发明内容
本发明的第一目的是为解决现有技术中存在的缺陷,提供一种集成了激光打标机的数控切割集成控制装置。
本发明的第二目的是为解决现有技术中存在的缺陷,提供一种能够根据打标机控制文件和切割指令文件进行自动标识或划线的数控切割控制方法。
为了实现第一目的,本发明提供了一种数控切割控制装置,其包括:
数控切割机,用于移动其X和Y轴移动机构;
激光打标机,与所述数控切割机通过I/O并行接口连接,用于生成打标机控制文件和切割指令文件,并根据打标机控制文件在X和Y轴移动机构移动至目标区后开始进行自动标识或划线。
优选地,所述激光打标机包括:
激光打标控制器,与所述数控切割机连接,用于生成打标机控制文件和切割指令文件,所述数控切割机进一步地根据所述切割指令文件进行移动其X和Y轴移动机构;
激光打标头,与所述激光打标控制器和数控切割机连接,用于根据所述打标机控制文件在所述数控切割机移动X、Y轴移动机构移动至目标区后开始进行激光划线或标识。
所述激光打标控制器与激光打标头分体设置,其中所述激光打标控制器安装在所述数控切割机的横梁上,且所述激光打标头安装在所述数控切割机的Y轴移动机构的小车上。
优选地,所述激光打标控制器包括:
计算机,与所述数控切割机通过接口进行通信且通过数字信号与所述激光打标头进行通信,用于生成所述打标机控制文件和切割指令文件,以控制所述数控切割机移动X和Y轴移动机构,以及控制所述激光打标机通过激光打标头打标;
激光电源,受控于所述计算机生成的打标机控制文件被打开或关闭电源;
光纤激光器,与所述激光电源连接且通过光纤和光隔离器连接所述激光打标头,受控于所述计算机生成的打标机控制文件输出激光。
优选地,所述激光打标头包括:
光学及观察***,用于指示光轴位置进行精确定位;
振镜扫描聚焦***,与所述光学及观察***连接,用于在工件表面上沿着指示的光轴位置进行激光扫描以标识或划线。
所述激光打标头还包括激光对焦***,与所述光学及观察***连接,用于自动控制Z轴高度以确定工件表面与激光打标头的恒定焦距。
为了实现本发明第二目的,本发明提供了一种数控切割控制方法,该方法包括:
步骤1,激光打标机存储并运行打标机控制文件;同时数控切割机存储并运行切割指令文件;
步骤2,所述数控切割机根据所述切割指令文件移动X和Y轴移动机构,将激光打标头移动至目标区,并向所述激光打标机发出通知信号;
步骤3,所述激光打标机响应所述通知信号,执行所述打标机控制文件从目标区开始进行自动标识或划线。
优选地,所述生成打标机控制文件和切割指令文件的过程包括:根据零件套排文件中的标识或划线信息,按照数控代码规则编译生成数控切割机可识别的、配合激光打标机执行打标或划线动作的第一数控切割机移动机构移动指令或第二数控切割机移动机构移动指令,归入切割指令文件;同时,编译生成打标机控制文件,打标机控制文件包括中断请求指令、打标控制指令和划线控制指令;并且根据零件套排文件中的切割图形信息,按照数控代码规则直接编译成切割指令,归入切割指令文件。
可选地,所述将激光打标头送至目标区包括:数控切割机的X、Y轴移动机构移动激光打标头,将激光打标头移到预定打标位置;进一步地,所述执行所述打标机控制文件从目标区开始进行自动标识包括:执行所述打标机控制文件的打标控制指令,打开激光电源,启动光纤激光器,控制激光打标头的振镜扫描聚焦***沿着预定打标位置偏转激光打标头进行打标。
进一步地,在所述打标步骤之后还包括:
所述激光打标机执行所述打标机控制文件中的中断请求指令,通过并行接口向所述数控切割机发送请求应答信号;
所述数控切割机响应所述请求应答信号,执行所述切割指令文件移动X、Y轴移动机构将激光打标头重新定位;并向激光打标机发出通知信号;
所述激光打标机响应,继续向下执行所述打标机控制文件。
