CN104276749A - 激光切割圆角玻璃的运动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光切割圆角玻璃的运动控制方法，包括：以下步骤：直线切割时，Y轴移动进行切割；直线切割进入圆弧切割时，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置不变；圆弧切割时X、Y和C三轴同时运动，完成圆弧切割；圆弧切割进入直线切割时，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置和速度不变；再次进入直线切割，Y轴移动进行切割。本发明是一种能够提高直线与圆弧过渡及圆弧切割部分的精度，省去后续的打磨工序的激光切割圆角玻璃的运动控制方法。

Description

激光切割圆角玻璃的运动控制方法

技术领域

本发明涉及切割玻璃的运动控制方法，尤其涉及一种能够提高直线与圆弧过渡及圆弧切割部分的精度，省去后续的打磨工序的激光切割圆角玻璃的运动控制方法。

背景技术

目前的激光切割圆角玻璃，多采用X、Y两轴联动，这种方式切割的圆角，精度一般，在对精度要求较高的场合，后续还需要对切割边缘进行打磨，增加了加工的工序。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高直线与圆弧过渡及圆弧切割部分的精度，省去后续的打磨工序的激光切割圆角玻璃的运动控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：提供一种激光切割圆角玻璃的运动控制方法，以下步骤：

直线切割时，Y轴移动进行切割；

直线切割进入圆弧切割时，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置不变；

圆弧切割时X、Y和C三轴同时运动，完成圆弧切割；

圆弧切割进入直线切割时，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置和速度不变；

再次进入直线切割，Y轴移动进行切割。

定义切割玻璃长为2a，宽为2b，圆角半径为r。

在激光切割起始阶段，工作台Y轴移动，速度采用直线加减速，规划从0逐渐增大至系统设定的正常切割速度v：

v＝A*n₁*T，

$s=\frac{1}{2}A*{(n_1*T)}^2,$

其中，A为系统加速度，n₁为加速阶段插补周期数，T为插补周期，当进给速度达到系统设定值v时，直线切割距离为s，此时激光切割进入常速切割阶段。

当由直线切割进入圆弧切割时，为保持切割速度与C轴运动轨迹相切，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置不变，改变切割方向；

C轴角速度为，其中α为切入点与X轴的夹角，其值为L₁为切入点与原点间的距离，其值为则C轴的角位移为θ＝ω*n₂*T，其中，n₂为该阶段的插补周期数，T为插补周期；

X和Y轴同时联动，以使切割点位置不变：

X轴位移 $\begin{array}{c}x=a-L_1*\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})\\ =a-\sqrt{a^2+{(b-r)}^2}*\cos (\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{2}T)\end{array},$

Y轴位移 $\begin{array}{c}y=b-r-L_1*\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})\\ =b-r-\sqrt{a^2+{(b-r)}^2}*\sin (\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{2}T)\end{array}.$

进入圆弧切割阶段时，圆弧上切割点的线速度保持不变，C轴的角位移θ＝ω*n₃*T，其中，n₃为圆弧切割阶段的插补周期数，设定圆弧上的切割点与原点的距离为ρ，其值为：

$\mathrm{\ρ}=R*\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})+\sqrt{r^2-R^2*{\sin }^2(\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})},$

其中，R为圆弧圆心与原点之间的距离，其值为：β为圆弧圆心与X轴的夹角，其值为：C轴角速度为：

X轴位移 $x=\mathrm{\ρ}*\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})$

$=(R*\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)+\sqrt{r^2-R^2*{\sin }^2(\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)})*\cos (\mathrm{\α}+{\mathrm{\ωn}}_{3}T),$

Y轴位移 $y=\mathrm{\ρ}*\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})$

$-(R*\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)+\sqrt{r^2-R^2*{\sin }^2(\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)})*\sin (\mathrm{\α}+{\mathrm{\ωn}}_{3}T).$

