CN117644298A - 一种金属加工制造*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属加工制造***，具体涉及金属加工制造技术领域，包括传送机构、设置在传送机构侧面的固定架、激光器和设置在激光器底部的激光切割头，所述固定架的一侧设置有中央处理器，所述固定架的顶部分别设置有调整机构和冷风机，所述调整机构包括第一气缸、第一伸缩杆、承重板、第二气缸、第二伸缩杆和支撑滑轨，所述冷风机的一侧设置有伸入固定架内部的冷风管；还包括功率采集模块、温度采集模块和光斑面积采集模块。本发明可以轻松实现对激光器的工作状态是否满足高质量切割进行实时检测，并且可以根据判断结果及时做出调整，可以确保激光器长时间进行高质量的切割工作，提高了装置的工作效率和智能化。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工制造技术领域，更具体地说，本发明涉及一种金属加工制造***。
背景技术
金属加工制造是一种把金属物料加工成为物品、零件、组件的工艺技术，包括了桥梁、轮船等的大型零件，乃至引擎、珠宝、腕表的细微组件，它被广泛应用在科学、工业、艺术品、手工艺等不同的领域，即金属加工制造是一种将金属原材料通过一系列工艺和加工步骤转化为最终产品的制造过程。这个过程涵盖了许多不同的操作，以满足不同行业和应用的需求。金属加工制造通常包括以下几个步骤：材料选择、切割、成型、连接、装配等等，其中在切割方面，可以通过机械切割、激光切割、等离子切割等方法完成，但是在激光切割方面还存在一些不足没有解决。
现有技术存在以下不足：现有的激光切割机在对金属进行加工的过程中，经常需要提前预热一段时间，这是因为激光器启动瞬间，会出现短暂的功率波动，会导致切割质量的不稳定性，并且长时间工作后需要进行冷却一段时间才能再次进行工作，这是因为激光器的输出功率会发生衰减，内部的热效应会逐渐累积会导致激光介质温度升高，从而影响激光器的性能和稳定性，进而影响会影响切割质量，所以现有的激光切割机在对金属加工的过程中，不能长时间的进行高质量的切割工作，工作效率较低，并且在发生低质量切割的时候，不能及时进行调整，不够智能化，会造成一定程度的经济损失，使用价值较低。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种金属加工制造***以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种金属加工制造***，包括传送机构、设置在传送机构侧面的固定架、激光器和设置在激光器底部的激光切割头，所述固定架的一侧设置有中央处理器，所述固定架的顶部分别设置有调整机构和冷风机，所述调整机构包括第一气缸、第一伸缩杆、承重板、第二气缸、第二伸缩杆和支撑滑轨，所述冷风机的一侧设置有伸入固定架内部的冷风管；
还包括
功率采集模块，设置在激光器的一侧，用于实时获取激光器输出光束的实际功率，并通过中央处理器生成相对功率标准差；
温度采集模块，设置在激光器的另一侧，用于实时获取激光器内部激光介质的实际温度，并通过中央处理器生成温度变化系数；
光斑面积采集模块，设置在固定架的内顶壁，用于实时获取激光器输出光束的实际光斑面积，并通过中央处理器生成能量密度偏差系数；
通过中央处理器对生成的相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数进行综合分析，生成评估系数，通过评估系数与预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断激光器是否处于最佳工作状态，并根据比对结果控制第一气缸、第二气缸和冷风机的工作状态。
优选的，所述第一气缸的输出轴与第一伸缩杆的一端固定连接，所述第一伸缩杆的另一端与承重板的一侧固定连接，所述承重板的底部与支撑滑轨的顶部滑动连接，所述支撑滑轨的底部与固定架的顶部固定连接，所述承重板的顶部与第二气缸的底部固定连接，所述第二气缸的输出轴与第二伸缩杆的一端固定连接，所述第二伸缩杆的另一端与激光器的顶部固定连接。
优选的，所述中央处理器的输出端与激光器的输入端、第一气缸的输入端、第二气缸的输入端以及冷风机的输入端均电性连接，所述功率采集模块的输入端和输出端、温度采集模块的输入端和输出端以及光斑面积采集模块的输入端和输出端分别与中央处理器的输出端和输入端电性连接。
优选的，所述相对功率标准差的获取逻辑为：
S1、通过功率采集模块获取T时间内不同时刻激光器输出光束的实际功率，将T时间内不同时刻激光器输出光束的实际功率标定为P实 x，x表示T时间内不同时刻激光器输出光束实际功率的编号，x＝1、2、3、4、……、t，t为正整数；
S2、将T时间内激光器输出光束实际功率的平均值标定为P平，则：
