CN109332910A

CN109332910A - 一种激光切割的速度调节方法以及系统

Info

Publication number: CN109332910A
Application number: CN201811089852.7A
Authority: CN
Inventors: 宋俊杰; 李桂胜; 封雨鑫; 高云峰
Original assignee: Shenzhen Dazu Intelligent Control Technology Co Ltd; Han s Laser Technology Industry Group Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Dazu Intelligent Control Technology Co Ltd; Han s Laser Technology Industry Group Co Ltd
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2019-02-15
Anticipated expiration: 2038-09-18
Also published as: CN109332910B

Abstract

本发明涉及激光切割领域，具体涉及一种激光切割的速度调节方法以及系统，所述速度调节方法包括以下步骤：步骤1、激光到达一刷新点，获取下一刷新点的位置以及刷新速度参数，并判断在到达下一刷新点之前能否完成加速度或者减速度；步骤2、构造至少二阶导连续的速度曲线，激光随着速度曲线移动，直至激光的切割速度达到刷新速度参数；步骤3、重复步骤1和步骤2，直至完成所述激光切割的工序。通过构造二阶导连续的速度曲线，该速度曲线保持平滑，激光切割能够在启停和加减速时保持一个较小的加速度水平，进行速度上的优化，从而保证激光切割速度的平稳性，保证激光在高速状态下运动轨迹也不会发生偏差。

Description

一种激光切割的速度调节方法以及系统

技术领域

本发明涉及激光切割领域，具体涉及一种激光切割的速度调节方法以及系统。

背景技术

在工件加工过程中，常常需要通过激光在平面上进行切割操作。平面激光切割是一种非接触式加工，在整个加工过程当中，没有工件与刀具之间的摩擦力影响，因此相较于接触式的加工，激光切割的速度大大加快。但是，过快的加工速度会导致各个运动轴产生较大的震动，尤其是采用龙门结构的平板机，龙门负载过大时，震动会较为强烈，无法保证整个切割的速度曲线的平滑性，导致切割轨迹失真。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光切割的速度调节方法以及系统，解决激光切割速度无法保证平稳性的问题。

为解决该技术问题，本发明提供一种激光切割的速度调节方法，所述激光切割存在多个刷新点，所述速度调节方法包括以下步骤：

步骤1、激光到达一刷新点，获取下一刷新点的位置以及刷新速度参数，并判断在到达下一刷新点之前能否完成加速度或者减速度；

步骤2、构造至少二阶导连续的速度曲线，激光随着速度曲线移动，直至激光的切割速度达到刷新速度参数；

步骤3、重复步骤1和步骤2，直至完成所述激光切割的工序。

其中，较佳方案是，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤21、判断激光的切割过程为加速度或者减速度，若是加速度，构造加速速度曲线，若是减速度，判断能否完成减速度过程，若能，构造减速速度曲线，再根据减速位移修正末速度，若不能，根据插补精度修正最大速度，再构造减速速度曲线。

其中，较佳方案是，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤211、构造加速度公式：

或者，构造减速度公式：

步骤212、根据加速度公式，构造加速速度曲线：

或者，根据减速度公式，构造减速速度曲线：

其中，较佳方案是，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤213、构造减速阶段的时间公式：

t_d＝(v_max-v_end)R_d/a_max，

其中，R_d为计算常数，由此获取减速时间；

步骤214、构造减速阶段的末速度公式：

其中，Dist为减速位移，α为计算常数，由此获取修正后的末速度。

其中，较佳方案是，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤215、构造减速度阶段的最大速度公式：

其中，E_chord为弓高误差，R为圆弧半径，由此获取修正后的最大速度。

其中，较佳方案是，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤11、获取激光从一刷新点到达下一刷新点所需时间，以此获取激光从一刷新点到达下一刷新点的位移量，并根据位移量判断激光在加速度或者减速度完成之前能否从一刷新点到达下一刷新点。

其中，较佳方案是，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤111、构造加速阶段的时间公式为：

t_a＝(v_max-v_start)R_a/a_max，

其中，R_a为计算常数，由此获取加速阶段的时间；

步骤112、构造加速阶段的位移公式：

由此周期性获取激光加速阶段的位移量。

其中，较佳方案是，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤113、构造减速阶段的时间公式为：

t_d＝(v_max-v_end)R_d/a_max，

其中，R_d为计算常数，由此获取减速阶段的时间；

步骤114、构造加速阶段的位移公式：

由此周期性获取激光减速阶段的位移量。

其中，较佳方案是，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤22、将速度曲线发送到伺服驱动器，所述伺服驱动器根据速度曲线进行伺服输出，激光随着速度曲线移动。

