CN110560886B - 一种激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工方法及装置，方法包括对激光振镜的移动路径进行规划；激光振镜按照所述规划好的移动路径进行扫描加工；吹气装置跟随激光振镜进行协同移动。装置包括与激光源相对设置的激光振镜、设置在所述激光振镜下方的吹气装置，以及用于移动所述吹气装置的驱动装置。本发明通过优化的路径以及在该路径上分块加工的方式，解决了振镜的高速移动性与电机平台运动间的匹配问题，同时避免了振镜冗余的空程等待，将振镜空程等待的时间降至最低，这样在保证了加工效率的情况下，又能降低激光加工途中热效应对于加工效果的影响，也避免了吹气装置在移动中对于振镜光束的遮挡问题，提高了激光加工工件的品质。

Description

一种激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工方法及装置

技术领域

本发明属于激光加工领域，更具体地，涉及一种激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工方法及装置。

背景技术

激光加工是利用激光的能量集中度高、精度高、速度快、可控性好和不受材料局限性等优势，在金属等各种材料上实施切割、雕刻、焊接、打孔等加工手段，自20世纪70年代产生开始已经在工业生产中得到广泛应用，成为一种必不可少的加工手段。

在激光加工中，为了尽可能的降低激光的热效应对于工件形变的影响、避免加工中的碎屑对于加工质量的影响以获得更好的加工效果及质量，需要在加工过程中对于加工区域吹保护气，由于吹气装置大小和吹气范围有限，且在加工过程中要避免吹气装置对于激光光线的遮挡，就必须使吹气装置与振镜光束做跟随运动，由于振镜惯量小，且通过转动xy轴偏转镜改变加工光路，微小的摆动幅度就可使激光在加工端运动很长的距离，因此加工时运动速度与加速度都很快，一般最高可达10000mm/s；而吹气装置的惯量相对较大，它的运动由多轴移动平台驱动，其运动速度与加速度相对较慢，特别是振镜在大范围往返运动的情况下，仅仅通过更换更高速的多轴运动平台无法满足吹气装置对于振镜的跟随运动，需要牺牲振镜加工时的运动速度，还要附加大量振镜空程运动时的等待时间，大大降低了加工效率。在大幅面激光加工中，既不能过分降低振镜的速度而影响加工的效率，又要保证加工的质量，因而很难使高速的振镜与低速的驱动吹气装置的多轴平台间实现协同运动。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工方法及装置，旨在解决现有技术激光振镜进行大幅面加工与吹气装置协同运动时存在的吹气装置跟随困难，激光振镜空程运动等待吹气装置的时间长，加工效率低的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工方法，包括以下步骤：

S1、对激光振镜的移动路径进行规划；

S2、激光振镜按照规划好的移动路径进行扫描加工；

S3、吹气装置跟随激光振镜进行移动，使激光振镜扫描的加工区域与吹气装置的吹气区域实现协同运动。

进一步地，对激光振镜的移动路径进行规划包括：将激光振镜加工幅面的区域均分为若干个相同大小的子块区域，每个子块区域的面积约为吹气区域面积的一半，以方便给吹气装置跟随激光振镜光束运动时留有余量，避免挡光，同时尽量充分的利用吹气的区域。每个有加工内容的子块的中心作为移动路径的节点，节点的坐标为该节点所在子块在激光振镜加工幅面的位置，相邻子块的节点间距为一个单位长度，利用回溯法或者动态规划的方法求取通过所有节点的最短封闭路径，以该路径为基底，删去该路径中最长的一段相邻节点间距后产生目标节点路径，并以该间距的首尾两节点作为移动路径的起始节点和终止节点，目标节点路径作为激光振镜加工的区域优先级路径。激光振镜按照该路径依次加工每个节点对应的子块区域，直至激光振镜加工幅面完全加工完成，移至下一加工幅面时，将下一加工幅面同样分为上述的若干子块区域，重复之前的操作，直至工件全部加工完成。

进一步地，激光振镜按照所述规划好的移动路径进行扫描加工包括：激光振镜的加工过程包括激光振镜的扫描过程及激光振镜的移动过程，激光振镜的扫描过程是指激光振镜光束沿着实际扫描线对目标加工图样进行填充的加工过程，激光振镜的移动过程是指激光振镜由当前加工区域移至待加工区域的过程。激光振镜移动方向按照移动路径从起始节点依次移动到终止节点，扫描方向垂直于所述移动方向，对待加工图样进行填充。

