CN116756712A - 一种自动化激光切割控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动化激光切割控制系统，包括：信息管理模块、优化控制模块、执行模块和报警指示模块；信息管理模块用于对用户身份信息进行管理，并接收用户输入的切割参数信息和自动识别的控制信息，并对控制过程进行可视化显示；优化控制模块用于根据用户输入的切割参数和控制信息生成对应的控制指令，并对切割参数进行优化调整；执行模块用于根据控制指令控制激光切割设备进行激光切割操作，并记录本次激光切割的执行数据；报警指示模块用于对激光切割过程中的异常状态进行监测，并依据设置的报警规则进行报警指示，本发明控制效率较高，且可对激光切割过程进行自动化的精准控制，复杂度较低，可对使用者身份进行验证，安全性较高。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，具体涉及到一种自动化激光切割控制系统。
背景技术
激光切割加工技术相比于传统的机械切割技术，具有精度和灵活度更高的特点，且切口平滑，在加工过程中与待切割工件无接触，避免了对待切割工件造成划伤和摩擦，误差较小，加工成本更低。
目前的激光切割控制系统大多采用既定切割路径进行切割，不能进行误差重检，并根据检测反馈结果进行参数调整，需要人为监控调整，容易造成定位误差进而导致加工精度偏差。
综上所述，如何克服上述缺陷，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种自动化激光切割控制系统，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自动化激光切割控制系统，包括：信息管理模块、优化控制模块、执行模块和报警指示模块；
所述信息管理模块用于对用户身份信息进行管理，并接收用户输入的切割参数信息和自动识别的控制信息，并对控制过程进行可视化显示；
所述优化控制模块用于根据用户输入的切割参数和控制信息生成对应的控制指令，并将控制指令发送至所述执行模块和接收所述执行模块反馈的反馈信号，并根据反馈信号对切割参数进行优化调整；
所述执行模块与所述优化控制模块相连接，所述执行模块用于根据控制指令控制激光切割设备进行激光切割操作，并记录本次激光切割的执行数据；
所述报警指示模块用于对激光切割过程中的异常状态进行监测，并依据设置的报警规则进行报警指示。
进一步地，所述信息管理模块包括用户管理模块和信息接收模块；所述用户管理模块包括用户身份验证装置和用户信息存储模块，所述用户身份验证装置包括生物识别模块和密码识别模块，所述生物识别模块用于获取用户的生物特征信息，并将所述生物特征信息与所述用户信息存储模块存储的合法用户信息进行对比，根据对比结果判断当前用户是否为合法用户，所述密码识别模块用于获取用户输入的密码数字信息，并对每个数字按键的时长进行记录，判断是否为有效按键信号，当每个数字按键的时长超过设定时长时判定该按键信号为有效按键信号，否则为无效按键信号，将有效按键信号组成的密码信号与对应的身份码进行比较获取用户角色信息，所述用户信息存储模块与所述用户身份验证装置相连接，所述用户信息存储模块用于存储合法用户的注册身份信息和角色密码信息；所述信息接收模块用于接收用户输入的切割参数信息。
更进一步地，所述信息管理模块还包括视觉自动识别模块和交互显示模块；
所述视觉自动识别模块包括数字图像获取装置、光源、位移传感器和图像处理模块，所述数字图像获取装置用于获取目标图像信号，并对获取的目标图像信号进行预处理，将预处理后的图像信号传送给所述图像处理模块，所述图像处理模块对预处理后的图像信号进行目标特征提取，根据提取的目标特征确定待切割工件的切割路径，所述光源采用环形光源，所述环形光源与所述数字图像获取装置同轴放置，所述位移传感器用于确定激光切割头与待切割工件的距离信息；
所述交互显示模块用于对控制过程的控制参数和报警信息进行可视化显示，并接收用户输入的切割参数信息。
更进一步地，所述优化控制模块包括控制信号生成模块、优化控制模块和反馈信号接收模块；
