CN110405355A - 一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法，该方法考虑了子任务的关键性权值，以及子任务考虑激光重定位的时间消耗，实现了最优化的动态标刻次序，解决了因预置标刻次序的不合理导致标刻图案中含几个多笔画字就只能降低整线飞行速度的问题，以及不考虑子任务关键性权值的标刻次序导致的关键性标识符错漏，造成产品报废的问题，并且本发明充分考虑了光束定位装置作为一个惯性系统的特点，将光束定位装置和动态标刻次序相结合，大大降低了重定位损耗，提高了激光标刻质量和效率。

Description

一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法
技术领域
本发明涉及激光在线飞行标刻技术领域，尤其涉及一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法。
背景技术
激光标刻的原理是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射；激光在工件的表层汽化或发生颜色变化的化学反应；从而在工件的表层留下永久性标记。这项技术最大的局限性在于激光能够保持足够能量密度的加工区域相对较小。因此工业界普遍采取激光加工工位静止；工件依次通过工位的方式实现快速、大批量的激光标刻。其中效率最高的方案是工件通过工位时不停止；由激光标刻设备在标刻的同时进行运动补偿。这种方案被称为激光在线飞行标刻，简称在线标刻或飞行标刻。
在大多数飞行标刻应用中，工件经过工位的时间在30～300ms间，极端一些的会将时间控制在20ms甚至更短。而一个激光标刻任务通常由数段至数百段激光持续照射过程组成。由于加工时间很短；必须按照合理的标刻次序依次照射；不合理的标刻次序会由于部分工件已经移动出加工范围导致标刻内容错漏；而为了留下永久性标记所需的激光照射时间是相对固定的；激光照射时间大约占到整个加工过程的33％～75％；加工剩余时间则用来重新定位激光束；因此光束重定位方案的优劣是影响标刻质量和效率的关键。
现有的产品的激光标刻时，往往是将整个标刻任务分解成包含一段或数段激光持续照射过程的子任务。以飞行方向的法线作为基线来预设标刻次序；以每个子任务的坐标锚点或特定起始段端点作为光束重定位目标点。
但是现有技术中对产品表面进行激光标刻时，存有以下缺点：
1、现有的子任务分解方案是不考虑子任务时间消耗差异的：比如将24个字符分解成24个子任务，无视子任务笔画多寡。这在字母拼音语言或者英语语言中是合理的，但应用到以方块字为代表的语言(比如中文)中就会遇到很大的问题；毕竟汉字之间哪怕是简体字符集的笔画落差也有十倍以上。为了避免因为任务中含一两个多笔画字产生整体激光标刻时发生错漏现象,只能降低激光标刻的飞行速度,从而大幅损失加工效率。
2、现有的子任务分解方案是不带关键性权值的:一般标刻任务中包含普通字符标识符、二维码等关键标识符，现有的子任务方案未能考虑子任务标识符关键性差异，比如二维码打错一个点很可能就影响读码，而普通字符打错一个点可能不影响辨识；不考虑子任务关键性权值的标刻次序，会由于部分工件已经移动出加工范围而导致关键性标识符错漏，造成产品报废。
3、现有的光束重定位目标点选定方案无视了光束定位装置本身作为一个惯性系统在Mrad/s2级别的角加速度环境下产生大量的额外耗损；在字母拼音语言或者英语语言中；一个字母对应1～3次重定位；一个任务通常含有10～100次光束定位；因此这些额外耗损并不显著。但在以方块字为代表的语言(比如中文)中；单个方块字就可能含有5～10次重定位；而一个最简单QR码也包含400次以上的重定位；在整个标刻过程中，光束重定位时间甚至可以占到加工时间的一半以上；累计的额外损耗就会非常惊人；合理化光束重定位，是影响标刻质量和效率的关键；这也是当前中文和二维码飞行标刻产品普遍效率低下的根本原因。
为解决上述问题，本申请中提出一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法。
发明内容
(一)发明目的为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法，本发明提供的基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法解决了待激光标刻在工件表面的图案中因含几个多笔画字就只能降低整线飞行速度的技术问题，且实现较小的重定位损耗。
(二)技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法，该方法预设了三级子模块关键性权值，具体包括以下具体步骤：
S1、将图案分割成N个子模块；其中，每个子模块记为Mi，i＝1、2、....、N；
S2、设置子模块关键性权值,子模块Mi权值记为wi,wi＝1、2、3；
S3、每个子模块Mi所包含的子线段个数设为mi；每个子模块设置有ai种走线的方式，ai＝mi！2mi；标刻系统中完整的图案的走线方式为：
S4、从个走线方式中，以子模块权值wi从大到小的优先顺序随机创建X个合法的走线方式，在X个走线方式中标刻对象均处于激光加工的范围内；
S5、启动激光标刻装置，获取各子模块中子线段的激光束重定位时间表，按照获取的X个走线方式，考虑激光束重定位时间计算标刻对象飞行速度的最低值；
S6、若X个走线方式均满足激光标刻系统的停止条件，则使用X个走线方式中飞行速度的最优结果作为最终的走线方式；
S7、若X个走线方式中存在不满足激光标刻系统停止条件的走线方式，则以子模块权值wi从大到小的优先顺序重新生成一组T个新的合法走线方式，考虑激光束重定位时间计算T个走线方式中每一种走线方式下的最低飞行速度。
S8、在X+T个走线方式中，保留X个新的走线方式，并跳至步骤S6。
优选的，其特征在于，加工工件在移动时为匀速运动。
优选的，进行图案激光标刻的加工头在标刻时为匀速运动。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：在使用激光标刻时，将整个标刻任务分解成包含一段或数段激光持续照射过程的子任务，考虑了子任务的关键性权值，以及子任务考虑激光重定位的时间消耗，实现了最优化的动态标刻次序，解决了因预置标刻次序的不合理导致标刻图案中含几个多笔画字就只能降低整线飞行速度的问题，以及不考虑子任务关键性权值的标刻次序导致的关键性标识符错漏，造成产品报废的问题，并且本发明充分考虑了光束定位装置作为一个惯性系统的特点，将光束定位装置和动态标刻次序相结合，大大降低了重定位损耗，提高了激光标刻质量和效率。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1为本发明提出的一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法的流程图。
如图1所示，本发明提出的一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法，该方法预设了三级子模块关键性权值，具体包括以下具体步骤：
S1、将图案分割成N个子模块；其中，每个子模块记为Mi，i＝1、2、....、N；
S2、设置子模块关键性权值,子模块Mi权值记为wi,wi＝1、2、3；
S3、每个子模块Mi所包含的子线段个数设为mi；每个子模块设置有ai种走线的方式，ai＝mi！2mi；标刻系统中完整的图案的走线方式为：
S4、从个走线方式中，以子模块权值wi从大到小的优先顺序随机创建X个合法的走线方式，在X个走线方式中标刻对象均处于激光加工的范围内；
S5、启动激光标刻装置，获取各子模块中子线段的激光束重定位时间表，按照获取的X个走线方式，考虑激光束重定位时间计算标刻对象飞行速度的最低值；
S6、若X个走线方式均满足激光标刻系统的停止条件，则使用X个走线方式中飞行速度的最优结果作为最终的走线方式；
S7、若X个走线方式中存在不满足激光标刻系统停止条件的走线方式，则以子模块权值wi从大到小的优先顺序重新生成一组T个新的合法走线方式，考虑激光束重定位时间计算T个走线方式中每一种走线方式下的最低飞行速度。
S8、在X+T个走线方式中，保留X个新的走线方式，并跳至步骤S6。
在一个可选的实施例中，加工工件在移动时为匀速运动。
在一个可选的实施例中，进行图案激光标刻的加工头在标刻时为匀速运动。
本发明中，在使用激光标刻时，将整个标刻任务分解成包含一段或数段激光持续照射过程的子任务，考虑了子任务的关键性权值，以及子任务考虑激光重定位的时间消耗，实现了最优化的动态标刻次序，解决了因预置标刻次序的不合理导致标刻图案中含几个多笔画字就只能降低整线飞行速度的问题，以及不考虑子任务关键性权值的标刻次序导致的关键性标识符错漏，造成产品报废的问题，并且本发明充分考虑了光束定位装置作为一个惯性系统的特点，将光束定位装置和动态标刻次序相结合，大大降低了重定位损耗，提高了激光标刻质量和效率。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (3)

