CN110765609A - 一种高能束切割路径的偏移量补偿方法及高能束切割装置 - Google Patents
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Abstract
一种高能束切割路径的偏移量补偿方法，包括步骤：建立表征切缝宽度的物理数学模型；根据经验切缝宽度对初始化的切割路径进行整体均匀偏移，生成偏移后的切割路径；对偏移后的切割路径进行插补，将偏移后的切割路径插补形成若干段插补路径线段；确定各个插补路径线段所对应的切割速度；根据各个插补路径线段的切割速度及物理数学模型确定各个插补路径线段的切缝宽度；根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行补偿。由于在切割路径上各插补线段采用优化的切割速度及物理数学模型计算各插补线段对应的切缝宽度，对切割路径的轨迹误差进行自动偏移补偿，通过切割线段的补全或去除来完善切割方向变化的切割路径，以实现更精密的切割。
Description
技术领域
本发明涉及高能束加工技术领域，具体涉及一种高能束切割路径的偏移量补偿方法及高能束切割装置。
背景技术
高能束切割指高压水切割、激光切割、等离子弧切割、火焰切割等切割方式。这些切割方式的共同特点是：切割介质为高密度的能量流束，能量流束在与工件接触的过程中消耗能量，造成切割能力沿着工件厚度方向衰减，流束的流型也发生弯曲，在切割表面形成沿着工件厚度方向弯曲的条纹，在转角和小圆弧处出现“裙摆”状的形状误差，沿着切缝宽度从上至下发生变化造成切缝有锥度。
但是对于高能束切割工艺(高压水切割、激光切割、等离子弧切割、火焰切割等)，由于存在上述的表面条纹、流型弯曲导致的“裙摆”状误差、及切缝锥度等缺陷，采用传统数控系统无法控制和补偿这些误差和缺陷。
在申请号为201210378227.0，发明专利名称为“以射出点为控制目标的高能束加工方法”披露的高能束切割的控制方法中，通过对切割路径各处的切割速度进行优化以控制切割表面的波纹以及切缝锥度和在转角和小圆弧处的“裙摆”状形状误差，并通过切割头的侧向摆动补偿切缝锥度以及通过切割头纵向摆动补偿射流后拖所造成的形状误差，经过这样的处理，切割出来的工件基本能解决上下轮廓不一致的问题。
但是上述方法中，由于在转角和小圆弧的局部加工速度明显小于在直线和大直径圆弧线段的速度，造成在转角和小圆弧的局部切缝宽度也大于在直线和大直径圆弧线段的切缝宽度，在切割厚度大的工件时这个差别更加明显。
发明内容
本申请提供一种高能束切割路径的偏移量补偿方法及高能束切割装置，其中，该补偿方法采取对切缝宽度因切割速度变化而造成的误差进行补偿的措施，以解决现有高能束切割存在的在速度变化的路径局部出现切缝宽度变化导致工件精度变差的缺陷。
根据第一方面，一种实施例中提供一种高能束切割路径的偏移量补偿方法，包括步骤：
建立表征切缝宽度的物理数学模型，所述物理数学模型的自变量为切割速度，因变量为切缝宽度，所述切割速度物理数学模型还包含若干常量，所述常量与工件材质和厚度以及工艺参数相关；
根据经验切缝宽度对初始化的切割路径进行偏移，生成偏移后的切割路径；
对偏移后的切割路径进行插补，将偏移后的切割路径形成若干段插补路径线段，包含切割路径方向连续变化的插补路径线段及切割路径方向突然变化的若干相邻和不相邻的插补路径线段；
确定各个插补路径线段所对应的切割速度；
根据各个插补路径线段的切割速度及所述物理数学模型确定各个插补路径线段的切缝宽度；
根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行偏移量的补偿。
一种实施例中，所述确定各个插补路径线段所对应的切割速度，具体为：根据插补路径线段与切割速度之间的映射关系表查找与插补路径线段对应的切割速度，其中，所述插补路径线段与切割速度之间的映射关系表为预先存储的数据库表格。
一种实施例中，所述确定各个插补路径线段所对应的切割速度，具体为：根据插补路径线段所处的路径局部形状选择相对应的切割速度物理数学模型，所述切割速度物理数学模型的自变量是路径方向变化率，因变量是切割速度，所述切割速度物理数学模型还包含若干常量，所述常量与工件材质和厚度以及工艺参数相关，基于路径局部形状对应的切割速度物理数学模型获得所述插补路径线段对应的切割速度。
一种实施例中，所述根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行补偿，其中，切割路径方向连续变化的插补路径线段或切割路径方向突然变化的若干相邻和不相邻插补路径线段的补偿方式是：判断插补路径线段的切缝宽度是否大于经验切缝宽度，若大于，将插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的插补路径线段，若小于，将插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的插补路径线段。
