一种基于温度场的激光切割参数的控制方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于温度场的激光切割参数的控制方法、装置及系统，涉及激光切割技术领域。方法包括通过红外热像系统获取切割区域温度场分布数据，并根据所述温度场分布数据确定所述温度场中各温度点的温度值；根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略；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，以使得激光切割器根据所述激光切割参数切割待切割工件。本发明专利技术可以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。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度场的激光切割参数的控制方法、装置及系统
本专利技术涉及激光切割
，尤其涉及一种基于温度场的激光切割参数的控制方法、装置及系统。
技术介绍
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熔化，气化、烧蚀或达到燃点，同时借与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，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。在现有的主流激光切割设备中，可以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，这些参数对切割质量同样具有决定性的影响。目前对这些可选择的参数调整控制方法可以是在加工程序中预先设置这些参数，而这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，这些参数只能由操作者根据经验手动调整。然而，在大型复杂空间三维零件激光切割时，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，特别是重熔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。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种基于温度场的激光切割参数的控制方法、装置及系统，以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。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于温度场的激光切割参数的控制方法，包括：通过红外热像系统获取切割区域温度场分布数据，并根据所述温度场分布数据确定所述温度场中各温度点的温度值；根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略；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，以使得激光切割器根据所述激光切割参数切割待切割工件。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；所述通过红外热像系统获取切割区域温度场分布数据，并根据所述温度场分布数据确定所述温度场中各温度点的温度值，包括：通过所述第一红外相机采集切割区域温度场分布数据，并确定所述温度场中各温度点的第一温度值；通过所述第二红外相机采集切割区域温度场分布数据，并确定所述温度场中各温度点的第二温度值；将所述温度场中各温度点的第一温度值与第二温度值进行比较，选取各温度点的第一温度值与第二温度值之中的较大值，将所述较大值作为所述温度点的温度值。具体的，根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略，包括：若NminT1<NT1<NmaxT1，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，NT1为所述温度场中各温度点的温度值大于T1温度的个数，NminT1为一预先设置的第一温度点数量阈值，NmaxT1为一预先设置的第二温度点数量阈值。进一步的，根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略，还包括：若NT1≥NmaxT1，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为所述温度场中各温度点的温度值大于T2温度的个数，T2>T1，NmaxT2为一预先设置的第三温度点数量阈值；若NT1≥NmaxT1，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为所述温度场中各温度点的温度值大于T3温度的个数，T3<T1，NmaxT3为一预先设置的第四温度点数量阈值；若NT1≥NmaxT1，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三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。进一步的，根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略，还包括：若NT1≤NminT1，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。此外，在通过红外热像系统获取切割区域温度场分布数据之后，包括：根据红外热像系统获取切割区域温度场分布数据的结果变化的不确定性信息，和切割区域温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，确定切割区域温度场分布数据的最大容许变异范围；将所述最大容许变异范围之外的切割区域温度场分布数据剔除，并获取所述最大容许变异范围之内的切割区域温度场分布数据。具体的，根据红外热像系统获取切割区域温度场分布数据的结果变化的不确定性信息，和切割区域温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，确定切割区域温度场分布数据的最大容许变异范围，包括：根据公式：确定切割区域温度场分布数据的最大容许变异范围；其中，αi为基于温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；为αi的均值；为αi的离差；θr为基于温度场的激光切割参数的控制系统的鲁棒可靠性，θr＝min(||δ||∞)-1；min(||δ||∞)为基于温度场的激光切割参数的控制系统的非概率可靠性指标。