当由圆弧切割进入直线切割时，为使直线切割方向与圆弧切割结束时的方向一致，需要在切出点改变切割方向，并切割点位置保持不变；此时，C轴的角速度为其中，γ为切出点与X轴的夹角，其值为L₂为切出点与原点之间的距离，其值为则C轴的角位移为θ-ω*n₄*T，其中，n₄为该阶段的插补周期数，让X和Y轴必须同时联动，以使切割点位置的不变；

X轴位移 $\begin{array}{c}x=L_2*\sin (\mathrm{\γ}+\mathrm{\θ})-b\\ =\sqrt{{(a-r)}^2+b^2}*\sin (\mathrm{\γ}+{\mathrm{\ωn}}_{4}T)-b\end{array},$

Y轴位移 $\begin{array}{c}y=L_2*\cos (\mathrm{\γ}+\mathrm{\θ})-(a-r)\\ =\sqrt{{(a-r)}^2+b^2}*\cos (\mathrm{\γ}+\mathrm{\θ})-(a-r)\end{array}.$

进入直线切割阶段，切割速度仍然保持正常切割速度v不变，该阶段的切割位移为s＝v*n₅*T，其中，n₅为该阶段的插补周期数。

若再次进入圆弧切割阶段时，重复以上步骤即可，进入最后直线切割阶段时，采用直线加减速规划，对切割速度进行减速处理，避免切割结束时速度突变。

与现有技术相比，由于在本发明激光切割圆角玻璃的运动控制方法中，在切割的起止阶段采用了加减速的速度控制，避免了切割速度的突变造成的切割质量不达标，在圆弧的切入切出及圆弧切割阶段均采用了三轴联动的运动控制方式，解决了切割速度平滑过渡的问题，提高了切割质量，省去了后续的打磨工序，节省成本。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1是本发明激光切割圆角玻璃的运动控制方法圆弧切割切入切出阶段运动示意图。

图2是本发明激光切割圆角玻璃的运动控制方法圆弧切割阶段运动示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图1和2所示，本发明激光切割圆角玻璃的运动控制方法中：

1.初始直线切割阶段，Y轴移动，采用直线加减速提速至正常切割速度。

在激光切割起始阶段，工作台Y轴移动，速度采用直线加减速规划从0逐渐增大至系统设定的正常切割速度v。

v＝A*n₁*T，

$s=\frac{1}{2}A*{(n_1*T)}^2,$

其中，A为系统加速度，n₁为加速阶段插补周期数，T为插补周期；

当进给速度达到系统设定值v时，直线切割距离为s，此时激光切割进入常速切割阶段。

2.直线切割进入圆弧切割时，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置不变。

当由直线切割完成，并进入圆弧切割时，为保持切割速度与C轴运动轨迹相切，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置不变，改变切割方向。

如图1所示，设定切割玻璃长为2a，宽为2b，圆角半径为r。

C轴角速度为，其中α为切入点与X轴的夹角，其值为L₁为切入点与原点间的距离，其值为则C轴的角位移为θ＝ω*n₂*T，其中，n₂为该阶段的插补周期数，T为插补周期。

由于C轴旋转必然会造成切割点位置的改变，这是不允许的，所以X和Y轴必须同时联动，以确保切割点位置不变。

X轴位移 $\begin{array}{c}x=a-L_1*\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})\\ =a-\sqrt{a^2+{(b-r)}^2}*\cos (\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{2}T)\end{array},$

Y轴位移 $\begin{array}{c}y=b-r-L_1*\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})\\ =b-r-\sqrt{a^2+{(b-r)}^2}*\sin (\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{2}T)\end{array}.$

3.圆弧切割时X、Y和C三轴同时运动，完成圆弧切割。

进入圆弧切割阶段时，要求圆弧上切割点的线速度保持不变，由于该阶段切割圆弧并不是以原点O1为圆心的，而是以O2为圆心，圆弧上切割点与原点的距离不断变化，所以C轴的角速度也要相应变化，而只有C轴的运动显然满足不了切割要求，仍然需要三轴的联动，来满足切割轨迹要求。

