CN105522283B - 一种基于温度场的激光切割参数的控制方法、装置及*** - Google Patents
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Abstract
本发明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***，涉及激光切割技术领域。方法包括通过红外热像***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。
Description
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域，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***。
背景技术
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。
发明内容
本发明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***，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，本发明采用如下技术方案：
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***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***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***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***获取切割区域温度场分布数据之后，包括：
根据红外热像***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***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***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***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***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***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***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；
在NT1≥NmaxT1，且NT2<NmaxT2，NT3<NmaxT3时，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；
在NT1≥NmaxT1，且NT2<NmaxT2，NT3≥NmaxT3时，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，所述控制策略确定单元，还用于：
在NT1≤NminT1时，确定所述控制策略为激光切割过程异常，停止对待切割工件进行切割。
此外，该基于温度场的激光切割参数的控制装置，还包括温度场分布数据筛选单元，用于：
根据红外热像***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。
另外，所述温度场分布数据筛选单元，具体用于：
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***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***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***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***，包括：激光切割器、红外热像***、切割平台、激光切割控制装置、交流伺服电机；所述交流伺服电机用于驱动所述激光切割器；
所述红外热像***包括第一红外相机和第二红外相机；所述第一红外相机和第二红外相机分布在所述激光切割器两侧，以采集激光切割器在切割待切割工件时发出的温度场分布数据；所述切割平台位于所述激光切割器的下方；
所述第一红外相机与第二红外相机分别通过以太网与所述激光切割控制装置连接；所述激光切割控制装置与所述交流伺服电机连接，并且通过第一I/O端口与所述激光切割器连接。
此外，该基于温度场的激光切割参数的控制***，还包括可编程逻辑控制器；
所述可编程逻辑控制器与所述激光切割控制装置连接；
所述可编程逻辑控制器通过第二I/O端口分别与激光切割器的比例伺服阀和自动对焦***连接。
本发明实施例提供的一种基于温度场的激光切割参数的控制方法、装置及***，能够通过激光切割时切割区域的温度场分布数据来确定激光切割参数的控制策略，从而无需激光切割操作者根据经验手动调整激光切割中的各项设备，避免了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。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于温度场的激光切割参数的控制方法的流程图一；
图2为本发明实施例提供的一种基于温度场的激光切割参数的控制方法的流程图二；
图3为本发明实施例提供的一种基于温度场的激光切割参数的控制装置的结构示意图一；
图4为本发明实施例提供的一种基于温度场的激光切割参数的控制装置的结构示意图二；
图5为本发明实施例提供的一种基于温度场的激光切割参数的控制***的结构示意图。
具体实施方式
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。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于温度场的激光切割参数的控制方法，包括：
步骤101、通过红外热像***获取切割区域温度场分布数据，并根据温度场分布数据确定温度场中各温度点的温度值。
步骤102、根据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。
步骤103、根据激光切割参数的控制策略控制激光切割参数，以使得激光切割器根据激光切割参数切割待切割工件。