可选地,所述将激光打标头送至目标区包括:数控切割机的X、Y轴移动机构移动激光打标头,将激光打标头移动到预定划线位置;进一步地,所述执行所述打标机控制文件从目标区开始进行自动划线包括:执行打标机控制文件的划线控制指令,打开激光电源,启动光纤激光器,调整激光打标头的振镜扫描聚焦***,划线开始,然后执行中断请求指令通过I/O接口向数控切割机发出应答请求信号;数控切割机响应,向下执行切割指令文件,通过其X、Y轴移动机构带动激光打标机头沿划线轨迹行走。
优选地,所述激光打标机存储并运行打标机控制文件;同时数控切割机存储并运行切割指令文件的过程之前还包括:
激光打标机生成所述打标机控制文件和切割指令文件,并将所述切割指令文件通过RS232串行接口发送给数控切割机。
因此,通过本发明提供的数控切割装置集成的激光打标机能够完成零件上的自动划线、标识,具有标识可靠、直观、速度快、划线准确又不损伤钢板等优点。
具体实施方式
图1是本发明数控切割控制装置实施例的结构示意图。图2为本发明激光打标机实施例的机构示意图。参见图1和图2,该数控切割控制装置包括:数控切割机1,用于移动其X轴移动机构和Y轴移动机构;激光打标机2,与所述数控切割机1通过I/O并行接口连接,用于生成打标机控制文件和切割指令文件,并根据切割指令文件通过数控切割机X和Y轴移动机构将激光打标头移动至目标区,然后根据打标机控制文件进行自动标识或划线。本实施例所使用的数控切割机为规格为6500*16000梅塞尔数控切割机。在保留该数控切割机1不变的基础上,增加了激光打标机2。
其中如图所示激光打标机2包括:激光打标控制器21,与所述数控切割机1连接,用于生成打标机控制文件和切割指令文件,所述数控切割机进一步地根据所述切割指令文件进行移动其X和Y轴移动机构;激光打标头22,与所述激光打标控制器21和数控切割机1连接,用于根据所述打标机控制文件在所述数控切割机X、Y轴移动机构移动至目标区后进行激光划线或标识。
在图1所示的数控切割装置实施例中,激光打标控制器21与激光打标头22是分体设置,其中所述激光打标控制器安装在所述数控切割机的横梁11上,且所述激光打标头通过升降装置安装在所述数控切割机的Y轴移动机构的小车10上。这种设置方法以避免小车10负荷过重。在本例中升降装置5由伺服电机驱动。小车沿横梁11长度方向行走,即Y轴,大车拖动横梁11沿轨道12行走,即X轴。
由于激光打标头与计算机信号传输距离较长,外来信号容易产生干挠,计算机到激光打标头采用数字信号传输,以有效地避免各种干挠,保证激光打标质量。激光打标控制器21包括:
计算机211,与数控切割机1通过如串行接口RS232和并行接口I/O进行通信且通过数字信号与激光打标头进行通信,用于生成所述打标机控制文件和切割指令文件,以控制所述数控切割机移动X和Y轴移动机构,以及通过激光打标机控制所述激光打标头打标或划线;在本例中计算机选用工控机其参数为PIII/256M/40G/1.44MB/15,并且界面为中文操作***(Windows)为交互式图形化Windows界面,并可将打标内容模拟显示。
激光电源212(图中未示出),受控于所述计算机211生成的打标机控制文件被打开或关闭电源;
光纤激光器213,与所述激光电源212连接且通过光纤3和光隔离器4连接所述激光打标头22,受控于所述计算机生成的打标机控制文件输出激光;且在本例中光纤激光器的输出功率为50w。
本发明数控切割控制装置体积小,集激光、计算机、自动控制、精密机械技术为一体。
进一步地,参见图`1和图2所示,激光打标头22包括:光学及观察***221(图中未示出),用于指示光轴位置进行精确定位;振镜扫描聚焦***222,与所述光学及观察***221连接,用于在工件表面上沿着指示的光轴位置进行激光扫描以标识或划线。在本例中,高速振镜扫描聚焦***222包括有(1)扫描器,其直线扫描速度最大至7000mm/s;(2)F-θ平场透镜,其,焦距f=160mm,工作幅面110mm×110mm;光学及观察***221包括(1)光学***为1064nm基于振镜的高精度反射、聚光***。(2)扩束镜为光束反射前4倍扩束组合透镜。(3)激光校正器:选用0.6328um的激光准直***指示光轴位置,指示光与激光同轴,在加工时可达到寻迹指示的功能,并及时进行精确对位。因此,使用这种激光打标头标刻效果好、标刻深度可调:光学模式好(M2<2),光斑圆度高,能量稳定。