C轴的角位移θ＝ω*n₃*T，其中，n₃为圆弧切割阶段的插补周期数。

如图2所示，设定圆弧上的切割点与原点的距离为ρ，其值为：

$\mathrm{\ρ}=R*\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})+\sqrt{r^2-R^2*{\sin }^2(\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})},$ 其中，R为圆弧圆心与原点之间的距离，其值为β为圆弧圆心与X轴的夹角，其值为C轴角速度为显然C轴的角速度是随着圆弧切割过程中切割点的变化而不断变化的。

X轴位移 $x=\mathrm{\ρ}*\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})$

$=(R*\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)+\sqrt{r^2-R^2*{\sin }^2(\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)})*\cos (\mathrm{\α}+{\mathrm{\ωn}}_{3}T)$

Y轴位移 $y=\mathrm{\ρ}*\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})$

$=(R*\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)+\sqrt{r^2-R^2*{\sin }^2(\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)})*\sin (\mathrm{\α}+{\mathrm{\ωn}}_{3}T)$

圆弧切割进入直线切割时，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置不变。

4.当由圆弧切割进入直线切割时，为确保直线切割方向与圆弧切割结束时的方向一致，需要在切出点改变切割方向，此时，切割点位置保持不变。

如图1所示，C轴的角速度为其中，γ为切出点与X轴的夹角，其值为L₂为切出点与原点之间的距离，其值为则C轴的角位移为θ＝ω*n₄*T，其中，n₄为该阶段的插补周期数，C轴旋转必然会造成切割点位置的改变，这是不允许的，所以X和Y轴必须同时联动，以确保切割点位置的不变。

X轴位移 $\begin{array}{c}x=L_2*\sin (\mathrm{\γ}+\mathrm{\θ})-b\\ =\sqrt{{(a-r)}^2+b^2}*\sin (\mathrm{\γ}+{\mathrm{\ωn}}_{4}T)-b\end{array},$

Y轴位移 $\begin{array}{c}y=L_2*\cos (\mathrm{\γ}+\mathrm{\θ})-(a-r)\\ =\sqrt{{(a-r)}^2+b^2}*\cos (\mathrm{\γ}+\mathrm{\θ})-(a-r)\end{array}.$

5.进入直线切割，Y轴移动，进行切割。

进入直线切割阶段，切割速度仍然保持正常切割速度v不变，该阶段的切割位移为s＝v*n₅*T，其中，n₅为该阶段的插补周期数。

若再次进入圆弧切割阶段时，重复以上步骤即可，进入最后直线切割阶段时，采用直线加减速规划，对切割速度进行减速处理，避免切割结束时速度的突变所造成的切割轮廓精度的降低，直至完成整块圆角玻璃的切割。

本发明激光切割圆角玻璃的运动控制方法，在切割的起止阶段采用了加减速的速度控制，避免了切割速度的突变造成的切割质量不达标。在圆弧的切入切出及圆弧切割阶段均采用了三轴联动的运动控制方式，解决了切割速度平滑过渡的问题，提高了切割质量，省去了后续的打磨工序，节省成本。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种激光切割圆角玻璃的运动控制方法，其特征在于包括：以下步骤：

直线切割时，Y轴移动进行切割；

直线切割进入圆弧切割时，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置不变；

圆弧切割时X、Y和C三轴同时运动，完成圆弧切割；

圆弧切割进入直线切割时，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置和速度不变；

再次进入直线切割，Y轴移动进行切割。

2.如权利要求1所述的激光切割圆角玻璃的运动控制方法，其特征在于：在激光切割起始阶段，工作台Y轴移动，速度采用直线加减速，规划从0逐渐增大至系统设定的正常切割速度v：