所述控制信号生成模块接收所述视觉自动识别模块发送的待切割工件的切割路径信息和激光切割头与待切割工件的距离信息，及所述交互显示模块输入的切割参数信息生成电机控制指令和激光切割设备的控制指令；
所述优化控制模块与所述控制信号生成模块和所述反馈信号接收模块相连接，所述优化控制模块用于将生成的电机控制指令和激光切割设备的控制指令传输至所述执行模块，由执行模块控制电机和激光切割设备进行工作，并根据所述反馈信号接收模块的反馈信息，优化电机的控制参数，再将优化后的控制信号传输至所述执行模块；
所述反馈信号接收模块用于接收执行模块的执行反馈参数信息。
进一步地，所述执行模块包括切割控制模块、运动控制模块和数据记录模块；
所述切割控制模块包括功率控制模块和电源供给模块，所述功率控制模块与激光切割设备相连接用于控制激光的发射功率，所述电源供给模块用于为激光切割设备、功率控制模块和运动控制模块提供所需电压源；
所述运动控制模块包括步进电机、伺服电机、驱动控制器和CAN模块，所述驱动控制器通过CAN模块与所述优化控制模块和步进电机及伺服电机电连接，所述驱动控制器用于根据电机控制指令控制步进电机及伺服电机的转动，进而带动工作台和激光切割设备运动到合适的工作位置；
所述切割控制模块和所述运动控制模块均与所述数据记录模块相连接，所述数据记录模块用于记录本次激光切割的执行数据，所述执行数据包括操作时长、路径信息、激光强度、电机转速、误差信息。
更进一步地，所述执行模块还包括重检模块，所述重检模块包括CDD相机、图像判定模块，所述CDD相机将用于获取切割完成的工件图像信息，并将所述图像信息传送给所述图像判定模块，所述图像判定模块对获取的工件图像信息进行二值化和滤波处理，并对处理后的二值化图像进行特征提取，根据提取的特征信息和模板特征信息得到误差参数信息，所述重检模块与所述数据记录模块相连接，所述重检模块将得到误差参数信息发送给所述数据记录模块进行记录。
进一步地，所述报警指示模块包括故障检测模块和报警模块；所述故障检测模块用于检测限位信息和故障信息，所述故障检测模块包括限位传感器、控制器模块和故障状态判断模块，所述限位传感器与所述控制器模块相连接，所述限位传感器用于将检测到的限位开关信息发送至所述控制器模块，所述控制器模块接收到限位异常信息后发送报警信息至所述报警模块进行报警，所述故障状态判断模块用于计算切割速度，并判断切割速度是否超过预设的标准范围，还用于接收电源故障状态信息和电机转速异常信息；所述报警模块与所述故障检测模块相连接，所述报警模块用于根据用户设定进行差异化报警。
更进一步地,所述报警模块包括报警类型匹配模块、声音报警装置和灯光报警装置，所述报警类型匹配模块与所述声音报警装置和所述灯光报警装置相连接，所述报警类型匹配模块用于对接收报警信号和故障信号的类型进行判别，根据判别结果控制所述声音报警装置或所述灯光报警装置进行报警。
从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：本发明控制效率较高，且可对激光切割过程进行自动化的精准控制，复杂度较低，可对使用者身份进行验证，安全性较高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。
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，下文将对本发明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，其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。
图1为本发明一种自动化激光切割控制系统的组成结构示意图。
图2为本发明中信息管理模块的组成结构示意图。
图3为本发明中执行模块的组成结构示意图。
图4为本发明中报警指示模块的组成结构示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
目前用于激光切割领域的激光切割控制系统大多采用既定切割路径进行切割，不能进行误差重检，容易造成定位误差进而导致加工精度偏差。因此，本申请公开了一种控制效率较高，且可对激光切割过程进行自动化的精准控制，复杂度较低，可对使用者身份进行验证，安全性较高的自动化激光切割控制系统，如图1至图4所示，该系统包括：信息管理模块、优化控制模块、执行模块和报警指示模块。