由于加工板材表面的不平整会造成对激光打标质量的影响,因此激光打标头22还包括激光对焦***223,与所述光学及观察***222连接,用于自动控制Z轴高度以确定工件表面与激光打标头的恒定焦距。这样可实时自动跟随工件表面与激光打标头的恒定焦距以消除不平整对激光打标质量造成的影响。
图3为本发明数控切割控制方法实施例1的流程图,该方法包括:
步骤101,激光打标机的工控机生成打标机控制文件和切割指令文件,并将所述切割指令文件通过RS232串行接口发送给数控切割机;在本例中并不限于RS232串行接口,还可以通过用软盘拷贝,RS232异步传输,用RJ45以太网络远程传输等。
步骤102,激光打标机的工控机存储并运行打标机控制文件;同时数控切割机存储并运行切割指令文件;
步骤103,所述数控切割机根据所述切割指令文件移动X、Y轴运行机构,将激光打标头送至目标区,并向所述激光打标机的工控机发出通知信号;
步骤104,所述激光打标机的工控机响应所述通知信号,执行所述打标机控制文件从目标区开始进行自动标识或划线。
在本例中打标机控制文件和切割指令文件是由激光打标机的工控机生成的,但不限于此,打标机控制文件和切割指令文件还可以由独立于激光打标机的计算机生成,生成之后由该计算机传输给激光打标机的工控机和数控切割机,即步骤101可被替换为独立计算机生成所述打标机控制文件和切割指令文件,并将所述切割指令文件发送给数控切割机,以及将所述打标机控制文件发送给所述激光打标机。其中传输方式可以通过比如,用软盘拷贝,RS232异步传输,用RJ45以太网络远程传输等。
其中,如图4所示,为本发明数控切割控制方法中生成打标机控制文件和切割指令文件的流程图,该生成过程包括:
步骤300:零件套排文件输入工控机;其中零件套排文件是目前数控切割机通用的零件设计及切割套排的原始文件,为CAD作图工具产生的CAD文件,文件中包括切割图形对象和标识对象、划线对象;
步骤301:工控机将零件套排文件调入内存,开始解析;
步骤302:判断是否为图形对象,如果否,则执行步骤303;如果是,则执行步骤309;
步骤303:判断零件套排文件是否到文件尾(EOF),即文件是否为EOF;若是,则执行步骤310;如果非,则执行步骤304;
步骤304:判断是否为标识对象,如果不是标识对象即是划线对象,则转步骤308;如果是,则执行步骤305:
步骤305:解析打标对象中的打标字符串,生成中断请求指令、打标控制指令;打标控制指令的过程为:针对标识对象标注的标识字符串,按选定字型截取为打标字块,打标字块中的字符字型和大小可以选定,但是按选定的字型和大小定义出的打标字块中的字符串,其打印大小范围不超过激光打标机振镜扫描聚焦***的最大偏转范围即110mm*110mm规格;再根据打标字块编译生成打标控制指令;
步骤306:如果解析出标识字符串在最大偏转范围内不能完成,则按数控代码规则生成第一数控切割机移动机构移动指令即移动X和Y轴移动机构带动激光打标头到特定位置,该特定位置是根据零件套排文件中属性编译的;数控代码规则为现有技术在此不再赘述;
步骤307:判断是否到打标字符串尾,如果否,则继续执行步骤305;如果是,执行步骤302;
步骤308:生成中断请求指令、划线控制指令,并按数控代码规则生成第二数控切割机移动机构移动指令即数控切割机根据划线对象的属性生成的划线轨迹移动X和Y轴移动机构,重复执行步骤302;
步骤309:按数控代码规则生成切割指令;
步骤310:解析编译过程结束。