本发明实施例提供的一种基于温度场的激光切割参数的控制方法，能够通过激光切割时切割区域的温度场分布数据来确定激光切割参数的控制策略，从而无需激光切割操作者根据经验手动调整激光切割中的各项设备，避免了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。
为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例，如图2所示，本发明实施例提供一种基于温度场的激光切割参数的控制方法，包括：
步骤201、通过第一红外相机采集切割区域温度场分布数据，并通过第二红外相机采集切割区域温度场分布数据。
具体的，此处各红外相机所采集的温度场分布数据的数据点的规格可以为512*512像素，每个数据点大小为0.07mm/pixel。这样，一台红外相机采集的像素点为262144个。
此处，红外热像***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；这样，通过两台红外相机采集切割区域温度场分布数据，可以消除由于切割方向不同，带来的喷嘴阴影的改变对温度场分布数据的影响。
步骤202、根据红外热像***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。
具体的，根据红外热像***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：
此处，可以根据公式：
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***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***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***的非概率可靠性指标。
值得说明的是，由于本发明实施例需要调整激光切割参数，从而可能引起整个***振荡等不稳定的状态出现，因此，此处为了保证激光切割参数调整的稳定性，要对红外热像***获取切割区域温度场分布数据的结果变化的不确定性，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进行分析。
根据鲁棒控制理论，将红外热像***得到的切割区域温度场分布数据的结果定义为α(t)，则在检测区间内有：α(t)＝α0+α1δ(t),δ(t)∈[-1,1]，其中α0为α(t)的均值；α1为α(t)的离差；δ(t)为标准化区间变量。
这样，基于温度场的激光切割参数的控制***的非概率可靠性指标可以表示为：
θnp＝min(||δ||∞)
而基于温度场的激光切割参数的控制***的鲁棒可靠性，θr＝min(||δ||∞)-1。
另外，基于温度场的激光切割参数的控制***控制激光器功率输出一般通过快速I/O实现，快速I/O的刷新是通过数字控制循环实现，因此基于温度场的激光切割参数的控制***发出信号到激光器响应的过程基本可以看成是一个确定时滞，对此有：
z(t)＝Cx(t)+Cex(t-e)+Dw(t)
其中，x(t)∈Rm为***的状态向量，w(t)∈Rq是有限能量的外部扰动，即w(t)∈L2[0,∞)，z(t)∈Rp为***被调输出。此处的A、Ae、B、C、Ce、D为适当维数的已知矩阵，e>0为滞后时间。
针对基于温度场的激光切割参数的控制***，给定一常数γ>0，如果存在对称正定矩阵ρ>0和S>0，使得下面公式成立：
则基于温度场的激光切割参数的控制***，具有H∞性能γ。
在基于温度场的激光切割参数的控制***中可以设置有上位机，红外相机所采集的切割区域温度场分布数据可以通过上位机中的软件进行处理，该上位机与后端的激光切割参数的控制装置之间可以通过以太网进行连接，从而将上位机的处理结果传输到激光切割参数的控制装置。针对单张图像，软件的处理时间，和以太网的结果传递时间是不确定性的，这可以认为是不确定性时滞***，即：
z(t)＝Cx(t)+Cex(t-e)+D1w(t)+D2u(t)
其中，u(t)∈Rr为***的控制输入，采用状态反馈控制器：u(t)＝Kx(t)。则控制器应用于***所构成的闭环***为：
x(t)＝Ac(α)x(t)+Ae(α)x(t-e)+B1(α)w(t)
z(t)＝Ccx(t)+Cex(t-e)+D1w(t)
其中，Ac(α)＝A(α)+B2(α)K；Cc＝C+D2K
基于温度场的激光切割参数的控制***的所有时变不确定参量α(t)可由其上下界限定，可将其描述为区间变量,，并表示为标准化形式，进而将***矩阵表示为如下仿射矩阵函数形式：
Ac(α)＝Ac(δ)＝A0+∑iAiδi(t)
Ae(α)＝Ae(δ)＝Ad0+∑jAejδj(t)
B1(α)＝B1(δ)＝B10+∑kA1kδk(t)
B2(α)＝B2(δ)＝B20+∑lA2lδl(t)
将δ(t)简记为δ，对时变不确定性时滞***和给定的常数γ>0，存在对称正定矩阵ρ>0和S>0，使得下面公式成立：
其中，“β”表示对称矩阵块的转置。
其中，
从控制性能角度，当成立时，***可靠，所以基于温度场的激光切割参数的控制***性能可靠性分析的功能函数可以定义为：
此处，定义：
将表示为：M(δ)＝M(δ,P,S)，从而基于温度场的激光切割参数的控制***的鲁棒可靠度可由如下优化问题求解：
此处可以通过LMI方法和非概率可靠性指标求解方法，得到基于温度场的激光切割参数的控制***的鲁棒可靠性，θr＝min(||δ||∞)-1。进而，可以根据如下公式：
确定切割区域温度场分布数据的最大容许变异范围。
步骤203、将最大容许变异范围之外的切割区域温度场分布数据剔除，并获取最大容许变异范围之内的切割区域温度场分布数据。
这样，可以避免离散的切割区域温度场分布数据对最终结果的干扰。
步骤204、通过第一红外相机采集的最大容许变异范围之内的切割区域温度场分布数据确定温度场中各温度点的第一温度值，并通过第二红外相机采集的最大容许变异范围之内的切割区域温度场分布数据确定温度场中各温度点的第二温度值。
步骤205、将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，将较大值作为温度点的温度值。
在步骤205之后，执行步骤206、步骤207、步骤208、步骤209或者步骤210。
步骤206、若NminT1<NT1<NmaxT1，确定控制策略为激光切割参数无需调整，维持当前的激光切割参数；其中，NT1为温度场中各温度点的温度值大于T1温度的个数，例如，该T1温度可以为300℃，NminT1为一预先设置的第一温度点数量阈值，例如可以为1000，NmaxT1为一预先设置的第二温度点数量阈值，例如可以为2500。
步骤207、若NT1≥NmaxT1，且NT2≥NmaxT2，确定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为温度场中各温度点的温度值大于T2温度的个数，T2>T1，例如T2可以为400℃，NmaxT2为一预先设置的第三温度点数量阈值，例如可以为100。