所述信息管理模块用于对用户身份信息进行管理，并接收用户输入的切割参数信息和自动识别的控制信息，并对控制过程进行可视化显示。
所述信息管理模块包括用户管理模块和信息接收模块；所述用户管理模块包括用户身份验证装置和用户信息存储模块，所述用户身份验证装置包括生物识别模块和密码识别模块，所述生物识别模块用于获取用户的生物特征信息，并将所述生物特征信息与所述用户信息存储模块存储的合法用户信息进行对比，根据对比结果判断当前用户是否为合法用户，所述密码识别模块用于获取用户输入的密码数字信息，并对每个数字按键的时长进行记录，判断是否为有效按键信号，当每个数字按键的时长超过设定时长时判定该按键信号为有效按键信号，否则为无效按键信号，将有效按键信号组成的密码信号与对应的身份码进行比较获取用户角色信息，所述用户信息存储模块与所述用户身份验证装置相连接，所述用户信息存储模块用于存储合法用户的注册身份信息和角色密码信息；所述信息接收模块用于接收用户输入的切割参数信息。
在本实施例中，生物特征信息包括人脸特征信息和指纹特征信息及声纹特征信息等。
所述信息管理模块还包括视觉自动识别模块和交互显示模块；所述视觉自动识别模块包括数字图像获取装置、光源、位移传感器和图像处理模块，所述数字图像获取装置用于获取目标图像信号，并对获取的目标图像信号进行预处理，将预处理后的图像信号传送给所述图像处理模块，所述图像处理模块对预处理后的图像信号进行目标特征提取，根据提取的目标特征确定待切割工件的切割路径，所述光源采用环形光源，所述环形光源与所述数字图像获取装置同轴放置，所述位移传感器用于确定激光切割头与待切割工件的距离信息；所述交互显示模块用于对控制过程的控制参数和报警信息进行可视化显示，并接收用户输入的切割参数信息。
在本实施例中，所述数字图像获取装置采用工业相机，环形光源可减少阴影，提高对比度，实现大面积荧光照明。位移传感器采用激光测距传感器，精度较高。所述交互显示模块通过智能液晶显示屏和液晶显示驱动装置等硬件实现。
所述确定切割路径的过程具体包括：
首先对预处理后的图像进行感兴趣区域划分，确定感兴趣区域，并保证激光切割设备的切割头处于感兴趣区域内，根据位移传感器的信息判断切割头与待切割工件的距离是否在预设范围内；
对预处理后的图像进行拉普拉斯变换增强图像边缘差异；
然后对图像进行膨胀操作以放大边缘区域，根据边缘信息进行阈值分割，确定多个标记点，根据标记点拟合得到切割轮廓，根据切割轮廓得到切割路径；
将激光切割头移动到切割起始点，打开激光切割设备进行切割。
所述优化控制模块用于根据用户输入的切割参数和控制信息生成对应的控制指令，并将控制指令发送至所述执行模块和接收所述执行模块反馈的反馈信号，并根据反馈信号对切割参数进行优化调整。具体地，所述优化控制模块包括控制信号生成模块、优化控制模块和反馈信号接收模块；所述控制信号生成模块接收所述视觉自动识别模块发送的待切割工件的切割路径信息和激光切割头与待切割工件的距离信息，及所述交互显示模块输入的切割参数信息生成电机控制指令和激光切割设备的控制指令；所述优化控制模块与所述控制信号生成模块和所述反馈信号接收模块相连接，所述优化控制模块用于将生成的电机控制指令和激光切割设备的控制指令传输至所述执行模块，由执行模块控制电机和激光切割设备进行工作，并根据所述反馈信号接收模块的反馈信息，优化电机的控制参数，再将优化后的控制信号传输至所述执行模块；所述反馈信号接收模块用于接收执行模块的执行反馈参数信息。
所述执行模块与所述优化控制模块相连接，所述执行模块用于根据控制指令控制激光切割设备进行激光切割操作，并记录本次激光切割的执行数据。所述执行模块包括切割控制模块、运动控制模块和数据记录模块。所述切割控制模块包括功率控制模块和电源供给模块，所述功率控制模块与激光切割设备相连接用于控制激光的发射功率，所述电源供给模块用于为激光切割设备、功率控制模块和运动控制模块提供所需电压源；所述运动控制模块包括步进电机、伺服电机、驱动控制器和CAN模块，所述驱动控制器通过CAN模块与所述优化控制模块和步进电机及伺服电机电连接，所述驱动控制器用于根据电机控制指令控制步进电机及伺服电机的转动，进而带动工作台和激光切割设备运动到合适的工作位置；所述切割控制模块和所述运动控制模块均与所述数据记录模块相连接，所述数据记录模块用于记录本次激光切割的执行数据，所述执行数据包括操作时长、路径信息、激光强度、电机转速、误差信息。