S3、将T时间内激光器输出光束实际功率的标准差标定为σ，则：
S4、计算相对功率标准差，计算的表达式为：
式中，RSD为相对功率标准差。
优选的，所述温度变化系数的获取逻辑为：
S1、通过温度采集模块获取T时间内不同时刻激光器内部激光介质的实际温度和通过功率采集模块获取T时间内对应时刻激光器输出光束的实际功率，将T时间内不同时刻激光器内部激光介质的实际温度标定为W实 y，并将获取对应时刻的激光机输出光束实际功率标定为P温 y，y表示T时间内不同时刻激光器内部激光介质实际温度和对应时刻激光器输出光束实际功率的编号，y＝1、2、3、4、……、m，m为正整数；
S2、计算温度变化系数，计算的表达式为：
式中，TC为温度变化系数。
优选的，所述所述能量密度偏差系数的获取逻辑为：
S1、通过光斑面积采集模块获取T时间内不同时刻激光器输出光束的实际光斑面积和通过功率采集模块获取T时间内对应时刻激光器输出光束的实际功率，将T时间内不同时刻激光器输出光束的实际光斑面积标定为S实 z，并将获取对应时刻的激光机输出光束实际功率标定为P光 z，z表示T时间内不同时刻激光器输出光束实际光斑面积和对应时刻激光器输出光束实际功率的编号，z＝1、2、3、4、……、n，n为正整数；
S2、将T时间内不同时刻激光器输出光束的能量密度标定为EDz，则：
S3、通过中央处理器获取T时间内激光器输出光束的预设能量密度，并将激光器输出光束的预设能量密度标定为ED0；
S4、计算能量密度偏差系数，计算的表达式为：
式中，EDC为能量密度偏差系数。
优选的，所述评估系数的表达公式为：
通过中央处理器进行公式化分析，依据公式：
式中，Gpg为评估系数，r1、r2以及r3分别为相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数的预设比例系数，且r1、r2以及r3均大于0。
优选的，将预先设定的评估系数参考阈值设定为Gyz，其中Gyz>0，通过中央处理器将计算出的评估系数Gpg和预先设定的评估系数参考阈值Gyz进行比对，判断激光器是否处于最佳工作状态，并根据比对结果控制第一气缸、第二气缸和冷风机的工作状态，具体判断如下：
当Gpg≤Gyz时，激光器处于最佳工作状态，生成正常信号，中央处理器接收正常信号后，生成保持信号，并将保持信号传输至第一气缸、第二气缸和冷风机，第一气缸、第二气缸和冷风机接收正常信号后，进行保持工作；
当Gpg>Gyz时，激光器不处于最佳工作状态，生成隐患信号，中央处理器接收隐患信号后，生成调整信号，并将调整信号传输至第一气缸、第二气缸和冷风机，第一气缸、第二气缸和冷风机接收调整信号后，进行调整工作。
优选的，一种金属加工制造***的加工方法，包括以下步骤：
步骤一、首先开启装置，中央处理器生成工作信号和采集信号，并将工作信号分别传输至激光器、第一气缸和第二气缸，激光器接收工作信号后，通过激光切割头输出光束，第一气缸和第二气缸接收工作信号后，分别通过第一伸缩杆和第二伸缩杆控制激光器和激光切割头进行移动，进而实现对金属的切割工作；
步骤二、中央处理器将采集信号分别传输至功率采集模块、温度采集模块和光斑面积采集模块，功率采集模块接收采集信号后，对激光器输出光束的实际功率进行实时获取，并将获取的激光器输出光束实际功率传输至中央处理器；温度采集模块接收采集信号后，对激光器内部激光介质的实际温度进行实时获取，并将获取的激光器内部激光介质实际温度传输至中央处理器；光斑面积采集模块接收采集信号后，对激光器输出光束的实际光斑面积进行实时获取，并将获取的激光器输出光束实际光斑面积传输至中央处理器；中央处理器对接收的激光器输出光束实际功率、激光器内部激光介质实际温度以及激光器输出光束实际光斑面积进行分析处理，分别生成相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数，中央处理器对生成的相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数进行综合分析，生成评估系数，通过评估系数与预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断激光器是否处于最佳工作状态，并根据比对结果控制第一气缸、第二气缸和冷风机的工作状态；
