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安全門(mén)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(hù)來(lái)防止人闖入。普通的3015型CO2激光設(shè)備有廉價(jià)的門(mén)保護(hù)方案，即安全光柵，當(dāng)有物體進(jìn)入設(shè)備危險(xiǎn)范圍內(nèi)，正在運(yùn)行的機(jī)床會(huì)立即停止。為美觀起見(jiàn)，推薦帶有安全門(mén)的設(shè)備，如蘇州領(lǐng)創(chuàng)激光科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“領(lǐng)創(chuàng)”）的帶防護(hù)門(mén)的1530設(shè)備門(mén)上安裝有安全開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)失靈或門(mén)被打開(kāi)都會(huì)觸發(fā)信號(hào)使機(jī)床立即停止運(yùn)行，安全性較高。
激光控制
激光的控制是激光切割機(jī)的重要控制對(duì)象，包括激光功率控制、激光開(kāi)啟關(guān)閉控制、脈沖控制、故障顯示與排除等。對(duì)激光的控制，安全依然很重要。比如，在維修時(shí)將光閘鎖定，防止誤操作出光；由其他故障引起機(jī)床暫停時(shí)，迅速關(guān)光等。而激光的脈沖輸出、功率控制等，對(duì)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(guò)引進(jìn)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(shí)間浪費(fèi)，縮短了整個(gè)加工過(guò)程的時(shí)間。
合理的邏輯安排
合理的邏輯安排會(huì)有效地減少不必要的時(shí)間浪費(fèi)，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(bǔ)空跑時(shí)，Z軸同時(shí)完成抬頭和隨動(dòng)動(dòng)作，從而節(jié)約運(yùn)行了時(shí)間。因其運(yùn)動(dòng)軌跡是一條優(yōu)美的弧線(xiàn)，像是青蛙跳躍，故命名為蛙跳。
跳段功能，就是在機(jī)床因故暫停后（處理故障的過(guò)程可能會(huì)退出加工程序或移動(dòng)機(jī)床的軸），可以一鍵恢復(fù)到故障前的狀態(tài)繼續(xù)加工。
伺服控制
伺服控制指對(duì)物體運(yùn)動(dòng)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(diǎn)。比如精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速范圍大、過(guò)載能力高、體積小等。
領(lǐng)創(chuàng)使用的電機(jī)是永磁同步電機(jī)（圖1），它的特點(diǎn)是同步，就是說(shuō)，當(dāng)控制電機(jī)定子磁場(chǎng)的強(qiáng)度和矢量方向后，外力是難以改變轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置的，在額定力矩以?xún)?nèi)，無(wú)論外力怎樣變化，轉(zhuǎn)子都會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)回歸力，一旦擾動(dòng)撤消，轉(zhuǎn)子即回歸原位。因此，電機(jī)具有較好的穩(wěn)定性。
圖1 伺服電機(jī)
領(lǐng)創(chuàng)使用的檢測(cè)裝置是編碼器。編碼器把角位移或直線(xiàn)位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，前者稱(chēng)為碼盤(pán)，后者稱(chēng)為碼尺。按照工作原理編碼器可分為增量式（圖2）和絕對(duì)式（圖3）兩類(lèi)，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(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)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(guò)取A相、B相的上升和下降沿可以進(jìn)行2或4倍頻，Z相為單圈脈沖，即每圈發(fā)出一個(gè)脈沖。這種多見(jiàn)于日系產(chǎn)品?；蛘甙l(fā)出正余弦信號(hào)，再對(duì)其進(jìn)行斬波，實(shí)現(xiàn)多倍頻。一般使用的編碼器都是增量式的。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。典型的應(yīng)用就是光柵尺。絕對(duì)式編碼器的優(yōu)點(diǎn)十分顯著，每一個(gè)機(jī)械位置對(duì)應(yīng)一個(gè)碼，精確度較高，且無(wú)需確定參考原點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。但是價(jià)格較高，特別是對(duì)于長(zhǎng)距離的檢測(cè)反饋性?xún)r(jià)比更低。
圖2 增量式編碼器
圖3 絕對(duì)式編碼器
伺服驅(qū)動(dòng)器（圖4）是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，類(lèi)似于變頻器對(duì)普通交流馬達(dá)。一般通過(guò)速度、位置、力矩三種方式控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
圖4 驅(qū)動(dòng)器