在本实施例中，所述电源供给模块由交流转换器、电源安全板和继电器模块等组成。
所述执行模块还包括重检模块，所述重检模块包括CDD相机、图像判定模块，所述CDD相机将用于获取切割完成的工件图像信息，并将所述图像信息传送给所述图像判定模块，所述图像判定模块对获取的工件图像信息进行二值化和滤波处理，并对处理后的二值化图像进行特征提取，根据提取的特征信息和模板特征信息得到误差参数信息，所述重检模块与所述数据记录模块相连接，所述重检模块将得到误差参数信息发送给所述数据记录模块进行记录。
所述报警指示模块用于对激光切割过程中的异常状态进行监测，并依据设置的报警规则进行报警指示。所述报警指示模块包括故障检测模块和报警模块；所述故障检测模块用于检测限位信息和故障信息，所述故障检测模块包括限位传感器、控制器模块和故障状态判断模块，所述限位传感器与所述控制器模块相连接，所述限位传感器用于将检测到的限位开关信息发送至所述控制器模块，所述控制器模块接收到限位异常信息后发送报警信息至所述报警模块进行报警，所述故障状态判断模块用于计算切割速度，并判断切割速度是否超过预设的标准范围，还用于接收电源故障状态信息和电机转速异常信息；所述报警模块与所述故障检测模块相连接，所述报警模块用于根据用户设定进行差异化报警，其中，所述报警模块包括报警类型匹配模块、声音报警装置和灯光报警装置，所述报警类型匹配模块与所述声音报警装置和所述灯光报警装置相连接，所述报警类型匹配模块用于对接收报警信号和故障信号的类型进行判别，根据判别结果控制所述声音报警装置或所述灯光报警装置进行报警。
应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种自动化激光切割控制系统，其特征在于，包括：信息管理模块、优化控制模块、执行模块和报警指示模块；
所述信息管理模块用于对用户身份信息进行管理，并接收用户输入的切割参数信息和自动识别的控制信息，并对控制过程进行可视化显示；
所述优化控制模块用于根据用户输入的切割参数和控制信息生成对应的控制指令，并将控制指令发送至所述执行模块和接收所述执行模块反馈的反馈信号，并根据反馈信号对切割参数进行优化调整；
所述执行模块与所述优化控制模块相连接，所述执行模块用于根据控制指令控制激光切割设备进行激光切割操作，并记录本次激光切割的执行数据；
所述报警指示模块用于对激光切割过程中的异常状态进行监测，并依据设置的报警规则进行报警指示。
2.如权利要求1所述的自动化激光切割控制系统，其特征在于，所述信息管理模块包括用户管理模块和信息接收模块；所述用户管理模块包括用户身份验证装置和用户信息存储模块，所述用户身份验证装置包括生物识别模块和密码识别模块，所述生物识别模块用于获取用户的生物特征信息，并将所述生物特征信息与所述用户信息存储模块存储的合法用户信息进行对比，根据对比结果判断当前用户是否为合法用户，所述密码识别模块用于获取用户输入的密码数字信息，并对每个数字按键的时长进行记录，判断是否为有效按键信号，当每个数字按键的时长超过设定时长时判定该按键信号为有效按键信号，否则为无效按键信号，将有效按键信号组成的密码信号与对应的身份码进行比较获取用户角色信息，所述用户信息存储模块与所述用户身份验证装置相连接，所述用户信息存储模块用于存储合法用户的注册身份信息和角色密码信息；所述信息接收模块用于接收用户输入的切割参数信息。
3.如权利要求2所述的自动化激光切割控制系统，其特征在于，所述信息管理模块还包括视觉自动识别模块和交互显示模块；
所述视觉自动识别模块包括数字图像获取装置、光源、位移传感器和图像处理模块，所述数字图像获取装置用于获取目标图像信号，并对获取的目标图像信号进行预处理，将预处理后的图像信号传送给所述图像处理模块，所述图像处理模块对预处理后的图像信号进行目标特征提取，根据提取的目标特征确定待切割工件的切割路径，所述光源采用环形光源，所述环形光源与所述数字图像获取装置同轴放置，所述位移传感器用于确定激光切割头与待切割工件的距离信息；