步骤三、若评估系数小于或等于评估系数阈值，激光器处于最佳工作状态，生成正常信号，中央处理器接收正常信号后，生成保持信号，并将保持信号传输至第一气缸、第二气缸和冷风机，第一气缸、第二气缸和冷风机接收正常信号后，进行保持工作；若评估系数大于评估系数阈值，激光器不处于最佳工作状态，生成隐患信号，中央处理器接收隐患信号后，生成调整信号，并将调整信号传输至第一气缸、第二气缸和冷风机，第一气缸、第二气缸和冷风机接收调整信号后，进行调整工作。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过在激光器的一侧设置的功率采集模块，可以实时获取激光器输出光束的实际功率，通过在激光器的另一侧设置的温度采集模块，可以实时获取激光器内部介质的实际温度，通过在固定架的内顶壁设置的光斑面积采集模块，可以实时获取激光器输出光束的实际光斑面积，并通过中央处理器进行综合分析，可以判断激光器是否处于最佳的工作状态，即激光器的工作状态是否可以满足高质量切割，并且做出调整，减少不必要的经济损失，提高了装置的智能化，提高了装置的使用价值。
2、本发明在激光器不处于最佳的工作状态时，即激光器的工作状态不能满足高质量切割的时候，通过控制第一气缸、第二气缸和冷风机，可以及时对激光器的切割速度、工作位置进行调整，并对激光器内部激光介质的温度进行降温把控，以防止进一步升温对激光器输出功率造成影响，可以确保激光器可以进行长时间的高质量的切割工作，提高了装置的工作效率，可以减少不必要的经济损失，进一步提高了装置的使用价值。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；
图1为本发明提出的一种金属加工制造***的立体结构示意图；
图2为本发明提出的一种金属加工制造***的顶部结构示意图；
图3为本发明提出的一种金属加工制造***的正面结构示意图；
图4为本发明提出的一种金属加工制造***的调整机构结构示意图；
图5为本发明的模块示意图。
图中：1、传送机构；2、固定架；3、激光器；4、激光切割头；5、中央处理器；6、调整机构；601、第一气缸；602、第一伸缩杆；603、承重板；604、第二气缸；605、第二伸缩杆；606、支撑滑轨；7、冷风机；8、冷风管；9、功率采集模块；10、温度采集模块；11、光斑面积采集模块。
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。
实施例
如图1-4所示，一种金属加工制造***，包括传送机构1、设置在传送机构1侧面的固定架2、激光器3和设置在激光器3底部的激光切割头4，固定架2的一侧设置有中央处理器5，固定架2的顶部分别设置有调整机构6和冷风机7，调整机构6包括第一气缸601、第一伸缩杆602、承重板603、第二气缸604、第二伸缩杆605和支撑滑轨606，冷风机7的一侧设置有伸入固定架2内部的冷风管8；
还包括
功率采集模块9，设置在激光器3的一侧，用于实时获取激光器3输出光束的实际功率，并通过中央处理器5生成相对功率标准差；
需要说明的是，功率采集模块9可以是功率计或者其他能够实时获取激光器3输出光束实际功率的设备，功率采集模块9在此不做具体的限定，可根据实际需求尽心选取；
温度采集模块10，设置在激光器3的另一侧，用于实时获取激光器3内部激光介质的实际温度，并通过中央处理器5生成温度变化系数；
需要说明的是，温度采集模块10可以是温度传感器或者其他能够实时获取激光器3内部激光介质实际温度的设备，温度采集模块10在此不做具体的限定，可根据实际需求进行选取；
光斑面积采集模块11，设置在固定架2的内顶壁，用于实时获取激光器3输出光束的实际光斑面积，并通过中央处理器5生成能量密度偏差系数；
需要说明的是，光斑面积采集模块11可以是激光束测量仪或者其他能够实时获取激光器3输出光束实际光斑面积的设备，光斑面积采集模块11在此不做具体的限定，可根据实际需求进行选取；
通过中央处理器5对生成的相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数进行综合分析，生成评估系数，通过评估系数与预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断激光器3是否处于最佳工作状态，并根据比对结果控制第一气缸601、第二气缸604和冷风机7的工作状态；
需要说明的是，传送机构1负责将金属从一个工作站传送到另一个工作站，形成生产线的一部分，主要包括输送带***、对准装置、传感器和检测装置、高度可调节装置和安全装置等等，传送机构1具体的装置及配合在此不做具体的限定，可根据实际需求进行选取。
本实施例中，第一气缸601的输出轴与第一伸缩杆602的一端固定连接，第一伸缩杆602的另一端与承重板603的一侧固定连接，承重板603的底部与支撑滑轨606的顶部滑动连接，支撑滑轨606的底部与固定架2的顶部固定连接，承重板603的顶部与第二气缸604的底部固定连接，第二气缸604的输出轴与第二伸缩杆605的一端固定连接，第二伸缩杆605的另一端与激光器3的顶部固定连接。
本实施例中，中央处理器5的输出端与激光器3的输入端、第一气缸601的输入端、第二气缸604的输入端以及冷风机7的输入端均电性连接，功率采集模块9的输入端和输出端、温度采集模块10的输入端和输出端以及光斑面积采集模块11的输入端和输出端分别与中央处理器5的输出端和输入端电性连接；
