一种激光切割机辅助系统的制作方法

1.本发明涉及激光切割机辅助技术领域，具体为一种激光切割机辅助系统。


背景技术：

2.激光切割机是一种利用激光束对材料进行切割的设备。它使用高能激光束将光能转化为热能，通过对材料表面进行瞬时加热，使其局部区域熔化、蒸发或燃烧，从而实现对材料的切割，通过在激光切割机上安装辅助系统可以提升激光切割机的性能、精度和效率，满足更广泛的切割需求，并简化操作过程，使切割过程更加便捷和可靠，进一步提升激光切割机的性能和功能，同时可解决一些潜在的问题和挑战。
3.现有的大多激光切割机上所使用的辅助系统在使用过程中，虽能提高切割的效率和精准度但是激光切割机并不是只对单一材质的工件进行切割操作，当工件的材质发生变化时，就需要重新手动对辅助系统内部的参数进行调整，否则则会对工件的切割效果造成影响，降低工件的切割品质。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种激光切割机辅助系统，解决了现有的激光切割机用辅助系统在工件材质发生变化时，参数需要重新设定的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种激光切割机辅助系统，包括，
6.上下料模块：用于对需要切割的工件进行夹持并进行输送；
7.激光头控制模块：用于带动激光切割机进行移动；
8.切割质量检测模块：用于监测和评估激光切割过程中的切割质量；
9.虚拟仿真和优化模块：用于通过建立数学模型和进行虚拟仿真，对切割过程中可能出现的问题进行预测；
10.自动调校模块：用于根据实时反馈信号，自动校准激光切割机的光束对准和聚焦位置；
11.材料识别模块：用于对切割的工件的材质进行识别，以根据不同的材质改变激光光束的切割强度和速度；
12.光束调节模块：用于对激光的光束功率、质量，以便于材料识别模块相互配合实现切割。
13.优选的，所述上下料模块包括，
14.原料储存单元：用于存放待切割的工件，可以是板材、管材或其他形式的材料；
15.输送系统单元：用于将待切割的工件从储存区域输送到切割区域；
16.上料单元：用于将待切割的工件从输送系统转移到切割机上；
17.切割工具交换单元：用于快速更换切割刀具或光纤头；
18.下料单元：用于将已切割好的工件从激光切割机上取下；
19.安全保护单元：用于监测人员或障碍物，并触发相应的安全措施，以确保操作人员和设备的安全。
20.4.优选的，所述激光头控制模块包括，
21.光源单元：通常由激光器和光纤组成，用于生成高功率的激光束；
22.光路调整单元：用于控制和调整激光束的传输路径和聚焦；
23.动力控制单元：负责控制激光头的功率输出，用于确保激光束具有所需的功率；
24.运动控制单元：用于控制激光头在工件上的运动轨迹；
25.冷却系统单元：用于有效地冷却激光器和其他热敏部件；
26.激光头监测单元：用于监测激光头的状态和性能。
27.优选的，所述切割质量检测模块包括，
28.视觉传感器单元：用于获取工件的表面图像或线扫描图像；
29.图像处理单元：用于从视觉传感器中获取图像数据进行处理和分析；
30.缺陷检测单元：用于通过分析图像数据，检测和识别切割工件上的缺陷或不良特征；
31.尺寸测量单元：用于测量切割工件的尺寸和几何特征；
32.数据分析单元：用于对从检测单元获取的数据进行分析和解释；
33.控制系统单元：用于负责控制检测模块的操作和数据流。
34.优选的，所述虚拟仿真和优化模块包括，
35.参数建模单元：用于建立激光切割过程的数学模型；
36.动态仿真单元：用于将建立的数学模型与实际切割机进行集成，并进行动态仿真；
37.优化算法单元：用于设计和实现优化算法，以寻找最佳的切割参数组合；
38.结果评估单元：用于评估优化结果的有效性和可行性；
39.参数调整单元：用于根据评估结果对切割参数进行调整。
40.优选的，所述自动调校模块包括，
41.传感器单元：用于使用各种传感器来获取与工件相关的信息；
42.数据处理单元：用于接收传感器单元采集到的数据，并进行处理和分析；
