激光材料加工系统的集中控制结构技术方案

用于监控工件加工过程的装置、系统、和方法，包括引导入射激光束指向工件，并用光学探测器来测量作为入射激光束的结果的、由工件发射的信号。探测器基于光学信号产生至少两个信号。这个方法也包含基于两个输出的商和两个商之一的量值，使用光源监控器来测定工件加工过程的质量。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及操作一个材料加工系统的集中控制结构。
技术介绍
材料加工装置，诸如激光和等离子体弧光喷灯，被广泛地应用于金属材料的切割、焊接和热处理中。基于激光的装置通常包括一个喷管，气流和激光束通过它与工件相互作用。光束和气流均从喷管通过一个通气口喷出，并冲击到工件的一个目标区域上。激光束加热了工件。工件被加热，再结合气体和工件材料间的某种化学反应，就可以用来加热、液化和/或气化工件的一个选定的区域，这依赖于光束的聚焦点和能级而定。这个反应可以让操作者切割或是更改工件。类似地，等离子体弧光喷灯通常包括一个其中装有电极的阴极块，一个在喷灯体内装有一个中心喷口的喷管，电气连接，冷却和弧光控制流体的通道，一个旋动环，用于在电极和喷管之间形成的等离子体腔中控制流体流动方式，以及电源装置。喷灯产生等离子体弧光，它是具有高温和高动量的等离子气的压缩了的、电离化的射流，它从喷管的通气口射出并冲击在工件上。喷灯中用的气体可以是惰性的(如氩、氮)也可以是活性的(如氧或者空气)。通常希望任何材料的加工结果都具有高质量。例如用激光和等离子体切割的截口的边缘应该是没有杂质、光滑的、直线的和均匀的。譬如说，由于激光加热工件的不均匀性、辅助气体和工件之间过分的化学反应，或是切割的碎片没有去除干净，这些因素引起的边缘不轨则性都应该尽量减小。目前，CNC-控制的等离子体弧光或是激光切割系统的操作通常需要有几个人工参数调节以使工件加工结果获得预期的质量。因而，用户通常选取加工参数的一些保守数值以确保在操作条件下、在一个较宽的范围内加工的可靠性。折衷常常导致材料加工生产率的降低(例如，由于激光切割速率减小所致)。如果要用更有挑战性的加工参数，就需要有一个可靠的、自动化的方法来监控切割过程，它可以实时地警示用户切割质量降低。也需要这样的系统按操作条件的改变来调节，以维持最优化加工性能，即维持好的切割质量和最大的生产率。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术涉及材料加工系统的一个控制结构。尤其是，在一个实施例中，本专利技术涉及激光束切割系统的一个集中控制结构，其中系统的“智能”被综合成一个单一的控制器。在另一个实施例中，本专利技术涉及等离子体弧光切割系统的一个集中控制结构，其中系统的“智能”被综合成一个单一的控制器。在一个方面，本专利技术的特征在于控制综合的激光束系统的一个方法。按照该方法的一个实施例，将第一组加工参数输入到控制器中。基于第一组加工参数产生第二组加工参数。控制器至少提供一个命令信号给至少一个输助器件来控制由至少一个辅助器件所产生的一个输出参数。这至少一个辅助器件可以是一个能源，或是一个自动加工控制器。探测辅助器件产生的输出参数，基于被探测的输出参数来调节要提供给辅助器件的命令信号。在另一个方面，本专利技术的特征在于控制综合的材料加工流系统的一个方法。在一个实施例中，材料加工流是激光束。在另一个实施例中，材料加工流是一个等离子体弧光。至少一个辅助器件可以是自动加工控制器。可以探测从自动加工控制器喷出的气体的压强，基于这一压强可以调节提供给自动加工控制器的命令信号以控制气流。至少一个辅助器件可以是激光束的能源。可以探测由能源产生的、表示激光系统的能量束的一个反馈信号，基于这一反馈信号可以调节提供给能源的命令信号以控制激光系统的能量束。至少一个辅助器件可以包括一个第一辅助器件和一个第二辅助器件。探测第一辅助器件产生的第一个输出参数，基于第一个输出参数可以调节提供给第二个辅助器件的命令信号。例如，第一个辅助器件可以是自动加工控制器，第二个辅助器件是激光束的能源。探测到从自动加工控制器排出的气体的压强，可以基于这一压强调节提供给能源的命令信号以控制激光束的能量。探测到由能源产生的、表示激光系统的能量束的一个反馈信号，基于这个反馈信号可以调节提供给自动加工控制器的命令信号以控制气流。