨迹数据、计算切割轨迹上任意点速度方向的切线角度;确定2维位移系统的小车的运动程序;确定电控切割头内旋转体的运动程序;确定光纤激光器在切割轨迹中的出光程序;确定Z轴高度跟踪系统开启与停止的控制程序;确定切割气体控制系统开启与停止的控制程序。
[0008]本发明激光切割系统及其控制方法，激光光束聚焦中心轴线与切割工件平面不垂直，而是形成一定角度，因此形成的激光切割光斑的能量分布不均匀，通过改变激光聚焦后在切割目标上的能量分布，可使相同激光功率下，切割速度提高50%以上，切割效率提高50%。
【附图说明】
[0009]图1为本发明系统的结构方框图。
[0010]图2为本发明中电控切割头的结构示意图。
[0011 ]图3为激光切割光斑的切割方向示意图。
[0012]图4为切割标准圆的过程中光斑的切割方向示意图。
[0013]其中:I光束转折机构、2聚焦镜、3保护镜、4锥体、5切割嘴、6旋转机构、7旋转体、8电控组件、9工件。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0015]如图1所示，本发明实施例提供一种激光切割系统，该系统包括:
工控机，用于控制光纤激光器、伺服电机系统、电控切割头、切割气体控制系统、Z轴高度跟踪系统、水冷控制系统，同时用于切割图形的数据处理；
光纤激光器，用于激光切割的激光器，与电控切割头连接；
2维位移系统，用于控制电控切割头的平面位移，设有用于搭载电控切割头的小车;所述2维位移系统为X/Y 二轴位移系统，包含X向左基准零点、X向左减速点、X向右基准零点、X向右减速点、Y向基准零点等传感器及床体、小车、横梁等部件；其XY方向与地面平行；
Z轴高度跟踪系统，用于控制电控切割头喷嘴与工件的距离，与电控切割头固连;其Z轴高度跟踪系统方向与地面垂直；
电控切割头，如图2所示，电控切割头，由上至下依次布置有光束转折机构、旋转体、聚焦镜、保护镜、锥体、切割嘴，所述光束转折机构由两片平行的镜片组成，镜片中心位于旋转体的转轴上，其中的一片镜片安装在旋转体的入光口处，其镜片中心正对激光入射方向，所述聚焦镜固定在旋转体的出光口处，光束转折机构、聚焦镜随旋转体一起转动，旋转体与旋转机构相连，旋转机构与电控组件相连，电控组件与工控机相连，通过控制旋转体的旋转角度来控制切割过程中激光切割光斑的切割方向；
伺服电机系统，用于驱动2维位移系统的小车；