所述交互显示模块用于对控制过程的控制参数和报警信息进行可视化显示，并接收用户输入的切割参数信息。
4.如权利要求3所述的自动化激光切割控制系统，其特征在于，所述优化控制模块包括控制信号生成模块、优化控制模块和反馈信号接收模块；
所述控制信号生成模块接收所述视觉自动识别模块发送的待切割工件的切割路径信息和激光切割头与待切割工件的距离信息，及
所述交互显示模块输入的切割参数信息生成电机控制指令和激光切割设备的控制指令；
所述优化控制模块与所述控制信号生成模块和所述反馈信号接收模块相连接，所述优化控制模块用于将生成的电机控制指令和激光切割设备的控制指令传输至所述执行模块，由执行模块控制电机和激光切割设备进行工作，并根据所述反馈信号接收模块的反馈信息，优化电机的控制参数，再将优化后的控制信号传输至所述执行模块；
所述反馈信号接收模块用于接收执行模块的执行反馈参数信息。
5.如权利要求1所述的自动化激光切割控制系统，其特征在于，所述执行模块包括切割控制模块、运动控制模块和数据记录模块；
所述切割控制模块包括功率控制模块和电源供给模块，所述功率控制模块与激光切割设备相连接用于控制激光的发射功率，所述电源供给模块用于为激光切割设备、功率控制模块和运动控制模块提供所需电压源；
所述运动控制模块包括步进电机、伺服电机、驱动控制器和CAN模块，所述驱动控制器通过CAN模块与所述优化控制模块和步进电机及伺服电机电连接，所述驱动控制器用于根据电机控制指令控制步进电机及伺服电机的转动，进而带动工作台和激光切割设备运动到合适的工作位置；
所述切割控制模块和所述运动控制模块均与所述数据记录模块相连接，所述数据记录模块用于记录本次激光切割的执行数据，所述执行数据包括操作时长、路径信息、激光强度、电机转速、误差信息。
6.如权利要求5所述的自动化激光切割控制系统，其特征在于，所述执行模块还包括重检模块，所述重检模块包括CDD相机、图像判定模块，所述CDD相机将用于获取切割完成的工件图像信息，并将所述图像信息传送给所述图像判定模块，所述图像判定模块对获取的工件图像信息进行二值化和滤波处理，并对处理后的二值化图像进行特征提取，根据提取的特征信息和模板特征信息得到误差参数信息，所述重检模块与所述数据记录模块相连接，所述重检模块将得到误差参数信息发送给所述数据记录模块进行记录。
7.如权利要求1所述的自动化激光切割控制系统，其特征在于，所述报警指示模块包括故障检测模块和报警模块；所述故障检测模块用于检测限位信息和故障信息，所述故障检测模块包括限位传感器、控制器模块和故障状态判断模块，所述限位传感器与所述控制器模块相连接，所述限位传感器用于将检测到的限位开关信息发送至所述控制器模块，所述控制器模块接收到限位异常信息后发送报警信息至所述报警模块进行报警，所述故障状态判断模块用于计算切割速度，并判断切割速度是否超过预设的标准范围，还用于接收电源故障状态信息和电机转速异常信息；所述报警模块与所述故障检测模块相连接，所述报警模块用于根据用户设定进行差异化报警。
8.如权利要求7所述的自动化激光切割控制系统，其特征在于,所述报警模块包括报警类型匹配模块、声音报警装置和灯光报警装置，所述报警类型匹配模块与所述声音报警装置和所述灯光报警装置相连接，所述报警类型匹配模块用于对接收报警信号和故障信号的类型进行判别，根据判别结果控制所述声音报警装置或所述灯光报警装置进行报警。
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2023
- 2023-04-25 CN CN202310468170.1A patent/CN116756712A/zh not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118212188A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-06-18 | 广东兴艺数字印刷股份有限公司 | 一种动漫卡自动检测控制方法、系统、设备及介质 |
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