步骤208、若NT1≥NmaxT1，且NT2<NmaxT2，NT3<NmaxT3，确定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为温度场中各温度点的温度值大于T3温度的个数，T3<T1，例如T3为200℃，NmaxT3为一预先设置的第四温度点数量阈值，例如可以为11000。该第一预设百分比和第二预设百分比可以为10％，但不仅局限于此。
步骤209、若NT1≥NmaxT1，且NT2<NmaxT2，NT3≥NmaxT3，确定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。该第三预设百分比和第四预设百分比也可以为10％，但不仅局限于此。
步骤210、若NT1≤NminT1，确定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。在步骤206、步骤207、步骤208、步骤209以及步骤210之后，执行步骤211。
步骤211、根据激光切割参数的控制策略控制激光切割参数，以使得激光切割器根据激光切割参数切割待切割工件。
本发明实施例提供的一种基于温度场的激光切割参数的控制方法，能够通过激光切割时切割区域的温度场分布数据来确定激光切割参数的控制策略，从而无需激光切割操作者根据经验手动调整激光切割中的各项设备，避免了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。
对应于上述图1、图2所示的方法实施例，如图3所示，本发明实施例还提供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31，可以通过红外热像***获取切割区域温度场分布数据，并根据温度场分布数据确定温度场中各温度点的温度值。
控制策略确定单元32，可以根据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33，可以根据激光切割参数的控制策略控制激光切割参数，以使得激光切割器根据激光切割参数切割待切割工件。
具体的，红外热像***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。
如图4所示，该温度场分布数据采集单元31，可以包括：
第一采集模块311，可以通过第一红外相机采集切割区域温度场分布数据，并确定温度场中各温度点的第一温度值。
第二采集模块312，可以通过第二红外相机采集切割区域温度场分布数据，并确定温度场中各温度点的第二温度值。
比较模块313，可以将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，将较大值作为温度点的温度值。
此外，控制策略确定单元32，具体可以：
在NminT1<NT1<NmaxT1时，确定控制策略为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，控制策略确定单元32，还可以：
在NT1≥NmaxT1，且NT2≥NmaxT2时，确定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。
在NT1≥NmaxT1，且NT2<NmaxT2，NT3<NmaxT3时，确定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。
在NT1≥NmaxT1，且NT2<NmaxT2，NT3≥NmaxT3时，确定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，控制策略确定单元32，还可以：
在NT1≤NminT1时，确定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，如图4所示，该基于温度场的激光切割参数的控制装置，还包括温度场分布数据筛选单元34，可以：
根据红外热像***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，并获取最大容许变异范围之内的切割区域温度场分布数据。
另外，温度场分布数据筛选单元34，具体可以：
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***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***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***的非概率可靠性指标。
值得说明的是，本发明实施例提供的基于温度场的激光切割参数的控制装置的具体实现方式可以参见上述图1和图2对应的方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的基于温度场的激光切割参数的控制装置，能够通过激光切割时切割区域的温度场分布数据来确定激光切割参数的控制策略，从而无需激光切割操作者根据经验手动调整激光切割中的各项设备，避免了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。
如图5所示，本发明实施例提供一种基于温度场的激光切割参数的控制***40，包括：激光切割器41、红外热像***42、切割平台43、激光切割控制装置44、交流伺服电机45；交流伺服电机45可以驱动激光切割器41。
红外热像***42包括第一红外相机421和第二红外相机422。第一红外相机421和第二红外相机422分布在激光切割器41两侧，以采集激光切割器41在切割待切割工件时发出的温度场分布数据；切割平台43位于激光切割器41的下方。
第一红外相机421与第二红外相机422分别通过以太网与激光切割控制装置44连接；激光切割控制装置44与交流伺服电机45连接，并且通过第一I/O端口46与激光切割器41连接。
此外，该基于温度场的激光切割参数的控制***40，还包括可编程逻辑控制器47。可编程逻辑控制器47与激光切割控制装置44连接。可编程逻辑控制器47通过第二I/O端口48分别与激光切割器41的比例伺服阀49和自动对焦***50连接。
值得说明的是，该激光切割控制装置44可以包括上位机、数字控制***以及驱动***等，但不仅局限于此。
本发明实施例提供的基于温度场的激光切割参数的控制***，能够通过激光切割时切割区域的温度场分布数据来确定激光切割参数的控制策略，从而无需激光切割操作者根据经验手动调整激光切割中的各项设备，避免了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。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (12)