1.一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法，其特征在于，该方法预设了三级子模块关键性权值，具体包括以下具体步骤：
S1、将图案分割成N个子模块；其中，每个子模块记为Mi，i＝1、2、...、N；
S2、设置子模块关键性权值,子模块Mi权值记为wi,wi＝1、2、3；
S3、每个子模块Mi所包含的子线段个数设为mi；每个子模块设置有ai种走线的方式，ai＝mi！2mi；标刻系统中完整的图案的走线方式为：
S4、从个走线方式中，以子模块权值wi从大到小的优先顺序随机创建X个合法的走线方式，在X个走线方式中标刻对象均处于激光加工的范围内；
S5、启动激光标刻装置，获取各子模块中子线段的激光束重定位时间表，按照获取的X个走线方式，考虑激光束重定位时间计算标刻对象飞行速度的最低值；
S6、若X个走线方式均满足激光标刻系统的停止条件，则使用X个走线方式中飞行速度的最优结果作为最终的走线方式；
S7、若X个走线方式中存在不满足激光标刻系统停止条件的走线方式，则以子模块权值wi从大到小的优先顺序重新生成一组T个新的合法走线方式，考虑激光束重定位时间计算T个走线方式中每一种走线方式下的最低飞行速度；
S8、在X+T个走线方式中，保留X个新的走线方式，并跳至步骤S6。
2.根据权利要求1所述的一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法，其特征在于，加工工件在移动时为匀速运动。
3.根据权利要求1所述的一种基于最短光束重定位时间的最优化标刻次序规划方法，其特征在于，进行图案激光标刻的加工头在标刻时为匀速运动。
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