1.激光切割机的需求变化

作为钣金加工最为重要的设备之一，激光切割机在过去发生着巨大的变化，机器已经不满足于仅仅实现切割加工，生产正在朝着更为智能的方向发展，体现在以下几个方面：

1.1智能生产工艺集成

对于生产者而言，机器需要能够与CAD软件的完美集成，从设计图纸到生成加工参数，并传输给CNC系统进而控制轴的加工动作等，这同时也包含了VB/VC的定制化客户操作画面设计能力、并能根据生产的需求进行切割优化、批次管理等。

1.2与激光器的交互控制

传统上，切割运动控制与激光功率控制是分立的，无法实现运动控制与功率控制的融合，并且，控制器之间无法良好通信，而现在，功率控制必须与运动同步以确保为不同的功率输出提供相应的位置与速度的匹配，达到最佳的切割效果。

1.3精度和速度

机器对于性能的追求是从来都有的，随着生产系统的快速市场响应能力的需要，以及终端用户对于高品质产品的需求，使得精度和速度、柔性更为重要，而更为实时的响应、软件功能集成、开放的互联才能确保性能的卓越。

1.4生产柔性

今天的钣金加工，已经不同于过去采取分立的设备独立加工，而需要从板材的输送、处理、切割、冲压、折弯、组装等进行生产系统的集成，并辅助于机器人的输送、夹装等功能，并且在管理层实现生产计划、订单排序、质量控制、工艺输出与下载等功能，使得整个生产系统实现根据订单的变化而智能的调整其整个生产中的协调与同步。

2.贝加莱控制系统需求分析与解决方案

贝加莱软硬件平台可以为激光切割等钣金加工设备提供良好的系统平台搭建和项目的开发，这包括了GMC-通用运动控制架构。

2.1通用运动控制架构GMC

贝加莱通用运动控制GMC是基于开放架构设计的运动控制体系，GMC将传统的CNC、机器人、定位与同步控制、液压等进程了软件内在的集成，使得其可以在一个控制系统平台上实现集成，使得其内在无缝的集成，从而最大的发挥其同步和协同加工效应。

图1.GMC架构图

2.1GMC的需求响应能力

GMC是基于对钣金加工如激光切割、水射流、冲压等最佳的实现方案，其从硬件、软件两个方面来融合满足产业应用开发的需求，其介绍如表1。

在表1中，End User的需求传递至对OEM设备制造商的需求，进而延伸到对自动化厂商的需求提出，这些在贝加莱都得到了良好的响应。

在下面，结合实际的激光切割应用，我们来介绍贝加莱具体的应用结构和方案。

3.激光切割控制系统主要功能设计

激光切割主要应用于对金属板材、石材等进行加工，贝加莱方案结合行业具体的机器开发提供了既有的解决方案软件功能和库支持能力，这包括以下几个方面：

3.1切割运动方式

根据实际的加工需要的各种情况进行切割模式的封装，并在HMI上提供简单的选择并设置简单参数，即可实现多种加工状态下的运动模式设定与切换，系统自动进行计算和优化，确保简单且良好的控制。

切割头在X、Y轴运动停止后进行垂直升降

切割头上升时随着X、Y轴的运动同步升起，下降时待X、Y轴运动到位后再下降

切割头在短距离轮廓变换时只进行平移运动

切割头无论是在X、Y轴的上升还是下降阶段都提前同步运动实现全蛙跳功能

切割头在进行烧膜或锈迹烧蚀时不进行上下运动，以固定高度进行配合X、Y轴的运动

切割头上升阶段不随X、Y轴同步运动，只是在下降阶段提前同步运动到制定位置。

3.2激光功率控制

贝加莱PLC和CNC完全同步功能，及贝加莱独有的reACTION技术-它可以使得任务周期低至1uS，实现激光器控制与CNC 的轴运动控制完美结合，确保了切割质量。激光功率控制可以集成于整个系统，可满足激光切割机不同行业的应用,实现多种切割冲孔方式，飞行切割功能等等。

激光切割机穿孔一般采用脉冲控制方式，PWM模块的占空比和控制频率可以在系统中根据需要进行定义，实现脉冲冲孔。

对于激光器功率控制则采用0-10V 的高速模拟量输出信号，根据轴移动的速度对模拟量进行控制，进而控制激光出信号，达到控制激光发生器的能量，保证尖角的切割效果。

贝加莱reACTION技术确保了飞行切割过程中，电子光闸的开启和关闭达到极高的精度,采用reACTION技术后，I/O 响应速度可以达到1us，信号延迟时间被大大缩短

3.3寻边功能

在钣金行业，尤其是金属板材切割方面，为了提高板材的利用率，在进行激光切割前不得不对钢板校直(将板材长直边和机床长X轴校平行)，通常校直使得效率降低，对于大幅面板材和厚板，操作人员手动校直几乎不可能。贝加莱系统的板材自动寻边功能，就可以很好的帮助客户解决这些问题，它通过电容式传感器测距，准确地寻找板材边缘末端，数控系统自动算得板材与机床轴之间的夹角斜率并记住它，在切割的时候系统会自动对机床XY轴依板材摆放的斜率精确旋转，并且能够方便的依操作员需要定切割起始点，大大提供了加工效率。

3.4机械补偿功能，可提供多种机械补偿功能，例如螺距补偿和反向间隙补偿等

3.5光路补偿

对于飞行光路的切割机,由于光束发散角,切割近端和远端时光程长短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大,焦点光斑的直径越小。行业内一般采用等光程补偿方式，以确保在连续加工中确保聚焦透镜上的光斑面积不变;同时，还能根据不同的切割工艺要求，改变切割时焦点半径和焦点深度的大小。因此增加补偿轴U轴,U 轴的运动的路径与 X 轴和 Y 轴的运动路径存在一定的函数关系

4.贝加莱激光切割系统架构

贝加莱的硬件和软件平台为激光切割实现最优的平台体系，这包括硬件和软件两个部分：

4.1完整而开放的硬件平台

基于贝加莱硬件平台的激光切割机控制有以下一些特点：

1. APC820-与ACOPOSmulti驱动器同一尺寸，并且可以运行RTOS和Windows Embedded操作系统，使得基于Windows的VB、VC程序可以运行同时，也处理PLC逻辑、运动控制任务，并且，在软件架构上，该控制器可以同时实现激光切割、机器人的同步控制。

2. X20分布式I/O有针对PWM和模拟量功率控制器的连接，除此之外，基于CANopen、Profibus、POWERLINK的总线连接也可以根据需要进行通信模块的选择。

3. 对于GMC而言，其执行机构对象可以是普通同步马达、也可以是力矩电机，而ACOPOSmulti驱动系统具有参数自整定能力，可以为机器提供不同的电机驱动优化。

4.2Automation Studio集成开发环境

对于激光切割的应用而言，贝加莱的Automation Studio集成开发平台可以带来以下一些特点的开发：

4.2.1面向所有对象：HMI、PLC逻辑、运动控制、CNC、机器人、液压等在同一架构下实现同步开发;

4.2.2从项目的配置、仿真、编程、测试、维护全流程，Automation Studio均可提供开发支持。

4.2.3自定义的库支持能力

除了基于PLCopen、IEC61131的库外，Automation Studio的SoftCNC平台提供了以下自定义功能的设计：

自定义解释器

自定义的G代码、M代码

自定义的通信、滤波库等

蛙跳、补偿库均可实现自定义