进一步地，吹气装置跟随激光振镜进行移动包括：

吹气装置的起始位置设置为其吹气区域中心与目标节点路径的起始节点重合的位置，在加工过程中，始终保持其吹气区域中心在目标节点路径上运动，根据激光振镜加工的位置确定吹气装置的中心应该在目标节点路径上的位置，并通过双轴电机运动平台驱动吹气装置移动到这些位置，使吹气装置与激光振镜移动过程保证同步，当激光振镜空程从一个节点到下一个节点之前，应当先让激光振镜等待，待吹气装置先运动到下一节点位置处时，激光振镜再运动。

通过这种方法可以有效规划激光振镜的扫描路径，在激光振镜进行大幅面加工的同时，实现装有吹气装置的多轴移动平台跟随着激光光束移动路径协同运动，使得激光振镜的加工范围始终处于吹气范围之中，且吹气装置不会对激光光束进行遮挡，有效的降低了激光加工局部热效应，使得整个激光加工过程都处在高质量、高效率的状态中。

按照本发明的另一方面，提供了一种激光振镜扫描加工装置，包括：与激光源相对设置的激光振镜、设置在所述激光振镜下方的吹气装置，以及用于移动所述吹气装置的驱动装置。

进一步地，激光振镜按照规划好的移动路径进行扫描加工。其中，将激光振镜加工幅面区域分为多个相同的子块区域，每个含有加工内容的子块区域的中心作为移动路径的节点；以所述所有节点的最短封闭路径删去所述最短封闭路径中距离最长的一段相邻节点间距后得到目标节点路径，以所述最短封闭路径中距离最长的一段相邻节点间距的首尾节点作为起始节点和终止节点，从所述起始节点沿所述目标节点路径移动到所述终止节点得到激光振镜的加工子块顺序的优先级，确定激光振镜的移动路径，激光振镜沿着所述路径依次对于每个子块区域进行扫描加工。

进一步地，吹气装置跟随所述激光振镜进行移动，吹气区域中心以目标节点路径的起始节点为起始位置，按照所述目标节点路径进行移动。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，凭借合理的路径规划配合小范围的逐步加工，有效的避免了吹气装置对于振镜的大范围的高速跟随运动以及运动平台频繁的加减速及反向运动，大大降低了吹气装置对于振镜光束的跟随难度，在没有降低振镜加工速度的情况下，通过优化的路径以及在该路径上分块加工的方式，使得通过多轴移动平台控制的吹气装置能以更为均匀平稳的速度完成全路径的跟随运动，解决了振镜的高速移动性与电机平台运动间的匹配问题，同时优化的路径避免了振镜冗余的空程等待，将振镜空程等待的时间降至最低，这样在保证了加工效率的情况下，又能降低激光加工途中热效应对于加工效果的影响，也同时避免了吹气装置在移动中对于振镜光束的遮挡问题，提高了激光加工工件的品质。

附图说明

图1是本发明提供的激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工方法的流程示意图；

图2是本发明提供的加工幅面区域的划分示意图；

图3是本发明提供的目标节点路径示意图；

图4是本发明提供的激光振镜扫描的示意图；

图5是本发明提供的激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工方法，包括以下步骤：

S1、对激光振镜的移动路径进行规划；

S2、激光振镜按照规划好的移动路径进行扫描加工；

S3、吹气装置跟随激光振镜进行移动，使激光振镜扫描的加工区域与吹气装置的吹气区域实现协同运动。

具体地，S1包括将振镜加工幅面的区域均分为若干个子块区域，如图2所示，一个虚线方块即表示一个子块区域，每个子块区域的面积约为吹气区域面积的一半，以方便给吹气装置跟随振镜光束运动时留有余量，避免挡光，同时尽量充分的利用吹气的区域，每个有加工内容的子块的中心作为移动路径的节点，节点的坐标为该节点所在子块在振镜加工幅面的位置，相邻子块的节点间距为一个单位长度，利用回溯法或者动态规划的方法求取通过所有节点的最短封闭路径，以该路径为基底，删去该路径中最长的一段相邻节点间距后产生目标节点路径，如图3所示，并以该间距的首尾两节点作为目标节点路径的起始节点和终止节点，目标节点路径作为激光振镜加工的区域优先级路径。

具体地，S2包括振镜的扫描过程及振镜的移动过程，振镜的扫描过程指振镜光束沿着实际扫描线对目标图形进行填充的加工过程，振镜的移动过程指振镜由当前加工区域移至待加工区域的过程。

振镜加工的填充方式选择线性填充的扫描方式，对于每一个子块区域，振镜的扫描过程的方向垂直于该子块区域对应的节点到下一节点的运动方向。振镜移动过程的方向选择该子块区域对应的节点到下一节点的运动方向。

以图4所示为例，当前加工子块节点到下一节点的运动方向为从左至右，即采用从左至右逐列填充方式对当前子块进行加工，振镜移动过程为从左至右移动，振镜扫描过程为由上至下再由下至上往返逐列扫描。