本发明还提供一种激光切割的速度调节系统，所述速度调节系统用于实现如上所述的速度调节方法，所述激光切割存在多个刷新点；所述速度调节系统包括处理器和连接处理器的伺服驱动器，所述处理器在每次激光到达一刷新点时，获取下一刷新点的位置以及刷新速度参数，并判断在到达下一刷新点之前能否完成加速度或者减速度；所述处理器构造至少二阶导连续的速度曲线，并将速度曲线发送到伺服驱动器，所述伺服驱动器控制激光随着速度曲线移动，直至激光的切割速度达到刷新速度参数。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种激光切割的速度调节方法以及系统，通过构造二阶导连续的速度曲线，该速度曲线保持平滑，激光切割能够在启停和加减速时保持一个较小的加速度水平，进行速度上的优化，从而保证激光切割速度的平稳性，保证激光在高速状态下运动轨迹也不会发生偏差。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明速度调节方法的流程框图；

图2是本发明构造至少二阶导连续的速度曲线的流程框图；

图3是本发明构造的速度曲线的示意图；

图4是本发明判断激光在到达下一刷新点之前能否完成加速度或者减速度的流程框图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1至图4所示，本发明提供一种激光切割的速度调节方法的优选实施例。

具体地，参考图1，一种激光切割的速度调节方法，所述激光切割存在多个刷新点，所述速度调节方法包括以下步骤：

步骤3、重复步骤1和步骤2，直至完成所述激光切割的工序。

其中，切割头在发射激光进行切割操作前，会在工件上形成一预切割轨迹，激光会随着轨迹对工件进行逐步切割，而在预切割轨迹上，存在多个刷新点；该刷新点均是需要激光启停或者加减速，即是需要克服摩擦力做功的位置；做激光切割操作前，先在第一个刷新点(起始点)获取根据速度和时间获取下一刷新点的位置，以及设定下一刷新点的刷新速度参数；由第一个刷新点和下一刷新点的位置，可以得知两个刷新点之间的位移量，激光走完位移量，即是到达下一刷新点，根据需要切割的位移量判断激光能否完成加速度或者减速度，再以此构造任意的至少二阶导连续的速度曲线，并且该速度曲线为平滑曲线，呈“S”型，如此一来，激光即可随着速度曲线做平稳运动，即运动的绝对平滑；随后，当激光的切割速度达到刷新速度参数时，即是走完位移量，到达了第二个刷新点，接着获取激光需要走的下一刷新点，并判断能否在到达下一刷新点前完成加速度或者减速度，再构造至少二阶导连续的速度曲线，或者沿用之前所构造的速度曲线，激光再随着速度曲线做平稳运动；如此循环，直至激光走完整个切割轨迹。在激光切割的过程中，对速度进行调整和优化处理，承载切割头的龙门架不会发生剧烈震动，切割轨迹也不会发生失真，加工精度高。

更具体地，参考图2，所述速度调节方法还包括以下步骤：

其中，判断激光在接下来的切割运动中是做加速度还是减速度，若是加速度，可直接构造加速速度曲线；若是减速度，判断激光在到达下一刷新点之前能否完成减速度过程，若能够完成减速度过程，先构造减速速度曲线，再根据减速位移修正末速度，以此获取修正后的减速速度曲线；若不能够完成减速度过程，此时激光需要做圆弧运动，考虑到圆弧的加工精度，先根据插补精度修正最大速度，再构造减速速度曲线，以此获取修正后的减速速度曲线。在切割运动过程中，对不同的轨迹进行速度上的调整和优化处理，而根据圆弧和减速距离的速度修正又能够保证在激光高速运动下的轨迹精度不会产生较大的变化，保证了激光切割速度的平稳性。

在此，描述构造速度曲线的过程：

步骤211、构造加速度公式：

或者，构造减速度公式：

步骤212、根据加速度公式，构造加速速度曲线：

其中，t_a为加速时间，v_max为加速过程中的最大速度，v_start为加速过程中的起始速度，以此获取加速速度v_a。

或者，根据减速度公式，构造减速速度曲线：

其中，t_d为减速时间，v_max为减速过程中的最大速度，v_end为减速过程中的结束速度，以此获取减速速度v_d。

图3示出了构造的速度曲线的示意图，X轴为时间，Y轴为速度，该速度曲线具有平滑性，呈“S”型，

在此，描述根据减速位移修正末速度的过程：

步骤213、构造减速阶段的时间公式：

t_d＝(v_max-v_end)R_d/a_max，

其中，v_max为减速过程中的最大速度，v_end为减速度过程中的结束速度，R_d为计算常数，a_max为减速度的最大值，由此获取减速时间t_d；

步骤214、构造减速阶段的末速度公式：

其中，Dist为减速位移，t_d为减速时间，v_max为减速过程中的最大速度，α为计算常数，由此获取修正后的末速度v_mod。

在此，描述根据插补精度修正最大速度的过程：

步骤215、构造减速度阶段的最大速度公式：

其中，E_chord为弓高误差，R为圆弧半径，由此获取修正后的最大速度v_adjust。结合上述，根据时间来计算速度可以让整个运动时间可控，达到高速加工的要求，另外，根据圆弧和减速距离的速度修正，又能够保证在高速运动下的轨迹精度不会产生较大的变化。