一种实施例中，所述切割路径方向突然变化的若干相邻插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的插补路径线段，具体为：
计算插补路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量；
判断整体均匀偏移后的相邻两个路径线段形成内角还是外角；
若是内角，将各个插补路径线段沿原偏移方向偏移所述偏移量，并把调整偏移量后在路径内角所产生交叉路径的多余部分去除，以获得补偿后的插补路径线段；
若是外角，将各个插补路径线段沿原偏移方向偏移所述偏移量，并把调整偏移量后在路径外角所产生交叉路径的缺失部分补全，以获得补偿后的插补路径线段。
一种实施例中，所述切割路径方向突然变化的若干相邻插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的插补路径线段，具体为：
计算插补路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量；
判断整体均匀偏移后的相邻两个路径线段形成内角还是外角；
若是内角，将各个插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移所述偏移量，并把调整偏移量后在路径外角所产生交叉路径的缺失部分补全，以获得补偿后的插补路径线段；
若是外角，将各个插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移所述偏移量，并把调整偏移量后在路径内角所产生交叉路径的多余部分去除，以获得补偿后的插补路径线段。
一种实施例中，根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行偏移量补偿的过程中还包括对切入后路径和/或切出前路径补偿的步骤。
一种实施例中，所述切入后/切出前路径的路径线段为插补路径线段，所述对切入后/切出前路径补偿具体为：判断切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段的切缝宽度是否大于经验切缝宽度，若大于，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段，若小于，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段。
一种实施例中，所述将切入后最补的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段，具体为：
计算切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量；
并基于插补路径线段的切缝宽度大于经验切缝宽度的情况，判断切入/切出方向与切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段之间的夹角是钝角还是锐角；
若是钝角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径补全缺失部分和去除多余部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段；
若是锐角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径去除多余部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段。
一种实施例中，所述将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段，具体为：
计算切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量；
并基于插补路径线段的切缝宽度小于经验切缝宽度的情况，判断切入/切出方向与切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段之间的夹角是钝角还是锐角；
若是钝角，将切入后最后的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径去除多余部分和补全缺失部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段；
若是锐角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径去除多余部分和补全缺失部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段。
根据第二方面，一种实施例中提供一种高能束切割装置，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为：