一种基于温度场的激光切割参数的控制装置，包括：温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温度场分布数据，并根据所述温度场分布数据确定所述温度场中各温度点的温度值；控制策略确定单元，用于根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略；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，以使得激光切割器根据所述激光切割参数切割待切割工件。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；所述温度场分布数据采集单元，包括：第一采集模块，用于通过所述第一红外相机采集切割区域温度场分布数据，并确定所述温度场中各温度点的第一温度值；第二采集模块，用于通过所述第二红外相机采集切割区域温度场分布数据，并确定所述温度场中各温度点的第二温度值；比较模块，用于将所述温度场中各温度点的第一温度值与第二温度值进行比较，选取各温度点的第一温度值与第二温度值之中的较大值，将所述较大值作为所述温度点的温度值。此外，所述控制策略确定单元，具体用于：在NminT1<NT1<NmaxT1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，NT1为所述温度场中各温度点的温度值大于T1温度的个数，NminT1为一预先设置的第一温度点数量阈值，NmaxT1为一预先设置的第二温度点数量阈值。进一步的，所述控制策略确定单元，还用于：在NT1≥NmaxT1，且NT2≥NmaxT2时，确定所述控制策略为激光切割过程异常，停止对待切割工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于温度场的激光切割参数的控制方法，其特征在于，包括：通过红外热像系统获取切割区域温度场分布数据，并根据所述温度场分布数据确定所述温度场中各温度点的温度值；根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略；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，以使得激光切割器根据所述激光切割参数切割待切割工件。

【技术特征摘要】
1.一种基于温度场的激光切割参数的控制方法，其特征在于，包括：通过红外热像系统获取切割区域温度场分布数据，并根据所述温度场分布数据确定所述温度场中各温度点的温度值；根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略；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，以使得激光切割器根据所述激光切割参数切割待切割工件；在通过红外热像系统获取切割区域温度场分布数据之后，方法包括：根据红外热像系统获取切割区域温度场分布数据的结果变化的不确定性信息，和切割区域温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，确定切割区域温度场分布数据的最大容许变异范围；将所述最大容许变异范围之外的切割区域温度场分布数据剔除，并获取所述最大容许变异范围之内的切割区域温度场分布数据。2.根据权利要求1所述的基于温度场的激光切割参数的控制方法，其特征在于，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；所述通过红外热像系统获取切割区域温度场分布数据，并根据所述温度场分布数据确定所述温度场中各温度点的温度值，包括：通过所述第一红外相机采集切割区域温度场分布数据，并确定所述温度场中各温度点的第一温度值；通过所述第二红外相机采集切割区域温度场分布数据，并确定所述温度场中各温度点的第二温度值；将所述温度场中各温度点的第一温度值与第二温度值进行比较，选取各温度点的第一温度值与第二温度值之中的较大值，将所述较大值作为所述温度点的温度值。3.根据权利要求1所述的基于温度场的激光切割参数的控制方法，其特征在于，根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略，包括：若NminT1<NT1<NmaxT1，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，NT1为所述温度场中各温度点的温度值大于T1温度的个数，NminT1为一预先设置的第一温度点数量阈值，NmaxT1为一预先设置的第二温度点数量阈值。4.根据权利要求3所述的基于温度场的激光切割参数的控制方法，其特征在于，根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略，还包括：若NT1≥NmaxT1，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为所述温度场中各温度点的温度值大于T2温度的个数，T2>T1，NmaxT2为一预先设置的第三温度点数量阈值；若NT1≥NmaxT1，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为所述温度场中各温度点的温度值大于T3温度的个数，T3<T1，NmaxT3为一预先设置的第四温度点数量阈值；若NT1≥NmaxT1，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三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。5.根据权利要求4所述的基于温度场的激光切割参数的控制方法，其特征在于，根据所述温度场中各温度点的温度值确定激光切割参数的控制策略，还包括：若NT1≤NminT1，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。6.根据权利要求5所述的基于温度场的激光切割参数的控制方法，其特征在于，根据红外热像系统获取切割区域温度场分布数据的结果变化的不确定性信息，和切割区域温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，确定切割区域温度场分布数据的最大容许变异范围，包括：根据公式：确定切割区域温度场分布数据的最大容许变异范围；其中，αi为基于温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；为αi的均值；为αi的离差；θr为基于温度场的激光切割参数的控制系统的鲁棒可靠...

【专利技术属性】
技术研发人员：段爱琴，巩水利，陈新松，陈俐，王彬，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11