具体地，S3包括加工开始前，移动吹气装置至其吹气区域中心与目标节点路径的起始节点重合的位置，作为吹气的起点，在加工途中，始终保持其吹气区域中心在目标节点路径上运动，根据振镜加工的位置确定吹气装置的中心应该在目标节点路径上的位置，使吹气装置与振镜运动过程保持同步，始终保证加工区域与吹气区域的重叠，且吹气的区域大于振镜加工的子块区域，当振镜空程从一个节点运动到下一个节点之前，应先让振镜等待，待吹气装置先运动到下一节点位置处时，振镜再进行运动。待振镜加工完所有子块区域，吹气装置运动至目标节点路径终点时，移动工件至下一加工幅面，重复之前的操作，直至工件所有待加工区域都已加工完成。

如图5所示，本发明提供的激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工装置包括：与激光源相对设置的激光振镜1、工件加工平台2、用于驱动工件加工平台2运动的双轴电机运动平台3，吹气装置4，用于驱动吹气装置4运动的双轴电机运动平台5，吹气装置4的位置架设于激光振镜1的打标头与工件加工平台2之间，吹气装置4中有一宽约5mm的吹气孔，加工时需要激光光束穿过吹气孔对其下工件进行激光加工，吹气装置对其下方区域进行吹气。

具体地，激光振镜1按照规划好的移动路径进行扫描加工。其中，激光振镜加工幅面区域均分为多个相同的子块区域，每个含有加工内容的子块区域的中心作为移动路径的节点；以所述所有节点的最短封闭路径删去所述最短封闭路径中距离最长的一段相邻节点间距后得到目标节点路径，以所述最短封闭路径中距离最长的一段相邻节点间距的首尾节点作为起始节点和终止节点，从所述起始节点沿所述目标节点路径移动到所述终止节点得到激光振镜1加工区域优先级路径，激光振镜沿着所述路径依次对于每个子块区域进行扫描加工。

具体地，吹气装置4跟随所述激光振镜进行移动，吹气区域中心以目标节点路径的起始节点为起始位置，按照所述目标节点路径进行移动。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.对激光振镜的移动路径进行规划：将激光振镜加工幅面区域分为多个相同的子块区域，每个含有加工内容的子块区域的中心作为移动路径的节点；以所有节点的最短封闭路径删去最短封闭路径中距离最长的一段相邻节点间距后得到目标节点路径，以最短封闭路径中距离最长的一段相邻节点间距的首尾节点作为起始节点和终止节点，从起始节点沿目标节点路径移动到终止节点得到激光振镜的移动路径；

S2.激光振镜按照规划好的移动路径进行扫描加工；

S3.吹气装置跟随激光振镜进行协同移动：子块区域的面积为吹气面积的一半，吹气装置的吹气区域中心以目标节点路径的起始节点为起始位置，按照目标节点路径进行移动，吹气装置的吹气区域中心始终在在目标节点路径上运动；根据振镜加工的位置确定吹气装置的中心应该在目标节点路径上的位置，使吹气装置与振镜运动过程保持同步，始终保证加工区域与吹气区域的重叠，且吹气的区域大于振镜加工的子块区域。

2.根据权利要求1所述 的激光加工方法，其特征在于，激光振镜按照规划好的移动路径进行扫描加工包括：

激光振镜按照移动路径从起始节点依次移动到终止节点，从当前节点移动到下一节点的过程中，以垂直于移动方向的扫描方向，对待加工图样进行填充。

3.一种激光振镜和吹气装置协同运动的激光加工装置，其特征在于，包括：

与激光源相对设置的激光振镜，对激光振镜的移动路径进行规划，激光振镜按照规划好的移动路径进行扫描加工：将激光振镜加工幅面区域分为多个相同的子块区域，每个含有加工内容的子块区域的中心作为移动路径的节点；以所有节点的最短封闭路径删去最短封闭路径中距离最长的一段相邻节点间距后得到目标节点路径，以最短封闭路径中距离最长的一段相邻节点间距的首尾节点作为起始节点和终止节点，从起始节点沿目标节点路径移动到终止节点得到激光振镜的移动路径；

设置在激光振镜下方的吹气装置，吹气装置跟随激光振镜进行协同移动：子块区域的面积为吹气面积的一半，吹气装置的吹气区域中心以目标节点路径的起始节点为起始位置，按照目标节点路径进行移动，吹气装置的吹气区域中心始终在在目标节点路径上运动；根据振镜加工的位置确定吹气装置的中心应该在目标节点路径上的位置，使吹气装置与振镜运动过程保持同步，始终保证加工区域与吹气区域的重叠，且吹气的区域大于振镜加工的子块区域；

用于移动吹气装置的驱动装置。

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