现有解析编译方法能够对切割图形对象解析编译成数控切割机可执行的切割文件。但是,对于零件套排文件中的标示对象、划线对象则不能够解析编译,数控切割机也不具备打标、划线功能。为此,本发明计算机如工控机提供了解析编译功能,在解析编译打标对象、划线对象的过程中,将打标对象、划线对象在CAD零件套排文件中的相对位置信息根据数控代码规则生成控制数控切割机X、Y轴移动机构移动的切割指令文件,同时生成控制打标机打标、划线的打标机控制文件。
即生成打标机控制文件和切割指令文件的过程包括:根据零件套排文件中的标识或划线信息,按照数控代码规则编译生成数控切割机可识别的、配合激光打标机执行打标、划线动作的移动和定位指令,归入切割指令文件;同时,编译生成打标机控制文件,打标机控制文件包括中断请求指令、打标控制指令和划线控制指令;根据零件套排文件中的切割图形信息,按照数控代码规则直接编译成数控代码格式的切割指令,归入切割指令文件。
其中,中断请求指令,用于向数控切割机发出移动打标头的请求信号;打标控制指令,用于控制激光电源开或关以及激光打标头打标;划线控制指令,用于控制激光电源开或关。
第一数控切割机移动指令,用于控制数控切割机X、Y轴将激光打标头移动至特定位置;第二数控切割机移动指令,用于控制数控切割机X、Y轴移动沿划线轨迹移动激光打标头;切割指令,用于控制数控切割机X、Y轴移动机构的移动定位或火焰切割。
中断请求指令、打标控制指令、划线控制指令归入打标机控制文件;数控切割机移动机构移动指令、切割指令,归入切割指令文件。
激光打标机和数控切割机分别同时运行,其中,激光打标机运行打标机控制文件,数控切割机执行切割指令文件,二者通过I/O通信接口实时通讯。
这种工控机提供的解析编译功能可实现图型、文字、数字混排并一次性完成打标。
如图5所示,本发明数控切割控制方法实施例2的流程图,包括:
步骤401:激光打标机生成打标机控制文件和切割指令文件;并将切割指令文件通过RS232串行接口传送到数控切割机;
步骤402:数控切割机执行切割指令文件中的切割指令将X和Y轴移动机构移动至目标区后,并发送通知消息至激光打标机;
步骤403:激光打标机执行打标机控制文件判断执行打标操作还是划线操作;如是打标操作,执行步骤404;如是划线操作,执行步骤414;
步骤404:激光打标机执行所述打标机控制文件的打标控制指令,打开激光电源,启动光纤激光器,控制激光打标头的振镜扫描聚焦***沿着目标区即预定打标位置偏转激光打标头进行打标;
步骤405:打标结束,激光打标机判断是否执行完毕打标机控制文件;如是,执行步骤406;如否,执行步骤400;
步骤406:激光打标机任务结束;
步骤41 4:激光打标头从目标区开始划线,执行中断指令请求向数控切割机发送移动激光头的请求应答消息,执行步骤415;
步骤415:数控切割机响应执行切割指令文件中的第二数控切割机移动机构移动指令,移动X和Y轴移动机构带动激光打标机头沿划线轨迹行走直到该线结束;
步骤416:数控切割机判断是否执行完毕切割指令文件,如是执行步骤417,如否执行步骤418;
步骤417:数控切割机任务结束;
步骤418:数控切割机判断是否执行切割指令,如否执行步骤419,如否执行步骤420;
步骤419:数控切割机发送划线完毕通知消息给激光打标机;然后执行步骤400;
步骤420:X、Y轴移动机构移动火焰切割头进行切割;
步骤400:激光打标机执行中断指令请求向数控切割机发送重新移动激光打标头的请求应答消息,然后返回执行步骤402。
在上述步骤中,为了实现临时停电保护功能,数控切割机、激光打标机分别每执行一条指令,数控切割机、激光打标机都将存储当前状态,当再次来电时,数控激光机和激光打标机从中断运行时状态继续余下的标识、划线操作。
在打标或划线的过程中,对于激光打标头到加工板材垂直方向(简称Z轴)的调整,由激光对焦***实时自动跟随工件表面与激光打标头的恒定焦距,自动调整激光打标头在Z轴方向上的高度。