43.反馈控制单元：通过实时监测和分析切割质量和性能指标，提供实时反馈。
44.优选的，所述材料识别模块包括，
45.光谱分析单元：通过检测和分析被切割工件辐射出的光谱特征，以确定工件的组成和特性；
46.红外成像单元：利用红外成像技术，可以检测和捕捉不同材料的热辐射特征；
47.数据处理和匹配单元：用于将采集到的光谱数据或红外图像数据与预先建立的材料数据库进行处理和匹配；
48.自适应参数调整单元：通过识别出的材质类型和特性，以实现自动调整激光切割机的参数。根据不同材质的硬度、脆性、导热性等切割要求，自适应参数调整单元可以优化切割速度、功率、焦点位置等参数，以实现最佳的切割效果和最小的材料损耗；
49.实时反馈和闭环控制单元：通过在切割过程中实时监测和分析切割质量和性能指标，为适应性切割提供实时反馈。
50.优选的，所述光束调节模块包括，
51.质量调节单元：用于优化和调整激光光束的质量；
52.功率调节单元：用于控制激光器的输出功率，以实现对光束能量的调节；
53.防护与冷却模块：用于保护光学元件和其他关键部件免受高温的影响，并保持设备的稳定性和寿命。
54.优选的，一种激光切割机辅助系统的使用方法，包括以下步骤，
55.步骤一，通过上下料模块将待切割工件固定在切割台上，保持其位置稳定；
56.步骤二，通过材料识别模块对待切割的工件的材质进行识别和检测；
57.步骤三，光束调节模块接收材料识别模块的识别信息，并对激光头的光束属性进行调节；
58.步骤四，通过虚拟仿真和优化模块建立工件模型，并根据激光头的光束属性进行切割模拟仿真，以发现切割过程中可能出现的问题，并将这些问题发生给激光头控制模块以及上下料模块，从而对工件的位置以及激光头的属性进行调整；
59.步骤五，通过激光头控制模块控制激光头的移动和定位以将激光束准确地照射到待切割工件上完成切割。
60.本发明提供了一种激光切割机辅助系统。具备以下有益效果：
61.1、本发明通过自动调校模块、材料识别模块内部多个单元的相互配合下，可对工件的材质进行识别，同时通过光束调节模块对激光头的光束属性进行调节以根据不同材质的工件进行调整，以保证对工件的切割效果，同时无须人工手动设定，使用更加方便。
62.2、本发明通过虚拟仿真和优化模块建立工件模型，并根据激光头的光束属性进行切割模拟仿真，以发现切割过程中可能出现的问题，并将这些问题发生给激光头控制模块以及上下料模块，从而对工件的位置以及激光头的属性进行调整。
附图说明
63.图1为本发明的整个的框架示意图；
64.图2为本发明的上下料模块的结构示意图；
65.图3为本发明的激光头控制模块的结构示意图；
66.图4为本发明的切割质量检测模块的结构示意图；
67.图5为本发明的虚拟仿真和优化模块的结构示意图；
68.图6为本发明的自动调校模块的结构示意图；
69.图7为本发明的材料识别模块的结构示意图；
70.图8为本发明的光束调节模块的结构示意图。
具体实施方式
71.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
72.实施例：
73.请参阅附图1-附图8，本发明实施例提供一种激光切割机辅助系统，包括，
74.上下料模块：用于对需要切割的工件进行夹持并进行输送；
75.激光头控制模块：用于带动激光切割机进行移动；
76.切割质量检测模块：用于监测和评估激光切割过程中的切割质量；
77.虚拟仿真和优化模块：用于通过建立数学模型和进行虚拟仿真，对切割过程中可能出现的问题进行预测；
78.自动调校模块：用于根据实时反馈信号，自动校准激光切割机的光束对准和聚焦位置；
79.材料识别模块：用于对切割的工件的材质进行识别，以根据不同的材质改变激光光束的切割强度和速度；
80.光束调节模块：用于对激光的光束功率、质量，以便于材料识别模块相互配合实现切割。
81.上下料模块包括，
82.原料储存单元：用于存放待切割的工件，可以是板材、管材或其他形式的材料；
83.输送系统单元：用于将待切割的工件从储存区域输送到切割区域；