再具体地，参考图4，所述速度调节方法还包括以下步骤：

其中，激光继续进行切割操作前，先获取到达下一刷新点所需时间，根据时间计算得出两个刷新点之间的位移量，从而根据位移量判断激光在完成加速度或者减速度之前能否走完位移量，即是能否从已在刷新点到达下一刷新点。随后，若已能够完成加速度或者减速度，则无需修正，若不能够完成加速度或者减速度，则需要修正，以此保证激光的切割过程都是平稳运动。根据时间来计算位移量，可以让整个运动时间可控，达到高速加工的要求。

在此，描述构造加速过程中的位移公式的过程：

步骤111、构造加速阶段的时间公式为：

t_a＝(v_max-v_start)R_a/a_max，

其中，v_max为加速过程中的最大速度，v_start为加速过程中的起始速度，R_a为计算常数，a_max为加速度的最大值，由此获取加速阶段的时间t_a；

步骤112、构造加速阶段的位移公式：

其中，按照周期nT，f_a为加速度，t_a为加速时间，v_max为加速过程中的最大速度，v_start为加速过程中的起始速度，由此周期性获取激光加速阶段的位移量S_a。

在此，描述构造减速过程中的位移公式的过程：

步骤113、构造减速阶段的时间公式为：

t_d＝(v_max-v_end)R_d/a_max，

其中，v_max为减速过程中的最大速度，v_end为减速过程中的结束速度，R_d为计算常数，a_max为减速度的最大值，由此获取减速阶段的时间t_d；

步骤114、构造加速阶段的位移公式：

其中，按照周期nT，f_d为减速度，v_d为减速时间，v_max为减速过程中的最大速度，v_end为减速过程中的结束速度，由此周期性获取激光减速阶段的位移量S_d。

进一步地，所述速度调节方法还包括以下步骤：

本发明还提供一种激光切割的速度调节系统的较佳实施例。

具体地，一种激光切割的速度调节系统，所述速度调节系统用于实现如上所述的速度调节方法，所述激光切割存在多个刷新点，所述激光切割存在多个刷新点；所述速度调节系统包括处理器和连接处理器的伺服驱动器，所述处理器在每次激光到达一刷新点时，获取下一刷新点的位置以及刷新速度参数，并判断在到达下一刷新点之前能否完成加速度或者减速度；所述处理器构造至少二阶导连续的速度曲线，并将速度曲线发送到伺服驱动器，所述伺服驱动器控制激光随着速度曲线移动，直至激光的切割速度达到刷新速度参数。值得一提的是，当激光的切割速度达到刷新速度参数时，说明此时激光已经到达了对应的刷新点。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种激光切割的速度调节方法，其特征在于，所述激光切割存在多个刷新点，所述速度调节方法包括以下步骤：

步骤3、重复步骤1和步骤2，直至完成所述激光切割的工序。

2.根据权利要求1所述的速度调节方法，其特征在于，所述速度调节方法还包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的速度调节方法，其特征在于，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤211、构造加速度公式：

或者，构造减速度公式：

步骤212、根据加速度公式，构造加速速度曲线：

或者，根据减速度公式，构造减速速度曲线：

4.根据权利要求3所述的速度调节方法，其特征在于，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤213、构造减速阶段的时间公式：

t_d＝(v_max-v_end)R_d/a_max，

其中，R_d为计算常数，由此获取减速时间；

步骤214、构造减速阶段的末速度公式：

5.根据权利要求3所述的速度调节方法，其特征在于，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤215、构造减速度阶段的最大速度公式：

6.根据权利要求1至5任一所述的速度调节方法，其特征在于，所述速度调节方法还包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的速度调节方法，其特征在于，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤111、构造加速阶段的时间公式为：

t_a＝(v_max-v_start)R_a/a_max，

其中，R_a为计算常数，由此获取加速阶段的时间；

步骤112、构造加速阶段的位移公式：

由此周期性获取激光加速阶段的位移量。

8.根据权利要求6所述的速度调节方法，其特征在于，所述速度调节方法还包括以下步骤：

步骤113、构造减速阶段的时间公式为：

t_d＝(v_max-v_end)R_d/a_max，

其中，R_d为计算常数，由此获取减速阶段的时间；

步骤214、构造加速阶段的位移公式：

由此周期性获取激光减速阶段的位移量。

9.根据权利要求1所述的速度调节方法，其特征在于，所述速度调节方法还包括以下步骤：

10.一种激光切割的速度调节系统，其特征在于，所述速度调节系统用于实现如权利要求1至9任一所述的速度调节方法，所述激光切割存在多个刷新点，所述速度调节系统包括处理器和连接处理器的伺服驱动器，所述处理器在每次激光到达一刷新点时，获取下一刷新点的位置以及刷新速度参数，并判断在到达下一刷新点之前能否完成加速度或者减速度；所述处理器构造至少二阶导连续的速度曲线，并将速度曲线发送到伺服驱动器，所述伺服驱动器控制激光随着速度曲线移动，直至激光的切割速度达到刷新速度参数。