需要说明的是，电性连接是指通过电导材料或导电元件将电流从一个电子设备或电路的一个部分传输到另一个部分的过程，这种连接是电子设备和电路运行的关键组成部分，它确保了电子设备中电子流的有效传输和连接，电性连接可以采用导线进行连接，中央处理器5与激光器3、第一气缸601、第二气缸604、冷风机7、功率采集模块9、温度采集模块10以及光斑面积采集模块11之间电性连接的方式不做具体的限定，可根据实际需求进行选取。
由于激光器3在刚开始工作时，即在激光器3启动瞬间，会出现短暂的功率波动，会导致切割质量的不稳定性，具体表现可能是切缝形状的不规则或者一些微小的偏差，所以需要一段预热时间来达到稳定状态，才能达到最佳的工作状态，即可以满足切割需要得状态，在长时间工作后，激光器3的输出功率会发生衰减，激光器3内部的热效应会逐渐累积会导致激光介质温度升高，从而影响激光器的性能和稳定性，长时间工作也会导致光学元件的老化，影响光束的质量和聚焦性能，以及诸多影响，在此不做一一阐述，因此，为了确保激光切割机的切割质量和切割效率，需要持续对激光器3的工作状态是否可以满足切割需要进行持续检测，并及时做出调整，具体检测方式可以通过对激光器3输出光束的实际功率、激光器3内部激光介质的实际温度和激光器3输出光束的实际光斑面积进行检测，并通过中央处理器5进行综合分析，判断激光器3是否处于最佳工作状态，并根据比对结果控制第一气缸601、第二气缸604和冷风机7的工作状态，以确保激光切割机的切割质量和切割效率。
本实施例中，相对功率标准差是用来描述激光器3的功率波动相对于平均功率的相对程度的指标，相对功率标准差是评估激光器或光学***输出功率稳定性的一个关键参数，当相对功率标准差较小时，表示功率波动相对较小，激光器3的输出功率更为稳定；相对功率标准差反映了功率波动相对于平均功率的大小，相对功率标准差越大，表示功率波动相对较大，激光器3的输出功率更不稳定，将直接影响切割加工质量，会致切割或加工过程中的能量分布不均匀，从而影响产品的质量和一致性，会导致切割精度降低，因此，相对功率标准差越小，表示功率波动相对较小，激光器3的输出功率更为稳定，可以确保切割质量和切割精度，进而确保切割效率；
相对功率标准差的获取逻辑为：
S1、通过功率采集模块9获取T时间内不同时刻激光器3输出光束的实际功率，将T时间内不同时刻激光器3输出光束的实际功率标定为P实 x，x表示T时间内不同时刻激光器3输出光束实际功率的编号，x＝1、2、3、4、……、t，t为正整数；
S2、将T时间内激光器3输出光束实际功率的平均值标定为P平，则：
S3、将T时间内激光器3输出光束实际功率的标准差标定为σ，则：
S4、计算相对功率标准差，计算的表达式为：
式中，RSD为相对功率标准差；
由计算的表达式可知，T时间内激光器3输出光束实际功率的标准差σ和T时间内激光器3输出光束实际功率的平均值P平之间的比值越小，相对功率标准差RSD就越小，表示功率波动相对较小，激光器3的输出功率更为稳定，可以确保切割质量和切割精度，进而确保切割效率。
本实施例中，温度变化系数表示激光器3的输出功率随激光器3内部介质的温度而变化的敏感度，如果激光器3的输出功率随激光器3内部介质的温度而变化的敏感度越大，即温度变化系数越大，激光器3的输出功率受到激光介质温度的影响越大，从而导致产生的波动越大，对激光器3的输出功率的稳定性造成的影响越大，进而导致加工质量不均匀，出现不规则的切割边缘，降低成品质量，降低加工切割的精度，还会造成诸多影响，在此不做一一阐述，因此，温度变化系数越小，表示激光器3的输出功率随激光器3内部介质的温度而变化的敏感度越小，即激光器3的输出功率越稳定，可以确保切割质量和切割精度，进而确保切割效率；
温度变化系数的获取逻辑为：
S1、通过温度采集模块10获取T时间内不同时刻激光器3内部激光介质的实际温度和通过功率采集模块9获取T时间内对应时刻激光器3输出光束的实际功率，将T时间内不同时刻激光器3内部激光介质的实际温度标定为W实 y，并将获取对应时刻的激光机3输出光束实际功率标定为P温 y，y表示T时间内不同时刻激光器3内部激光介质实际温度和对应时刻激光器3输出光束实际功率的编号，y＝1、2、3、4、……、m，m为正整数；
需要说明的是，在获取T时间内激光器3内部激光介质的实际温度和激光器3输出光束的实际功率的时候，应当获取T时间内同一时刻下激光器3内部激光介质的实际温度和激光器3输出光束的实际功率，是为了准确地捕捉温度对功率的影响，这样可以提高数据的可靠性，减小测量误差，确保得到更准确的温度变化系数；
S2、计算温度变化系数，计算的表达式为：
式中，TC为温度变化系数。