84.上料单元：用于将待切割的工件从输送系统转移到切割机上；
85.切割工具交换单元：用于快速更换切割刀具或光纤头；
86.下料单元：用于将已切割好的工件从激光切割机上取下；
87.安全保护单元：用于监测人员或障碍物，并触发相应的安全措施，以确保操作人员和设备的安全。
88.激光头控制模块包括，
89.光源单元：通常由激光器和光纤组成，用于生成高功率的激光束；
90.光路调整单元：用于控制和调整激光束的传输路径和聚焦，通过调整它们的位置和角度，确保激光束准确地聚焦在工件上；
91.动力控制单元：负责控制激光头的功率输出，用于确保激光束具有所需的功率；
92.运动控制单元：用于控制激光头在工件上的运动轨迹。它包括伺服电机、线性导轨、编码器和运动控制器等组件，以实现高精度和快速的激光头移动；
93.冷却系统单元：激光头通常需要冷却来保持稳定的工作温度。冷却系统单元包括水冷装置、循环泵、冷却管路和温度传感器等设备，用于有效地冷却激光器和其他热敏部件；
94.激光头监测单元：用于监测激光头的状态和性能。它可以包括温度传感器、光强监测器和故障检测器等传感器，以实时监测激光头的工作状态并提供反馈。
95.切割质量检测模块包括，
96.视觉传感器单元：视觉传感器单元负责采集切割过程中的图像数据，用于获取工件的表面图像或线扫描图像；
97.图像处理单元：用于从视觉传感器中获取图像数据进行处理和分析，包括图像处理算法、图像滤波、边缘检测、二值化等，以提取并分析切割过程中的关键特征；
98.缺陷检测单元：用于通过分析图像数据，检测和识别切割工件上的缺陷或不良特征。通过使用机器学习、模式识别或图像分析技术来进行自动化的缺陷检测；
99.尺寸测量单元：用于测量切割工件的尺寸和几何特征。通过使用光学测量、激光测
量、编码器或传感器等设备，以获得工件的精确尺寸数据；
100.数据分析单元：用于对从检测单元获取的数据进行分析和解释，通过使用统计分析、数据挖掘、异常检测等算法和技术，以评估切割质量并提供反馈；
101.控制系统单元：用于负责控制检测模块的操作和数据流。通过与切割设备的控制系统或上位机系统进行通信，并根据检测结果调整切割参数或触发报警。
102.虚拟仿真和优化模块包括，
103.参数建模单元：用于建立激光切割过程的数学模型。通过考虑激光功率、光束的特性、激光与材料的相互作用等因素，以预测切割过程中可能出现的问题，并提供基本的参数优化方案；
104.动态仿真单元：用于将建立的数学模型与实际切割机进行集成，并进行动态仿真。通过模拟光束的运动、材料的相互作用和切割过程中可能的非线性变化，以更准确地预测切割结果和潜在问题；
105.优化算法单元：用于设计和实现优化算法，以寻找最佳的切割参数组合。通过考虑不同的目标函数，如最小化切割时间、最大化切割质量或最小化材料损耗，以使用适当的优化算法(如遗传算法、粒子群优化等)搜索最优解；
106.结果评估单元：用于评估优化结果的有效性和可行性。通过与实际切割过程的对比和实验验证，以确定是否达到了预期的优化目标，以及是否需要进一步调整和改进优化算法；
107.参数调整单元：用于根据评估结果对切割参数进行调整。通过结合实验数据和仿真结果，以对激光功率、切割速度、气体喷嘴的位置和角度等参数进行精确调整，以实现更稳定、高效和精确的切割过程。
108.自动调校模块包括，
109.传感器单元：用于使用各种传感器来获取与工件相关的信息。负责将光谱特征、热辐射特征、图像特征等信息采集并传输到后续的处理单元；
110.数据处理单元：用于接收传感器单元采集到的数据，并进行处理和分析。包括光谱分析算法、图像处理算法、模式识别算法中的一种或多种，以识别工件的类型、特性和切割需求；
111.反馈控制单元：通过实时监测和分析切割质量和性能指标，提供实时反馈。以对参数进行动态调整，以保持切割过程的稳定性和精确性。
112.材料识别模块包括，
113.光谱分析单元：通过检测和分析被切割工件辐射出的光谱特征，以确定工件的组成和特性；通过与预先建立的光谱库进行比对和匹配，可以迅速准确地识别不同的材质类型。
