【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光气联动激光切割装置与切割工艺，尤其的用于金属切割。
技术介绍
1、随着激光技术的发展,激光被大量应用在各种行业，其中激光的金属板材切割应用最为广泛，而传统的在传统激光切割中，尤其是在厚板材的切割中，激光能量与辅助气体是两个最重要的切割效果影响因素，而这两种要素在实际应用中都会受到诸多不可控因素的影响导致产生波动，激光会受到冷却温度变化、供电电流波动、控制信号被干扰、光路传输损耗、系统性光衰等因素影响产生激光能量的波动，辅助气体则会受到气路堵塞、气压不稳、浓度比例失调等因素影响产生气流波动，目前由于激光器与气路设备一般由不同设备商提供，因此系统都为独立系统，仅对光或仅对气路做相应的控制，并无实时联动形式的控制系统。此外在工业激光切割领域，由于最核心的激光参数与辅助气体系统的相对独立性，很难将工艺进行收集并做大数据化处理。
2、传统的激光切割其缺点在于：1、传统的激光切割中，激光与气路均为独立的系统，依靠人工调试参数匹配，非常不便；2、传统的激光切割中，由于激光与气路很容易受到各种因素的干扰，导致稳定性不高，只能凭借操作人的经验进行适配调节，即对人员的要求很高；3、传统的激光切割中，由于参数均为固定参数，因此对异形板材切割难度较大；4、传统的激光切割中，气体一般采用单一种类的气体，或固定比例配置的混合气体(氮氧混合气体等)，灵活性不足。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种减少激光波动或辅助气体气压波动对切割影响的光气联动激光切割装置和切割工艺
2、为解决上述问题，本专利技术提供了一种光气联动激光切割装置与切割工艺。一种光气联动激光切割装置，包括激光发生器，激光切割头，可控混合气路系统，冷却系统，光氧互补控制系统；激光发生器用于产生切割用激光，激光发生器包括光纤激光器、激光功率反馈监控系统、传输光缆，激光功率反馈监控系统可以监测激光输出功率；激光切割头用于将切割用激光准直聚焦输出；冷却系统用于对激光器散热冷却；其特征在于，可控混合气路系统，用于产生不同比例的氧气与其它气体混合的的激光切割辅助混合气体；光氧互补控制系统可将光纤激光器输出的功率反馈信号与可控混合气路系统输出的气压信号进行采集分析，并向光纤激光器与可控混合气路系统发出相应的调节信号，用于实现光氧互补功能。
3、优选地，激光切割头可将可控混合气路系统产生的混合切割辅助气体配合激光进行输出；可控混合气路系统包括氧储存罐、气泵、可控混合比例阀门、气压传感装置、气体传输管，光氧互补控制系统包括硬件部分与软件部分；其中硬件部分包括电路板、wifi模块与信号连接线；软件为可将光纤激光器输出的实时反馈信号与可控混合气路系统输出的气压信号进行采集分析，并向光纤激光器与可控混合气路系统发出相应的调节信号的程序软件，用于实现光氧互补功能，与氧气混合的其它气体可以是空气、氮气、惰性气体或它们的组合。
4、优选地，可控混合气路系统输出的预设标准氧气混合比例为y％；在激光切割过程中，光氧互补控制系统会对光纤激光器输出的实时功率反馈信号进行采集，如激光功率出现衰减，光氧互补控制系统会向可控混合气路系统发出将氧气比例上调的信号，可控混合气路系统会根据信号将氧气混合比例上调；如果激光功率出现增强，光氧互补控制系统会向可控混合气路系统发出将氧气比例下调的信号，可控混合气路系统会根据信号将氧气混合比例下调。
5、优选地，如果光氧互补控制系统检测到可控混合气路系统中辅助气体的压力下降，光氧互补控制系统会向光纤激光器发出将激光功率提升的信号，光纤激光器会根据信号是激光功率输出提升；如果光氧互补控制系统检测到可控混合气路系统中辅助气体的压力上升，光氧互补控制系统会向光纤激光器发出将激光功率下降的信号，光纤激光器会根据信号使激光功率输出下降。
6、优选地，氧互补控制系统内部的wifi模块可以将参数实时上传给互联网云端平台，平台可以进行工艺参数大数据收集。
7、一种光气联动激光切割装置的切割工艺，使用上述的光气联动激光切割装置，s1：首先提供预先设定完成的工艺参数包，参数包可以存储于存储介质中，可控混合气路系统输出预设氧浓度的混合气体；s2：在激光切割过程中，光氧互补控制系统会对光纤激光器输出的实时功率反馈信号进行采集，如激光功率出现衰减，光氧互补控制系统会向可控混合气路系统发出将氧气比例上调的信号，可控混合气路系统会根据信号将氧气混合比例上调；如果激光功率出现增强，光氧互补控制系统会向可控混合气路系统发出将氧气比例下调的信号，那么，可控混合气路系统会根据信号将氧气混合比例下调。