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***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***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***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***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***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***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：
<mrow>
<msub>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msubsup>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>i</mi>
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<mn>1</mn>
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</msub>
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<mi>&delta;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>|</mo>
<mo>&le;</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
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***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***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***的非概率可靠性指标。
7.一种基于温度场的激光切割参数的控制装置，其特征在于，包括：
温度场分布数据采集单元，用于通过红外热像***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；
温度场分布数据筛选单元，用于根据红外热像***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。
8.根据权利要求7所述的基于温度场的激光切割参数的控制装置，其特征在于，所述红外热像***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。
9.根据权利要求7所述的基于温度场的激光切割参数的控制装置，其特征在于，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。
10.根据权利要求9所述的基于温度场的激光切割参数的控制装置，其特征在于，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；
在NT1≥NmaxT1，且NT2<NmaxT2，NT3<NmaxT3时，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；
在NT1≥NmaxT1，且NT2<NmaxT2，NT3≥NmaxT3时，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。
11.根据权利要求10所述的基于温度场的激光切割参数的控制装置，其特征在于，所述控制策略确定单元，还用于：
在NT1≤NminT1时，确定所述控制策略为激光切割过程异常，停止对待切割工件进行切割。
12.根据权利要求11所述的基于温度场的激光切割参数的控制装置，其特征在于，所述温度场分布数据筛选单元，具体用于：
根据公式：
<mrow>
<msub>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>i</mi>
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<mo>=</mo>
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<mi>i</mi>
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<mn>1</mn>
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<mi>&alpha;</mi>
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</msubsup>
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<mi>i</mi>
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<mo>,</mo>
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<mo>(</mo>
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<msub>
<mi>&delta;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>|</mo>
<mo>&le;</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
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***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***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***的非概率可靠性指标。
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