傳感器是一種檢測(cè)裝置，它將外部感知的信號(hào)轉(zhuǎn)化為可用信號(hào)，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器類(lèi)似于人類(lèi)的五官，有人將傳感器的功能與人類(lèi)的5大感覺(jué)器官相比較（光敏傳感器相當(dāng)于視覺(jué)，聲敏傳感器相當(dāng)于聽(tīng)覺(jué)，氣敏傳感器相當(dāng)于嗅覺(jué)，化學(xué)傳感器相當(dāng)于味覺(jué)，壓敏、溫敏傳感器相當(dāng)于觸覺(jué)）。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(dú)立的智能單元，可以檢測(cè)并智能分析外部信號(hào)。
外部一些信號(hào)的讀入，必須依靠傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一些重要的信號(hào)，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(kāi)關(guān)（圖5）、機(jī)械式開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等，主要的應(yīng)用目的有軸參考點(diǎn)的檢測(cè)，硬件限位的限制，工位的檢測(cè)等，這些信號(hào)檢測(cè)至關(guān)重要。參考點(diǎn)定位了原點(diǎn)，工位檢測(cè)決定重復(fù)定位的精度，硬件限位事關(guān)安全。
圖5 接近開(kāi)關(guān)
良好的人機(jī)交互系統(tǒng)
隨著觸摸屏（圖6）的快速發(fā)展，越來(lái)越多的激光設(shè)備開(kāi)始將人機(jī)界面換成觸摸屏的形式，可以說(shuō)觸摸屏即將成為客戶(hù)體驗(yàn)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(lái)顯示參數(shù)、畫(huà)面、監(jiān)控狀態(tài)、曲線(xiàn)等，表現(xiàn)力更強(qiáng)，使用也更加方便，使得人機(jī)界面更加簡(jiǎn)潔舒適。
選擇觸摸屏?xí)r，屏的尺寸、色彩、分辨率、處理器速度、存儲(chǔ)容量、通訊方式等都是需要考慮的重要因素。
在設(shè)計(jì)觸摸屏的時(shí)候要以用戶(hù)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(shí)間是用戶(hù)非常直觀和在意的一項(xiàng)重要指標(biāo)，人機(jī)界面的響應(yīng)時(shí)間太慢會(huì)使用戶(hù)感覺(jué)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(zhǔn)確性。不同進(jìn)程的響應(yīng)時(shí)間差別太大同樣會(huì)使用戶(hù)感到不舒服。另外，一些常用的命令方式最好是觸摸與鍵盤(pán)并存，兩種使用方式供用戶(hù)選擇。
圖6 觸摸屏
不過(guò)觸摸屏的維護(hù)也至關(guān)重要，維護(hù)不當(dāng)會(huì)明顯降低其使用壽命；但是總體來(lái)說(shuō)，利大于弊。
機(jī)器人在激光設(shè)備上的應(yīng)用
工業(yè)機(jī)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(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如焊接、涂裝、機(jī)械加工和簡(jiǎn)單裝配等。
多軸機(jī)器人加工程序的自動(dòng)生成是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，目前有一些軟件可以實(shí)現(xiàn)，不過(guò)大多價(jià)格昂貴。介于機(jī)器人大部分應(yīng)用與重復(fù)工作的場(chǎng)合，一般只需要幾個(gè)加工程序，用示教的方式就可以解決。
汽車(chē)行業(yè)的良好發(fā)展一定程度上帶動(dòng)了工業(yè)機(jī)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(dòng)化程度高、靈活性高，在高標(biāo)準(zhǔn)、高要求的汽車(chē)領(lǐng)域得到了越來(lái)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(xué)合作的激光焊接機(jī)器人。
圖7 激光機(jī)器人
配套的自動(dòng)化設(shè)備
在激光設(shè)備中，配套的自動(dòng)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(shí)間越來(lái)越昂貴的當(dāng)代社會(huì)，這些自動(dòng)化設(shè)備逐漸成為終端客戶(hù)的必選項(xiàng)目。
交換工作臺(tái)
交換工作臺(tái)是用于上料的自動(dòng)化設(shè)備。在主機(jī)還在加工的同時(shí)，副工作臺(tái)就可以進(jìn)行上下料，主工作臺(tái)處加工完畢后，可執(zhí)行交換命令交換主副工作臺(tái)，將上好料的工作臺(tái)移到加工位進(jìn)行加工。該設(shè)備可以有效地節(jié)約上下料所浪費(fèi)的時(shí)間。如圖8所示是領(lǐng)創(chuàng)生產(chǎn)的激光切割機(jī)的交換工作臺(tái)。
自動(dòng)上下料系統(tǒng)
自動(dòng)上下料系統(tǒng)（圖9）是代替人工搬運(yùn)物料的機(jī)構(gòu)。可以減少企業(yè)人員投入，減輕人工工作的強(qiáng)度。
圖9 自動(dòng)上下料裝置
結(jié)束語(yǔ)
國(guó)內(nèi)的激光設(shè)備與國(guó)外的還是有一定的差距，我們?cè)诓粩鄬W(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)也要不斷開(kāi)拓進(jìn)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(guó)激光設(shè)備與世界先進(jìn)水平設(shè)備的差距，甚至超越國(guó)外先進(jìn)，做出一流的設(shè)備。
——摘自《鈑金與制作》 2014年第4期