v＝A*n₁*T，

$s=\frac{1}{2}A*{(n_1*T)}^2,$

其中，A为系统加速度，n₁为加速阶段插补周期数，T为插补周期，当进给速度达到系统设定值v时，直线切割距离为s，此时激光切割进入常速切割阶段。

3.如权利要求2所述的激光切割圆角玻璃的运动控制方法，其特征在于：

当由直线切割进入圆弧切割时，为保持切割速度与C轴运动轨迹相切，X、Y和C三轴联动，保持切割点位置不变，改变切割方向；

定义切割玻璃长为2a，宽为2b，圆角半径为r，C轴角速度为其中α为切入点与X轴的夹角，其值为L₁为切入点与原点间的距离，其值为则C轴的角位移为θ＝ω*n₂*T，其中，n₂为该阶段的插补周期数，T为插补周期；

X和Y轴同时联动，以使切割点位置不变：

X轴位移 $x=a-L_1*\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})$

$=a-\sqrt{a^2+{(b-r)}^2}*\cos (\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{2}T),$

Y轴位移 $\begin{array}{c}y=b-r-L_1*\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})\\ =b-r-\sqrt{a^2+{(b-r)}^2}*\sin (\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{2}T)\end{array}.$

4.如权利要求2所述的激光切割圆角玻璃的运动控制方法，其特征在于：进入圆弧切割阶段时，圆弧上切割点的线速度保持不变，C轴的角位移θ-ω*n₃*T，其中，n₃为圆弧切割阶段的插补周期数，设定圆弧上的切割点与原点的距离为ρ，其值为：

$\mathrm{\ρ}=R*\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})+\sqrt{r^2-R^2*{\sin }^2(\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})},$

其中，R为圆弧圆心与原点之间的距离，其值为：β为圆弧圆心与X轴的夹角，其值为：，C轴角速度为：

X轴位移 $x=\mathrm{\ρ}*\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})$

$=(R*\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)+\sqrt{r^2-R^2*{\sin }^2(\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)})*\cos (\mathrm{\α}+{\mathrm{\ωn}}_{3}T),$

Y轴位移 $y=\mathrm{\ρ}*\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})$

$=(R*\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)+\sqrt{r^2-R^2*{\sin }^2(\mathrm{\β}-\mathrm{\α}-{\mathrm{\ωn}}_{3}T)})*\sin (\mathrm{\α}+{\mathrm{\ωn}}_{3}T).$

5.如权利要求2所述的激光切割圆角玻璃的运动控制方法，其特征在于：当由圆弧切割进入直线切割时，为使直线切割方向与圆弧切割结束时的方向一致，需要在切出点改变切割方向，并切割点位置保持不变；此时，C轴的角速度为，其中，γ为切出点与X轴的夹角，其值为L₂为切出点与原点之间的距离，其值为则C轴的角位移为θ＝ω*n₄*T，其中，n₄为该阶段的插补周期数，让X和Y轴必须同时联动，以使切割点位置的不变；

X轴位移 $\begin{array}{c}x=L_2*\sin (\mathrm{\γ}+\mathrm{\θ})-b\\ =\sqrt{{(a-r)}^2+b^2}*\sin (\mathrm{\γ}+{\mathrm{\ωn}}_{4}T)-b\end{array},$

Y轴位移 $\begin{array}{c}y=L_2*\cos (\mathrm{\γ}+\mathrm{\θ})-(a-r)\\ =\sqrt{{(a-r)}^2+b^2}*\cos (\mathrm{\γ}+\mathrm{\θ})-(a-r)\end{array}.$

6.如权利要求2所述的激光切割圆角玻璃的运动控制方法，其特征在于：进入直线切割阶段，切割速度仍然保持正常切割速度v不变，该阶段的切割位移为s＝v*n₅*T，其中，n₅为该阶段的插补周期数。

7.如权利要求2所述的激光切割圆角玻璃的运动控制方法，其特征在于：若再次进入圆弧切割阶段时，重复以上步骤即可，进入最后直线切割阶段时，采用直线加减速规划，对切割速度进行减速处理，避免切割结束时速度突变。