8、优选地，如果光氧互补控制系统检测到可控混合气路系统中辅助气体的压力下降，光氧互补控制系统会向光纤激光器发出将激光功率提升的信号，光纤激光器会根据信号使激光功率输出提升；如果光氧互补控制系统检测到可控混合气路系统中辅助气体的压力上升，光氧互补控制系统会向光纤激光器发出将激光功率下降的信号，光纤激光器会根据信号使激光功率输出下降。
9、优选地，其检测辅助气体的气压可以是检测混合气体整体的气压，优选地，其检测辅助气体的气压也可以是单独检测辅助气体其中氧气成分的气压。
10、优选地，当使用该工艺切割碳钢时，设混合气体的预设氧浓度为g％，碳钢厚度为l(mm)，则g＝t*(l+w)，其中t为相关系数，w为燃烧常数，当l为10-25mm时，t的取值范围优选为0.725-0.775，w为0.4至-0.4。
11、优选地，l为12mm-22mm之间的范围内时t＝0.73,w＝0.4。
12、本专利技术的有益效果在于，采用氧气与空气等形成的混合气体作为激光切割的辅助气体，并利用不同的氧气比例改变辅助气体的助燃效果。采用激光与氧气比例相互补偿的方式改变激光与材料之间的作用效果。采用一套氧气与激光比例作为参考量，在应用过程中可以任意套用，对操作者的依赖，对全自动化板材切割有重要的意义。通过一套控制算法，将激光输出能量与氧气比例进行关联，并通过激光与气体压力的实时监控。
13、本方案采用了氧气与空气作为混合气体的设计,还可以改为任意两种或多种气体相互混合的设计。本方案采用一套基于光氧比例控制算法,还可以根据不同的应用需求选用其他的控制算法,如激光与氮气、氩气等。本方案采用了wifi模块的形式对数据进行互联网上传形成互联网大数据管理，还可以根据这个条件进行技术延伸，与一些材料传感系统建立通讯，最终通过互联网数据库对终端设备进行实时的参数校正，最终实现激光的无人智能化加工。
14、本专利技术还发现了在碳钢切割时，如何的有效的抑制毛刺的规律，并将该规律应用于上述切割装置，通过利用规律公式迅速的计算出预设氧浓度的方式，使得光氧互补切割装置由于光氧互补的作用原理使得在切割时始终保持燃烧反应的程度控制在毛刺可以最少的产生的范围内。
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1.一种光气联动激光切割装置，包括激光发生器，激光切割头，可控混合气路系统，冷却系统，光氧互补控制系统；激光发生器用于产生切割用激光，激光发生器包括光纤激光器、激光功率反馈监控系统、传输光缆，激光功率反馈监控系统可以监测激光输出功率；激光切割头用于将切割用激光准直聚焦输出；冷却系统用于对激光器散热冷却；其特征在于，可控混合气路系统，用于产生不同比例的氧气与其它气体混合的的激光切割辅助混合气体；光氧互补控制系统可将光纤激光器输出的功率反馈信号与可控混合气路系统输出的气压信号进行采集分析，并向光纤激光器与可控混合气路系统发出相应的调节信号，用于实现光氧互补功能。
2.根据权利要求1的光气联动激光切割装置，激光切割头可将可控混合气路系统产生的混合切割辅助气体配合激光进行输出；可控混合气路系统包括氧储存罐、气泵、可控混合比例阀门、气压传感装置、气体传输管，光氧互补控制系统包括硬件部分与软件部分；其中硬件部分包括电路板、WIFI模块与信号连接线；软件为可将光纤激光器输出的实时反馈信号与可控混合气路系统输出的气压信号进行采集分析，并向光纤激光器与可控混合气路系统发出相应的调节信号
3.根据权利要求2的光气联动激光切割装置，可控混合气路系统输出的预设标准氧气混合比例为y％；在激光切割过程中，光氧互补控制系统会对光纤激光器输出的实时功率反馈信号进行采集，如激光功率出现衰减，光氧互补控制系统会向可控混合气路系统发出将氧气比例上调的信号，可控混合气路系统会根据信号将氧气混合比例上调；如果激光功率出现增强，光氧互补控制系统会向可控混合气路系统发出将氧气比例下调的信号，可控混合气路系统会根据信号将氧气混合比例下调。