本实施例中，能量密度偏差系数是指T时间内不同时刻激光器3输出光束的能量密度和T时间内激光器3输出光束的预设能量密度之间的差异，如果差异较大，即能量密度偏差系数较大，会导致切割质量不均匀，切割表面不光滑，甚至出现切割未穿透的情况，会对生产效率和切割工艺的一致性产生负面影响，会导致材料的变性不均匀，从而影响切割边缘质量和材料性能，因此，能量密度偏差系数越小，表示激光器3输出光束的能量密度和激光器3输出光束的预设能量密度之间的差异越小，有助于确保切割过程中的熔化和蒸发效果均匀，从而提高切割质量，切割表面更加平滑，边缘质量更一致，有助于保持切割速度的一致性，有助于提高切割精度；
能量密度偏差系数的获取逻辑为：
S1、通过光斑面积采集模块(11)获取T时间内不同时刻激光器(3)输出光束的实际光斑面积和通过功率采集模块(9)获取T时间内对应时刻激光器(3)输出光束的实际功率，将T时间内不同时刻激光器(3)输出光束的实际光斑面积标定为S实 z，并将获取对应时刻的激光机(3)输出光束实际功率标定为P光 z，z表示T时间内不同时刻激光器(3)输出光束实际光斑面积和对应时刻激光器(3)输出光束实际功率的编号，z＝1、2、3、4、……、n，n为正整数；
S2、将T时间内不同时刻激光器(3)输出光束的能量密度标定为EDz，则：
需要说明的是，在获取T时间内激光器(3)输出光束的实际光斑面积和激光器(3)输出光束的实际功率时，应当获取T时间内同一时刻的激光器(3)输出光束的实际光斑面积和激光器(3)输出光束的实际功率，是为了在计算能量密度时获取准确的、同步的数据，有助于保持激光加工***的稳定性和性能；
S3、通过中央处理器(5)获取T时间内激光器(3)输出光束的预设能量密度，并将激光器(3)输出光束的预设能量密度标定为ED0；
需要说明的是，激光器(3)输出光束的预设能量密度可以通过工程师在激光器3的设计阶段根据应用的要求和激光器3的规格设定预设能量密度，也可以通过大量的实验确定在对不同材料的金属进行不同需求的切割时，获取激光器3输出光束的最佳能量密度，在实际工作中，通过工作人员进行设定以满足具体工作需要，激光器(3)输出光束预设能量密度的获取方式在此不做具体的限定，可根据实际需求进行选取；
S4、计算能量密度偏差系数，计算的表达式为：
式中，EDC为能量密度偏差系数；
由计算的表达式可知，T时间内不同时刻激光器3输出光束的能量密度EDz和激光器3输出光束的预设能量密度ED0之间的差异越小，能量密度偏差系数EDC就越小，有助于确保切割过程中的熔化和蒸发效果均匀，从而提高切割质量，切割表面更加平滑，边缘质量更一致，有助于保持切割速度的一致性，有助于提高切割精度。
本实施例中，评估系数的表达公式为：
将RSD、TC和EDC进行无量纲化处理后，通过中央处理器(5)进行公式化分析，依据公式：
式中，Gpg为评估系数，r1、r2以及r3分别为相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数的预设比例系数，且r1、r2以及r3均大于0；
由计算的表达式可知，相对功率标准差RSD越小、温度变化系数TC越小和能量密度偏差系数越小EDC的情况下，评估系数Qpg就越小；
需要说明的是，无量纲化是一种将物理量表达为无量纲形式的过程，通过这种方式可以消除单位对物理问题的影响，使得问题更为简洁和通用；相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数的预设比例系数r1、r2以及r3是为了在实际监测中更灵活地适应不同的工况和环境变化。这些偏差系数可以根据具体情况进行调整，以提高监测***的性能和适用性。
本实施例中，将预先设定的评估系数参考阈值设定为Gyz，其中Gyz>0，通过中央处理器5将计算出的评估系数Gpg和预先设定的评估系数参考阈值Gyz进行比对，判断激光器3是否处于最佳工作状态，并根据比对结果控制第一气缸601、第二气缸604和冷风机7的工作状态，具体判断如下：
当Gpg≤Gyz时，表明T时间内激光器3的输出功率更为稳定、激光器3的输出功率随激光器3内部介质的温度而变化的敏感度较小以及激光器3输出光束的能量密度和激光器3输出光束的预设能量密度之间的差异较小，即激光器3处于最佳工作状态，可以确保切割质量、切割精度和切割效率，此时会生成正常信号，中央处理器5接收正常信号后，生成保持信号，并将保持信号传输至第一气缸601、第二气缸604和冷风机7，第一气缸601、第二气缸604和冷风机7接收正常信号后，进行保持工作；
