激光广泛应用于工业加工领域,目前市场上主流的激光加工设备在加工、管理方面存有以下不足。1.激光器配置单一、输出波长范围有限,针对不同应用无法满足要求。2.重视激光功率,忽略激光Q脉冲宽度、光束模式等其它激光参数,激光参数未能全部可控,难以完成高质量的激光工艺加工。3.本课题组曾针对内燃机缸套内表面采用的“单脉冲同点间隔多次”激光微织构工艺加工系统受限加工低主轴转速、小孔径发动机缸套。4.本实验室原来研制的设备,必须配有位置传感器才能实现平面同点间隔多次激光工艺,效率低且受限短脉冲激光加工方式。5.功能单一,不能同时满足二维平面、三维立体和特殊曲面加工。6.未配数据库系统,加工数据未能有效管理,且加工过程中必须现场值守,无法实现远程加工、监控、管理。7.只能实现等比例像素图像打标,无法实现任意比例像素图像打标。针对目前主流激光系统所存问题,以及考虑到“工业4.0”大数据环境下激光系统智能化升级的必然趋势,本文完成了基于物联网的多功能激光加工系统的设计与实现。并结合具体加工需求,以ARM STM32单片机和FPGA作为控制中心,C++语言设计软件,完成如下具有独立功能的控制系统应用模块:1.以内燃机缸套内表面作为应用加工研究对象,升级基于Mega128型号单片机串行工作时序的激光微加工控制系统。选用532nm激光光源,设计基于FPGA并行工作时序的激光加工控制子系统,同时配有手持触摸屏无线通信控制终端。2.提出“返程误差抵消法”新思路,完成平面单脉冲同点间隔多次加工子系统,双波长激光实现激光点阵列、网纹和凹槽形貌的微加工。3.解析CAD文件,生成相应的控制指令集,控制双波长激光器和运动平台协同工作。激光可自动对焦,完成中心旋转曲面激光加工。4.设计基于ODBC数据源的激光加工数据库系统,SIM900模块的短信远程控制终端,W5500TCP/IP协议栈的DRM远程管理系统。5.设计单片机WEB服务器,浏览器终端远程访问与控制激光加工系统。6.选用型号为HD-GY500摄像头,实现指示光自动对焦,设计双光路自动切换和自动对焦子系统。7.基于Opencv2.4图像库,采用“四格扫描法”,将像素图像矢量转换、插补运算,实现像素图像任意比例的激光加工。本文分别对各子系统进行了性能测试,试验结果表明:所有子系统工作完全达到预期效果,且加工过程稳定可靠。本文提出的基于物联网的多功能激光加工控制系统,针对作为加工光源的多台激光器,设计多光路自动切换系统。满足了面对不同加工对象、同一加工对象不同位置选择不同加工方式的多种灵活加工需求。同时,系统配有数据库管理系统,能够对加工设备、设备操作人员实施便捷管理,是一台真正意义上的物联网多功能激光加工平台。