4.根据权利要求3的光气联动激光切割装置，如果光氧互补控制系统检测到可控混合气路系统中辅助气体的压力下降，光氧互补控制系统会向光纤激光器发出将激光功率提升的信号，光纤激光器会根据信号是激光功率输出提升；如果光氧互补控制系统检测到可控混合气路系统中辅助气体的压力上升，光氧互补控制系统会向光纤激光器发出将激光功率下降的信号，光纤激光器会根据信号使激光功率输出下降。
5.根据权利要求4的光气联动激光切割装置，光氧互补控制系统内部的WIFI模块可以将参数实时上传给互联网云端平台，平台可以进行工艺参数大数据收集。
6.一种光气联动激光切割装置的切割工艺，使用权利要求1的光气联动激光切割装置，S1：首先提供预先设定的工艺参数包，参数包存储于存储介质中，可控混合气路系统输出预设氧浓度的混合气体；S2：在激光切割过程中，光氧互补控制系统会对光纤激光器输出的实时功率反馈信号进行采集，如激光功率出现衰减，光氧互补控制系统会向可控混合气路系统发出将氧气比例上调的信号，可控混合气路系统会根据信号将氧气混合比例上调；如果激光功率出现增强，光氧互补控制系统会向可控混合气路系统发出将氧气比例下调的信号，那么，可控混合气路系统会根据信号将氧气混合比例下调。
7.根据权利要求6的光气联动激光切割装置的切割工艺，如果光氧互补控制系统检测到可控混合气路系统中辅助气体的压力下降，光氧互补控制系统会向光纤激光器发出将激光功率提升的信号，光纤激光器会根据信号使激光功率输出提升；如果光氧互补控制系统检测到可控混合气路系统中辅助气体的压力上升，光氧互补控制系统会向光纤激光器发出将激光功率下降的信号，光纤激光器会根据信号使激光功率输出下降。
8.根据权利要求6的光气联动激光切割装置的切割工艺，当使用该工艺切割碳钢时，设混合气体的预设氧浓度为G％，碳钢厚度为L(mm)，则G＝T*(L+W)，其中T为相关系数，W为燃烧常数，当L为10-25mm时，T的取值范围优选为0.725-0.775，W为0.4至-0.4。
9.根据权利要求8的光气联动激光切割装置的切割工艺，L为12mm-22mm之间的范围内时T＝0.73,W＝0.4。
...【技术特征摘要】
1.一种光气联动激光切割装置，包括激光发生器，激光切割头，可控混合气路系统，冷却系统，光氧互补控制系统；激光发生器用于产生切割用激光，激光发生器包括光纤激光器、激光功率反馈监控系统、传输光缆，激光功率反馈监控系统可以监测激光输出功率；激光切割头用于将切割用激光准直聚焦输出；冷却系统用于对激光器散热冷却；其特征在于，可控混合气路系统，用于产生不同比例的氧气与其它气体混合的的激光切割辅助混合气体；光氧互补控制系统可将光纤激光器输出的功率反馈信号与可控混合气路系统输出的气压信号进行采集分析，并向光纤激光器与可控混合气路系统发出相应的调节信号，用于实现光氧互补功能。
2.根据权利要求1的光气联动激光切割装置，激光切割头可将可控混合气路系统产生的混合切割辅助气体配合激光进行输出；可控混合气路系统包括氧储存罐、气泵、可控混合比例阀门、气压传感装置、气体传输管，光氧互补控制系统包括硬件部分与软件部分；其中硬件部分包括电路板、wifi模块与信号连接线；软件为可将光纤激光器输出的实时反馈信号与可控混合气路系统输出的气压信号进行采集分析，并向光纤激光器与可控混合气路系统发出相应的调节信号的程序软件，用于实现光氧互补功能，与氧气混合的其它气体包括空气、氮气、惰性气体或它们的组合。
3.根据权利要求2的光气联动激光切割装置，可控混合气路系统输出的预设标准氧气混合比例为y％；在激光切割过程中，光氧互补控制系统会对光纤激光器输出的实时功率反馈信号进行采集，如激光功率出现衰减，光氧互补控制系统会向可控混合气路系统发出将氧气比例上调的信号，可控混合气路系统会根据信号将氧气混合比例上调；如果激光功率出现增强，光氧互补控制系统会向可控混合气路系统发出将氧气比例下调的信号，可控混合气路系统会根据信号将氧气混合比例下调。
4.根据权利要求3的光气联动激光切割装置，如果光氧互补控制系统检测到可控混合气路系统中辅助气体的压力下降，光氧互补控制系统会向光纤激光器发出将激光功率提升的信号...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺辉，周添豪，张家敏，刘进辉，丁建武，
申请(专利权)人：光惠上海激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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