114.红外成像单元：利用红外成像技术，可以检测和捕捉不同材料的热辐射特征；不同材质在受到激光照射时，会发生不同程度的热响应，红外成像单元可以通过测量和分析热图像来判断材质的类型、厚度和其他热特性。
115.数据处理和匹配单元：用于将采集到的光谱数据或红外图像数据与预先建立的材料数据库进行处理和匹配；通过数据处理算法和模式识别技术，可以快速准确地识别工件的材质类型。
116.自适应参数调整单元：通过识别出的材质类型和特性，以实现自动调整激光切割机的参数。根据不同材质的硬度、脆性、导热性等切割要求，自适应参数调整单元可以优化切割速度、功率、焦点位置等参数，以实现最佳的切割效果和最小的材料损耗；
117.实时反馈和闭环控制单元：通过在切割过程中实时监测和分析切割质量和性能指标，为适应性切割提供实时反馈。基于反馈信息，可以实时调整切割参数，使切割过程更加稳定和精确，以适应不同材料的变化和工艺要求。
118.光束调节模块包括，
119.质量调节单元：用于优化和调整激光光束的质量。通过调整如透镜、准直器、光束扩展器和光束收束器等光学元件的位置和性质，可以改变光束的焦距、聚焦点大小和光束的发散性能，以适应不同的切割需求和材料特性；
120.功率调节单元：用于控制激光器的输出功率，以实现对光束能量的调节。通过调整激光器的电流或脉冲宽度，可以改变激光的输出功率，可根据不同的切割任务，尤其是对于不同材质的切割，可以调整激光的能量密度，以实现更好的切割效果；
121.防护与冷却模块：用于保护光学元件和其他关键部件免受高温的影响，并保持设备的稳定性和寿命。激光切割过程中，有一部分光束的能量会被吸收，产生热量。
122.一种激光切割机辅助系统的使用方法，包括以下步骤，
123.步骤一，通过上下料模块将待切割工件固定在切割台上，保持其位置稳定；
124.步骤二，通过材料识别模块对待切割的工件的材质进行识别和检测；
125.步骤三，光束调节模块接收材料识别模块的识别信息，并对激光头的光束属性进行调节；
126.步骤四，通过虚拟仿真和优化模块建立工件模型，并根据激光头的光束属性进行切割模拟仿真，以发现切割过程中可能出现的问题，并将这些问题发生给激光头控制模块以及上下料模块，从而对工件的位置以及激光头的属性进行调整；
127.步骤五，通过激光头控制模块控制激光头的移动和定位以将激光束准确地照射到待切割工件上完成切割。
128.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种激光切割机辅助系统，其特征在于，包括，上下料模块：用于对需要切割的工件进行夹持并进行输送；激光头控制模块：用于带动激光切割机进行移动；切割质量检测模块：用于监测和评估激光切割过程中的切割质量；虚拟仿真和优化模块：用于通过建立数学模型和进行虚拟仿真，对切割过程中可能出现的问题进行预测；自动调校模块：用于根据实时反馈信号，自动校准激光切割机的光束对准和聚焦位置；材料识别模块：用于对切割的工件的材质进行识别，以根据不同的材质改变激光光束的切割强度和速度；光束调节模块：用于对激光的光束功率、质量，以便于材料识别模块相互配合实现切割。2.根据权利要求1所述的一种激光切割机辅助系统，其特征在于，所述上下料模块包括，原料储存单元：用于存放待切割的工件，可以是板材、管材或其他形式的材料；输送系统单元：用于将待切割的工件从储存区域输送到切割区域；上料单元：用于将待切割的工件从输送系统转移到切割机上；切割工具交换单元：用于快速更换切割刀具或光纤头；下料单元：用于将已切割好的工件从激光切割机上取下；安全保护单元：用于监测人员或障碍物，并触发相应的安全措施，以确保操作人员和设备的安全。3.根据权利要求1所述的一种激光切割机辅助系统，其特征在于，所述激光头控制模块包括，光源单元：通常由激光器和光纤组成，用于生成高功率的激光束；光路调整单元：用于控制和调整激光束的传输路径和聚焦；动力控制单元：负责控制激光头的功率输出，用于确保激光束具有所需的功率；运动控制单元：用于控制激光头在工件上的运动轨迹；冷却系统单元：用于有效地冷却激光器和其他热敏部件；激光头监测单元：用于监测激光头的状态和性能。