当Gpg>Gyz时，表明T时间内激光器3的输出功率稳定性较差、激光器3的输出功率随激光器3内部介质的温度而变化的敏感度较大以及激光器3输出光束的能量密度和激光器3输出光束的预设能量密度之间的差异较大，即激光器3不处于最佳工作状态，不能确保切割质量、切割精度和切割效率，此时会生成隐患信号，中央处理器5接收隐患信号后，生成调整信号，并将调整信号传输至第一气缸601、第二气缸604和冷风机7，第一气缸601、第二气缸604和冷风机7接收调整信号后，进行调整工作，即第一气缸601通过第一伸缩杆602降低承重板603在支撑滑轨606上的滑动速度，由于承重板603与第二气缸604固定连接，所以可以降低第二气缸604的移动速度，由于第二气缸604与第二伸缩杆605固定连接，第二伸缩杆605与激光器3固定连接，所以可以降低激光器3的移动速度，第二气缸604通过第二伸缩杆605控制激光器3进行向下移动，以减少激光器3和金属的距离，确保激光器3的输出光束通过激光切割头4可以对金属进行高质量的切割，冷风机7通过冷风管8对激光器3内部激光介质进行降温，防止激光介质进一步升温，进而防止激光器3输出光束的功率进一步变化和波动。
本实施例中，一种金属加工制造***的加工方法，包括以下步骤：
步骤一、首先开启装置，中央处理器5生成工作信号和采集信号，并将工作信号分别传输至激光器3、第一气缸601和第二气缸604，激光器3接收工作信号后，通过激光切割头4输出光束，第一气缸601和第二气缸604接收工作信号后，分别通过第一伸缩杆602和第二伸缩杆605控制激光器3和激光切割头4进行移动，进而实现对金属的切割工作；
步骤二、中央处理器5将采集信号分别传输至功率采集模块9、温度采集模块10和光斑面积采集模块11，功率采集模块9接收采集信号后，对激光器3输出光束的实际功率进行实时获取，并将获取的激光器3输出光束实际功率传输至中央处理器5；温度采集模块9接收采集信号后，对激光器3内部激光介质的实际温度进行实时获取，并将获取的激光器3内部激光介质实际温度传输至中央处理器5；光斑面积采集模块11接收采集信号后，对激光器3输出光束的实际光斑面积进行实时获取，并将获取的激光器3输出光束实际光斑面积传输至中央处理器5；中央处理器5对接收的激光器3输出光束实际功率、激光器3内部激光介质实际温度以及激光器3输出光束实际光斑面积进行分析处理，分别生成相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数，中央处理器5对生成的相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数进行综合分析，生成评估系数，通过评估系数与预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断激光器3是否处于最佳工作状态，并根据比对结果控制第一气缸601、第二气缸604和冷风机7的工作状态；
步骤三、若评估系数小于或等于评估系数阈值，表明T时间内激光器3的输出功率更为稳定、激光器3的输出功率随激光器3内部介质的温度而变化的敏感度较小以及激光器3输出光束的能量密度和激光器3输出光束的预设能量密度之间的差异较小，即激光器3处于最佳工作状态，可以确保切割质量、切割精度和切割效率，此时会生成正常信号，中央处理器5接收正常信号后，生成保持信号，并将保持信号传输至第一气缸601、第二气缸604和冷风机7，第一气缸601、第二气缸604和冷风机7接收正常信号后，进行保持工作；若评估系数大于评估系数阈值，表明T时间内激光器3的输出功率稳定性较差、激光器3的输出功率随激光器3内部介质的温度而变化的敏感度较大以及激光器3输出光束的能量密度和激光器3输出光束的预设能量密度之间的差异较大，即激光器3不处于最佳工作状态，不能确保切割质量、切割精度和切割效率，此时会生成隐患信号，中央处理器5接收隐患信号后，生成调整信号，并将调整信号传输至第一气缸601、第二气缸604和冷风机7，第一气缸601、第二气缸604和冷风机7接收调整信号后，进行调整工作，即第一气缸601通过第一伸缩杆602降低承重板603在支撑滑轨606上的滑动速度，由于承重板603与第二气缸604固定连接，所以可以降低第二气缸604的移动速度，由于第二气缸604与第二伸缩杆605固定连接，第二伸缩杆605与激光器3固定连接，所以可以降低激光器3的移动速度，第二气缸604通过第二伸缩杆605控制激光器3进行向下移动，以减少激光器3和金属的距离，确保激光器3的输出光束通过激光切割头4可以对金属进行高质量的切割，冷风机7通过冷风管8对激光器3内部激光介质进行降温，防止激光介质进一步升温，进而防止激光器3输出光束的功率进一步变化和波动。
上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的总***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个总***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种金属加工制造***，包括传送机构(1)、设置在传送机构(1)侧面的固定架(2)、激光器(3)和设置在激光器(3)底部的激光切割头(4)，其特征在于：所述固定架(2)的一侧设置有中央处理器(5)，所述固定架(2)的顶部分别设置有调整机构(6)和冷风机(7)，所述调整机构(6)包括第一气缸(601)、第一伸缩杆(602)、承重板(603)、第二气缸(604)、第二伸缩杆(605)和支撑滑轨(606)，所述冷风机(7)的一侧设置有伸入固定架(2)内部的冷风管(8)；
