激光加工設(shè)備因其具有高速、高精度、低損耗、高度靈活等優(yōu)點，越來越多地應(yīng)用在鈑金加工行業(yè)。激光加工包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標等。大功率激光切割機作為相對精密且昂貴的設(shè)備來說，應(yīng)當有高配的控制與之相匹配。本文就激光切割機的控制部分做以下闡述，以期讓大家有所了解。
  安全與控制
  安全門聯(lián)鎖
  由于激光加工設(shè)備有較高的速度與加速度，必須有相應(yīng)的保護來防止人闖入。普通的3015型CO2激光設(shè)備有廉價的門保護方案，即安全光柵，當有物體進入設(shè)備危險范圍內(nèi)，正在運行的機床會立即停止。為美觀起見，推薦帶有安全門的設(shè)備，如蘇州領(lǐng)創(chuàng)激光科技有限公司（以下簡稱“領(lǐng)創(chuàng)”）的帶防護門的1530設(shè)備門上安裝有安全開關(guān)，開關(guān)失靈或門被打開都會觸發(fā)信號使機床立即停止運行，安全性較高。
  激光控制
  激光的控制是激光切割機的重要控制對象，包括激光功率控制、激光開啟關(guān)閉控制、脈沖控制、故障顯示與排除等。對激光的控制，安全依然很重要。比如，在維修時將光閘鎖定，防止誤操作出光；由其他故障引起機床暫停時，迅速關(guān)光等。而激光的脈沖輸出、功率控制等，對于激光加工的工藝也至關(guān)重要，特別是脈沖，決定了厚板穿孔的速度與質(zhì)量。板越厚，穿孔就越不穩(wěn)定；厚板切割中，發(fā)生加工不良現(xiàn)象的大都是穿孔不好引起的。領(lǐng)創(chuàng)通過引進智能切割控制系統(tǒng)（ICS），顯著提高了穿孔的速度及質(zhì)量，并且減少了穿孔后停留的時間浪費，縮短了整個加工過程的時間。
  合理的邏輯安排
  合理的邏輯安排會有效地減少不必要的時間浪費，提高效率。合理的邏輯安排主要體現(xiàn)在蛙跳和跳段功能安排上。
  蛙跳功能，就是在X軸和Y軸插補空跑時，Z軸同時完成抬頭和隨動動作，從而節(jié)約運行了時間。因其運動軌跡是一條優(yōu)美的弧線，像是青蛙跳躍，故命名為蛙跳。
  跳段功能，就是在機床因故暫停后（處理故障的過程可能會退出加工程序或移動機床的軸），可以一鍵恢復到故障前的狀態(tài)繼續(xù)加工。
  伺服控制
  伺服控制指對物體運動的位置、速度及加速度等變化量的有效控制。與傳統(tǒng)的變頻器控制相比，伺服控制具有很多優(yōu)點。比如精度高、動態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速范圍大、過載能力高、體積小等。
  領(lǐng)創(chuàng)使用的電機是永磁同步電機（圖1），它的特點是同步，就是說，當控制電機定子磁場的強度和矢量方向后，外力是難以改變轉(zhuǎn)子的相對位置的，在額定力矩以內(nèi)，無論外力怎樣變化，轉(zhuǎn)子都會自動產(chǎn)生一個回歸力，一旦擾動撤消，轉(zhuǎn)子即回歸原位。因此，電機具有較好的穩(wěn)定性。

  領(lǐng)創(chuàng)使用的檢測裝置是編碼器。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。按照工作原理編碼器可分為增量式（圖2）和絕對式（圖3）兩類，這兩種形式的編碼器領(lǐng)創(chuàng)都有使用。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小，通常為A相、B相、Z相輸出，A相、B相為相互延遲1/4周期的脈沖輸出，根據(jù)延遲關(guān)系可以區(qū)別正反轉(zhuǎn)，而且通過取A相、B相的上升和下降沿可以進行2或4倍頻，Z相為單圈脈沖，即每圈發(fā)出一個脈沖。這種多見于日系產(chǎn)品?；蛘甙l(fā)出正余弦信號，再對其進行斬波，實現(xiàn)多倍頻。一般使用的編碼器都是增量式的。絕對式編碼器的每一個位置對應(yīng)一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。典型的應(yīng)用就是光柵尺。絕對式編碼器的優(yōu)點十分顯著，每一個機械位置對應(yīng)一個碼，精確度較高，且無需確定參考原點，可實現(xiàn)全閉環(huán)控制。但是價格較高，特別是對于長距離的檢測反饋性價比更低。

  伺服驅(qū)動器（圖4）是用來控制伺服電機的一種控制器，類似于變頻器對普通交流馬達。一般通過速度、位置、力矩三種方式控制伺服電機，實現(xiàn)閉環(huán)控制。