激光打标机和数控切割机实时I/O通讯的原理为:数控切割机的移动机构每一次移动定位后,其I/O接口的电平发生一次跳转,反之,其I/O接口的电平发生一次跳转后,其移动机构就重新执行一次移动定位;
工控机始终在检测数控切割机的I/O接口电平信号,当检测到数控切割机的I/O接口电平发生跳转,则激光打标机向下执行本机运行的打标机控制文件。若执行到打标机控制文件中的中断请求指令,则跳转本机I/O接口的电平,通过连接电缆改变数控切割机的I/O接口电平,数控切割机的I/O接口的电平发生跳转,其移动机构就执行新的移动定位。
图5所示的数控切割控制方法实施例2中的打标操作描述了所需打的标识字符串不超过激光打标头的最大偏转范围即110mm*110mm的情况,即在上述流程中不包括中断指令请求。如果出现标识字符串不能在激光打标头的最大偏转范围即110mm*110mm内完成打标的情况,即在图5所示流程的步骤404和步骤405之间还包括以下步骤,步骤1000:激光打标机的工控机判断下一条指令是否为中断指令请求,如是执行步骤2000;如否,则执行步骤405;步骤2000:激光打标机执行中断指令请求向数控切割机发送移动激光头的请求应答消息;数控切割机响应执行切割指令文件中的第一数控切割机移动机构移动指令,移动X和Y轴移动机构带动激光打标机头至特定位置;返回移动到位的通知消息给激光打标机,激光打标机重复执行步骤404;这样就能完成超过最大偏转范围即110mm*110mm的标识打标。
图5所示实施例2中示出了切割指令文件和打标机控制文件是由打标激光机的工控机生成的实施例,当然也可以如在图3中所描述的那样,切割指令文件和打标机控制文件由独立的计算机生成,然后传输给打标激光机和数控切割机。在此不再赘述。
总而言之,激光打标机、数控切割机配合完成打标操作的过程为:数控切割机的X、Y轴移动机构移动激光打标头,将激光打标头移到预定打标位置后,向激光打标机发出通知信号;激光打标机响应,向下执行打标机控制文件,打开激光电源,启动光纤激光器,控制激光打标头的振镜扫描聚焦***,进行打标。激光打标机完成打标操作后,执行中断请求指令,通过I/O口向数控切割机发出请求应答信号,请求数控切割机的X、Y轴移动机构将激光打标头重新定位,有两种情况,一种是将激光打标头移动至特定位置(执行第一数控切割机移动指令)用于标识无法在激光头偏转范围内打完的情况,另一种是打完一个标识后,重新移动至目标区开始打标(执行切割指令);数控切割机响应,向下执行切割指令文件,通过其X、Y轴移动机构又将激光打标机头移到新的位置,然后向激光打标机发出通知信号;激光打标机响应,继续向下执行打标机控制文件,执行继续打标操作。等打标操作结束之后,数控切割机响应激光打标机的中断请求指令,数控切割机响应,执行切割指令文件中的切割指令进行火焰切割材料操作或者继续打标。
激光打标机、数控切割机配合完成划线操作的过程为:数控切割机的X、Y轴移动机构移动激光打标头,将激光打标头移动到预定划线位置后,向激光打标机发出通知信号;激光打标机响应,向下执行打标机控制文件,打开激光电源,启动光纤激光器,调整激光打标头的振镜扫描聚焦***,划线开始,然后执行中断请求指令通过I/O接口向数控切割机发出应答请求信号;数控切割机响应,向下执行切割指令文件,通过其X、Y轴移动机构带动激光打标机头沿划线轨迹行走直到该线结束,然后向激光打标机发出通知信号;激光打标机响应,继续向下执行打标机控制文件,执行继续划线操作或其他操作。
本发明利用数控切割机的行走机构,集成激光打标机完成零件上的自动划线、标识,具有标识可靠、直观、速度快、划线准确等特点,可大大提高零件下料加工质量和产品安装精度。实现了产品制造信息的设计、制造一体化集成应用需求。改造后的切割机完全摒弃了人工手笔弹线的落后工序,实现了下料过程中管理信息的自动化传递,为数字化生产奠定了基础。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。