4.根据权利要求1所述的一种激光切割机辅助系统，其特征在于，所述切割质量检测模块包括，视觉传感器单元：用于获取工件的表面图像或线扫描图像；图像处理单元：用于从视觉传感器中获取图像数据进行处理和分析；缺陷检测单元：用于通过分析图像数据，检测和识别切割工件上的缺陷或不良特征；尺寸测量单元：用于测量切割工件的尺寸和几何特征；数据分析单元：用于对从检测单元获取的数据进行分析和解释；控制系统单元：用于负责控制检测模块的操作和数据流。5.根据权利要求1所述的一种激光切割机辅助系统，其特征在于，所述虚拟仿真和优化模块包括，参数建模单元：用于建立激光切割过程的数学模型；
动态仿真单元：用于将建立的数学模型与实际切割机进行集成，并进行动态仿真；优化算法单元：用于设计和实现优化算法，以寻找最佳的切割参数组合；结果评估单元：用于评估优化结果的有效性和可行性；参数调整单元：用于根据评估结果对切割参数进行调整。6.根据权利要求1所述的一种激光切割机辅助系统，其特征在于，所述自动调校模块包括，传感器单元：用于使用各种传感器来获取与工件相关的信息；数据处理单元：用于接收传感器单元采集到的数据，并进行处理和分析；反馈控制单元：通过实时监测和分析切割质量和性能指标，提供实时反馈。7.根据权利要求1所述的一种激光切割机辅助系统，其特征在于，所述材料识别模块包括，光谱分析单元：通过检测和分析被切割工件辐射出的光谱特征，以确定工件的组成和特性；红外成像单元：利用红外成像技术，可以检测和捕捉不同材料的热辐射特征；数据处理和匹配单元：用于将采集到的光谱数据或红外图像数据与预先建立的材料数据库进行处理和匹配；自适应参数调整单元：通过识别出的材质类型和特性，以实现自动调整激光切割机的参数。根据不同材质的硬度、脆性、导热性等切割要求，自适应参数调整单元可以优化切割速度、功率、焦点位置等参数，以实现最佳的切割效果和最小的材料损耗；实时反馈和闭环控制单元：通过在切割过程中实时监测和分析切割质量和性能指标，为适应性切割提供实时反馈。8.根据权利要求1所述的一种激光切割机辅助系统，其特征在于，所述光束调节模块包括，质量调节单元：用于优化和调整激光光束的质量；功率调节单元：用于控制激光器的输出功率，以实现对光束能量的调节；防护与冷却模块：用于保护光学元件和其他关键部件免受高温的影响，并保持设备的稳定性和寿命。9.一种激光切割机辅助系统的使用方法，根据权利要求1-8任一项所述的一种激光切割机辅助系统，其特征在于，包括以下步骤，步骤一，通过上下料模块将待切割工件固定在切割台上，保持其位置稳定；步骤二，通过材料识别模块对待切割的工件的材质进行识别和检测；步骤三，光束调节模块接收材料识别模块的识别信息，并对激光头的光束属性进行调节；步骤四，通过虚拟仿真和优化模块建立工件模型，并根据激光头的光束属性进行切割模拟仿真，以发现切割过程中可能出现的问题，并将这些问题发生给激光头控制模块以及上下料模块，从而对工件的位置以及激光头的属性进行调整；步骤五，通过激光头控制模块控制激光头的移动和定位以将激光束准确地照射到待切割工件上完成切割。

技术总结
本发明涉及激光切割机辅助技术领域，公开了一种激光切割机辅助系统，上下料模块：用于对需要切割的工件进行夹持并进行输送；激光头控制模块：用于带动激光切割机进行移动；切割质量检测模块：用于监测和评估激光切割过程中的切割质量；虚拟仿真和优化模块：用于通过建立数学模型和进行虚拟仿真，对切割过程中可能出现的问题进行预测；自动调校模块：用于根据实时反馈信号，自动校准激光切割机的光束对准和聚焦位置。通过自动调校模块、材料识别模块内部多个单元的相互配合下，可对工件的材质进行识别，同时通过光束调节模块对激光头的光束属性进行调节，以保证对不同材质的工件的切割效果，且无须人工手动设定，使用更加方便。使用更加方便。使用更加方便。


技术研发人员：李健
受保护的技术使用者：扬州帝江工业自动化有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/6