  傳感技術(shù)的應(yīng)用
  傳感器是一種檢測裝置，它將外部感知的信號轉(zhuǎn)化為可用信號，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器類似于人類的五官，有人將傳感器的功能與人類的5大感覺器官相比較（光敏傳感器相當于視覺，聲敏傳感器相當于聽覺，氣敏傳感器相當于嗅覺，化學傳感器相當于味覺，壓敏、溫敏傳感器相當于觸覺）。在激光設(shè)備上應(yīng)用較多的是光敏傳感器、溫敏傳感器；還有些智能傳感器，它們是獨立的智能單元，可以檢測并智能分析外部信號。
  外部一些信號的讀入，必須依靠傳感器來實現(xiàn)。對于一些重要的信號，必須使用質(zhì)量性能可靠的傳感器。激光設(shè)備上主要應(yīng)用的傳感器有接近開關(guān)（圖5）、機械式開關(guān)、光電開關(guān)等，主要的應(yīng)用目的有軸參考點的檢測，硬件限位的限制，工位的檢測等，這些信號檢測至關(guān)重要。參考點定位了原點，工位檢測決定重復定位的精度，硬件限位事關(guān)安全。

  良好的人機交互系統(tǒng)
  隨著觸摸屏（圖6）的快速發(fā)展，越來越多的激光設(shè)備開始將人機界面換成觸摸屏的形式，可以說觸摸屏即將成為客戶體驗不可缺少的一部分。工業(yè)觸摸屏是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的按鈕和指示燈的智能終端。它可以用來顯示參數(shù)、畫面、監(jiān)控狀態(tài)、曲線等，表現(xiàn)力更強，使用也更加方便，使得人機界面更加簡潔舒適。
  選擇觸摸屏時，屏的尺寸、色彩、分辨率、處理器速度、存儲容量、通訊方式等都是需要考慮的重要因素。
  在設(shè)計觸摸屏的時候要以用戶為中心，以人為本，理清操作順序，操作頻率，重要性，色彩和諧，字體美觀一致，操作區(qū)域一致，使得操作人員感到舒適。響應(yīng)時間是用戶非常直觀和在意的一項重要指標，人機界面的響應(yīng)時間太慢會使用戶感覺到煩躁，影響使用的心情，從而影響工作的熱情和人員操作準確性。不同進程的響應(yīng)時間差別太大同樣會使用戶感到不舒服。另外，一些常用的命令方式最好是觸摸與鍵盤并存，兩種使用方式供用戶選擇。

  不過觸摸屏的維護也至關(guān)重要，維護不當會明顯降低其使用壽命；但是總體來說，利大于弊。
  機器人在激光設(shè)備上的應(yīng)用
  工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如焊接、涂裝、機械加工和簡單裝配等。
  多軸機器人加工程序的自動生成是一個技術(shù)難點，目前有一些軟件可以實現(xiàn)，不過大多價格昂貴。介于機器人大部分應(yīng)用與重復工作的場合，一般只需要幾個加工程序，用示教的方式就可以解決。
  汽車行業(yè)的良好發(fā)展一定程度上帶動了工業(yè)機器人在激光設(shè)備上的應(yīng)用。由于激光焊接速度快、深度大、變形小、自動化程度高、靈活性高，在高標準、高要求的汽車領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如圖7所示是領(lǐng)創(chuàng)與西北工業(yè)大學合作的激光焊接機器人。

  配套的自動化設(shè)備
  在激光設(shè)備中，配套的自動化設(shè)備可以顯著降低人力成本，提高生產(chǎn)效率。在人力成本逐漸爬高，時間越來越昂貴的當代社會，這些自動化設(shè)備逐漸成為終端客戶的必選項目。
  交換工作臺
  交換工作臺是用于上料的自動化設(shè)備。在主機還在加工的同時，副工作臺就可以進行上下料，主工作臺處加工完畢后，可執(zhí)行交換命令交換主副工作臺，將上好料的工作臺移到加工位進行加工。該設(shè)備可以有效地節(jié)約上下料所浪費的時間。如圖8所示是領(lǐng)創(chuàng)生產(chǎn)的激光切割機的交換工作臺。

  自動上下料系統(tǒng)
  自動上下料系統(tǒng)（圖9）是代替人工搬運物料的機構(gòu)?？梢詼p少企業(yè)人員投入，減輕人工工作的強度。

  結(jié)束語
  國內(nèi)的激光設(shè)備與國外的還是有一定的差距，我們在不斷學習國外先進技術(shù)的同時也要不斷開拓進取，重視理論技術(shù)的研究，敢于嘗試，勇于質(zhì)疑。這樣才能不斷縮小我國激光設(shè)備與世界先進水平設(shè)備的差距，甚至超越國外先進，做出一流的設(shè)備。