还包括
功率采集模块(9)，设置在激光器(3)的一侧，用于实时获取激光器(3)输出光束的实际功率，并通过中央处理器(5)生成相对功率标准差；
温度采集模块(10)，设置在激光器(3)的另一侧，用于实时获取激光器(3)内部激光介质的实际温度，并通过中央处理器(5)生成温度变化系数；
光斑面积采集模块(11)，设置在固定架(2)的内顶壁，用于实时获取激光器(3)输出光束的实际光斑面积，并通过中央处理器(5)生成能量密度偏差系数；
通过中央处理器(5)对生成的相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数进行综合分析，生成评估系数，通过评估系数与预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断激光器(3)是否处于最佳工作状态，并根据比对结果控制第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种金属加工制造***，其特征在于：所述第一气缸(601)的输出轴与第一伸缩杆(602)的一端固定连接，所述第一伸缩杆(602)的另一端与承重板(603)的一侧固定连接，所述承重板(603)的底部与支撑滑轨(606)的顶部滑动连接，所述支撑滑轨(606)的底部与固定架(2)的顶部固定连接，所述承重板(603)的顶部与第二气缸(604)的底部固定连接，所述第二气缸(604)的输出轴与第二伸缩杆(605)的一端固定连接，所述第二伸缩杆(605)的另一端与激光器(3)的顶部固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种金属加工制造***，其特征在于：所述中央处理器(5)的输出端与激光器(3)的输入端、第一气缸(601)的输入端、第二气缸(604)的输入端以及冷风机(7)的输入端均电性连接，所述功率采集模块(9)的输入端和输出端、温度采集模块(10)的输入端和输出端以及光斑面积采集模块(11)的输入端和输出端分别与中央处理器(5)的输出端和输入端电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种金属加工制造***，其特征在于，所述相对功率标准差的获取逻辑为：
S1、通过功率采集模块(9)获取T时间内不同时刻激光器(3)输出光束的实际功率，将T时间内不同时刻激光器(3)输出光束的实际功率标定为P实 x，x表示T时间内不同时刻激光器(3)输出光束实际功率的编号，x＝1、2、3、4、……、t，t为正整数；
S2、将T时间内激光器(3)输出光束实际功率的平均值标定为P平，则：
S3、将T时间内激光器(3)输出光束实际功率的标准差标定为σ，则：
S4、计算相对功率标准差，计算的表达式为：
式中，RSD为相对功率标准差。
5.根据权利要求4所述的一种金属加工制造***，其特征在于，所述温度变化系数的获取逻辑为：
S1、通过温度采集模块(10)获取T时间内不同时刻激光器(3)内部激光介质的实际温度和通过功率采集模块(9)获取T时间内对应时刻激光器(3)输出光束的实际功率，将T时间内不同时刻激光器(3)内部激光介质的实际温度标定为W实 y，并将获取对应时刻的激光机(3)输出光束实际功率标定为P温 y，y表示T时间内不同时刻激光器(3)内部激光介质实际温度和对应时刻激光器(3)输出光束实际功率的编号，y＝1、2、3、4、……、m，m为正整数；
S2、计算温度变化系数，计算的表达式为：
式中，TC为温度变化系数。
6.根据权利要求5所述的一种金属加工制造***，其特征在于，所述能量密度偏差系数的获取逻辑为：
S1、通过光斑面积采集模块(11)获取T时间内不同时刻激光器(3)输出光束的实际光斑面积和通过功率采集模块(9)获取T时间内对应时刻激光器(3)输出光束的实际功率，将T时间内不同时刻激光器(3)输出光束的实际光斑面积标定为S实 z，并将获取对应时刻的激光机(3)输出光束实际功率标定为P光 z，z表示T时间内不同时刻激光器(3)输出光束实际光斑面积和对应时刻激光器(3)输出光束实际功率的编号，z＝1、2、3、4、……、n，n为正整数；
S2、将T时间内不同时刻激光器(3)输出光束的能量密度标定为EDz，则：
S3、通过中央处理器(5)获取T时间内激光器(3)输出光束的预设能量密度，并将激光器(3)输出光束的预设能量密度标定为ED0；