换一种方式，第一个辅助器件可以是能源，而第二个辅助器件是激光高度控制器。探测到能源产生的反馈信号，基于这个反馈信号可以调节提供给激光高度控制器的命令信号以控制均衡。在一个方面，本专利技术涉及用激光束监控工件的加工的一种方法。引导入射激光束指向工件，然后用光学探测器测量入射激光束引起的工件发射的至少一个信号。基于工件发射出的至少一个信号，探测器产生两个或者更多的输出。一个光源监控器基于两个或更多输出的比值和基于两个输出中至少一个的量值，可以决定工件加工的质量。在一个实施例中，两个输出中至少一个的量值可以是一个极大值。本专利技术的各个实施例可以包括以下步骤决定工件加质量包括基于两个输出的比值和两个输出中至少一个的量值确定出在查找表中的一个位置，接着在查找表的这个位置上提取一个质量数值。在一种实施例中，探测器的两个输出可以包含光的第一谱带和光的第二谱带。在另一个实施例中，光的第一谱带可以包括比第二谱带低的光的波长带。在另一个实施例中，光的第一谱带可以是在约450nm和约650nm之间的谱带，而光的第二谱带可以是在约950nm和约1,150nm之间的谱带。在一个实施例中，本专利技术的特征在于加工和监控工件的一种装置。这个装置包括引导一束入射激光束指向工件的光源。还包括一个光学探测器，用来测量工件对入射激光束响应后发射出的至少一个信号。光学探测器基于至少一个信号能够产生两个输出。本装置也包括一个光源监控器，它与光学探测器交流信息。光源监控器基于两个输出的比值和两个输出中至少一个的量值，能够决定工件加工的质量。在本专利技术的各个实施例中，光源监控器基于两个输出的比值和至少其中之一的量值能够决定查找表中的一个位置，然后从查找表中的这一位置提取质量数值。在另一个实施例中，两个输出中至少一个的量值可以是极大值。从以下的描述，以及从权利要求书中可以更清楚地了解以上所述和本专利技术的其他目的、方面、特征和优点。附图说明结合附图阅读以下描述的较佳实施例，可以更全面地理解本专利技术的上述和其他门的、特征和优点以及本专利技术自身，其中图1是一个自动化的等离子体弧光系统的示图。图2是按照本专利技术的一个实施例的紧密耦合等离子体弧光系统的示图。图3是流程图，示出按照本专利技术的一个实施例的控制器显示屏的层次。图4是按照本专利技术的一个实施例的控制器显示屏的屏幕照像。图5A是按照本专利技术的一个实施例所用的控制器中的参数形式的收藏库的屏幕照像。图5B是按照本专利技术的一个实施例所用的控制器中改变消耗器屏幕的屏幕照像。图6是方块图，说明按照本专利技术的一个实施例的闭路电源。图7A是按照本专利技术的一个实施例的闭路电源的侧视图。图7B是按照本专利技术的一个实施例的闭路电源的另一个侧视图。图7C是按照本专利技术的一个实施例的闭路电源的顶视图。图8是按照本专利技术的一个实施例的自动加工控制器的顶视图。图9是方块图，说明按照本专利技术的一个实施例的自动加工控制器。图10A是按照本专利技术的一个实施例的气流控制阀门按比例的横截面图。图10B是按照本专利技术的一个实施例，从图10A中的A区域取出的部件分解图。图11A是按照本专利技术的一个实施例的自动加工控制器的侧视图。图11B是按照本专利技术的一个实施例的自动加工控制器的另一个侧视图。图12A是按照本专利技术的一个实施例的自动加工控制器的另一个侧视图。图12B是按照本专利技术的一个实施例的自动加工控制器的又一个侧视图。图13是示图，说明按照本专利技术的一个实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
控制激光束系统的一个方法，所述方法包括以下步骤：ａ）引导入射激光束指向工件；ｂ）从控制器提供至少一个命令信号给至少一个辅助器件，用以控制由所述的至少一个辅助器件所产生的输出参数，其中至少一个辅助器件是能源和自动加工控制器两者 之一；以及ｃ）探测由至少一个辅助器件所产生的所述输出参数，并且基于所述的探测得的输出来调节提供给至少一个辅助器件的所述的至少一个命令信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：TS皮卡德，KJ伍兹，小RE杨，WJ康纳利，
申请(专利权)人：人工发热机有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]