S4、计算能量密度偏差系数，计算的表达式为：
式中，EDC为能量密度偏差系数。
7.根据权利要求6所述的一种金属加工制造***，其特征在于，所述评估系数的表达公式为：
通过中央处理器(5)进行公式化分析，依据公式：
式中，Gpg为评估系数，r1、r2以及r3分别为相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数的预设比例系数，且r1、r2以及r3均大于0。
8.根据权利要求7所述的一种金属加工制造***，其特征在于，将预先设定的评估系数参考阈值设定为Gyz，其中Gyz>0，通过中央处理器(5)将计算出的评估系数Gpg和预先设定的评估系数参考阈值Gyz进行比对，判断激光器(3)是否处于最佳工作状态，并根据比对结果控制第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)的工作状态，具体判断如下：
当Gpg≤Gyz时，激光器(3)处于最佳工作状态，生成正常信号，中央处理器(5)接收正常信号后，生成保持信号，并将保持信号传输至第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)，第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)接收正常信号后，进行保持工作；
当Gpg>Gyz时，激光器(3)不处于最佳工作状态，生成隐患信号，中央处理器(5)接收隐患信号后，生成调整信号，并将调整信号传输至第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)，第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)接收调整信号后，进行调整工作。
9.一种基于权利要求书1-8中任一项所述一种金属加工制造***的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、首先开启装置，中央处理器(5)生成工作信号和采集信号，并将工作信号分别传输至激光器(3)、第一气缸(601)和第二气缸(604)，激光器(3)接收工作信号后，通过激光切割头(4)输出光束，第一气缸(601)和第二气缸(604)接收工作信号后，分别通过第一伸缩杆(602)和第二伸缩杆(605)控制激光器(3)和激光切割头(4)进行移动，进而实现对金属的切割工作；
步骤二、中央处理器(5)将采集信号分别传输至功率采集模块(9)、温度采集模块(10)和光斑面积采集模块(11)，功率采集模块(9)接收采集信号后，对激光器(3)输出光束的实际功率进行实时获取，并将获取的激光器(3)输出光束实际功率传输至中央处理器(5)；温度采集模块(9)接收采集信号后，对激光器(3)内部激光介质的实际温度进行实时获取，并将获取的激光器(3)内部激光介质实际温度传输至中央处理器(5)；光斑面积采集模块(11)接收采集信号后，对激光器(3)输出光束的实际光斑面积进行实时获取，并将获取的激光器(3)输出光束实际光斑面积传输至中央处理器(5)；中央处理器(5)对接收的激光器(3)输出光束实际功率、激光器(3)内部激光介质实际温度以及激光器(3)输出光束实际光斑面积进行分析处理，分别生成相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数，中央处理器(5)对生成的相对功率标准差、温度变化系数和能量密度偏差系数进行综合分析，生成评估系数，通过评估系数与预先设定的评估系数参考阈值进行比对，判断激光器(3)是否处于最佳工作状态，并根据比对结果控制第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)的工作状态；
步骤三、若评估系数小于或等于评估系数阈值，激光器(3)处于最佳工作状态，生成正常信号，中央处理器(5)接收正常信号后，生成保持信号，并将保持信号传输至第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)，第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)接收正常信号后，进行保持工作；若评估系数大于评估系数阈值，激光器(3)不处于最佳工作状态，生成隐患信号，中央处理器(5)接收隐患信号后，生成调整信号，并将调整信号传输至第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)，第一气缸(601)、第二气缸(604)和冷风机(7)接收调整信号后，进行调整工作。
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