建立表征切缝宽度的物理数学模型，所述物理数学模型的自变量为切割速度，因变量为切缝宽度，所述切割速度物理数学模型还包含若干常量，所述常量与工件材质和厚度以及工艺参数相关；
根据经验切缝宽度对初始化的切割路径进行偏移，生成偏移后的切割路径；
对偏移后的切割路径进行插补，将偏移后的切割路径形成若干段插补路径线段，包含切割路径方向连续变化的插补路径线段及切割路径方向突然变化的相邻和不相邻的插补路径线段；
确定各个插补路径线段所对应的切割速度；
根据各个插补路径线段的切割速度及所述物理数学模型确定各个插补路径线段的切缝宽度；
根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行偏移量的补偿。
依据上述实施例的补偿方法，由于在切割路径上各插补路径线段采用优化的切割速度，采用切缝宽度的物理数学模型计算切割路径各插补路径线段对应的切缝宽度，对切割路径的轨迹误差进行自动偏移补偿，且在切割路径方向突然变化的相邻插补路径线段，通过路径线段的补全或去除来完善转角处的切割路径，以实现更精密的切割。
附图说明
图1为现有高能束切割补偿结果示意图；
图2为采用本申请偏移量补偿方法补偿结果示意图；
图3为补偿方法流程示意图；
图4为内角、外角定义示意图；
图5为内角处偏移路径补偿示意图；
图6为外角处偏移路径补偿示意图；
图7为内角处偏移路径的移动方向相反的补偿示意图；
图8为钝角切入偏移路径补偿示意图；
图9为钝角切出偏移路径补偿示意图；
图10为锐角切入偏移路径补偿示意图；
图11为锐角切出偏移路径补偿示意图；
图12为圆弧偏移路径补偿示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
对于高能束切割工艺(高压水切割、激光切割、等离子弧切割、火焰切割等)，由于存在表面条纹、流型弯曲导致的“裙摆”状误差、及切缝锥度等缺陷，采用传统数控系统无法控制和补偿这些误差和缺陷。在申请号为201210378227.0，发明专利名称为“以射出点为控制目标的高能束加工方法”披露的高能束切割的控制方法中，加工路径上的每一根线段(直线或圆弧)被切分为大致等于电机步长的细微线段，并根据与高能束加工工艺相匹配的物理数学模型所预测的误差大小，设置让上述误差最小化的加工速度，并根据该局部加工速度预测流型弯曲度和切缝锥度以及补偿形状误差所需要的刀头偏摆角度。经过这样的处理，切割出来的工件基本能解决上下轮廓不一致的问题。
但是上述方法中，由于在转角和小圆弧的局部加工速度明显小于在直线和大直径圆弧线段的速度，造成在转角和小圆弧的局部切缝宽度也大于在直线和大直径圆弧线段的切缝宽度，在切割厚度大的工件时这个差别更加明显。如图1所示为水刀切割的50毫米厚的钢质工件在切入切出线转角处切缝宽度变化的情况。图1中间为切入切出线与切割路径的交点，水射流通过切入线垂直进入交点处时左转90°以正常的直线切割速度往右边方向切割，再从左边回到切入切出点，进入交点处时左转90°沿近似垂直的切出线切出，为了减少在转角时射流后拖带来的“裙摆”状误差，在进入交点处之前切割速度开始缓慢降低，图1中可以明显看到切缝随着速度下降逐步变宽的情况，与右边正常的直线切割速度的切缝宽度相比较就更加明显了，误差达到0.17毫米。这样的效果离精密切割的精度要求是有差距的。
基于此，本发明提供一种高能束切割路径的偏移量补偿方法，具体采用对切缝宽度因切割速度变化而造成的误差进行补偿的措施，如图2所示，采用本发明的偏移量补偿方法补偿后，误差基本消除，从而提高工件尺寸精度。
本发明提供的偏移量补偿方法流程图如图3所示，具体包括以下步骤。
S1：建立表征切缝宽度的物理数学模型。
本步骤中，物理数学模型的自变量是切割速度，因变量是切缝宽度，工件的材料性能和厚度以及其他工艺参数(比如水切割中的水压、喷嘴直径、磨料流量等)为物理数学模型的相关常量。
比如，表征切缝宽度的物理数学模型可以是如下的数学表达式：
W＝F1*Ua+F2*Ub+F3 (1)；
公式(1)中的W代表切缝宽度，U代表切割速度，F1、F2、F3、a、b代表与材料性能和厚度以及其他工艺参数(比如水切割中的水压、喷嘴直径、磨料流量等)相关的常量。
S2：根据经验切缝宽度对初始化的切割路径进行整体均匀偏移，生成偏移后的切割路径。
本步骤中，初始化的切割路径为根据切割图案排列好的切割路径，比如，切割图案为正方形，则根据正方形的四条边排列初始化的切割路径，然后，根据经验切缝宽度(比如采用水切割喷嘴的直径作为经验切缝宽度)对初始化的切割路径进行偏移，以生成偏移后的切割路径。
S3：对偏移后的切割路径进行插补，将偏移后的切割路径形成若干段插补路径线段。
切割路径方向可能会连续变化(比如切割轮廓为圆弧)，切割路径方向也可以会突然发生变化(比如，转角)，因此，插补路径线段包括切割路径方向连续变化的插补路径线段及切割路径方向突然变化的若干相邻和不相邻的插补路径线段。
这里提供三种插补方式，可根据需要选择任一种插补方式对偏移后的切割路径进行插补。
一种方式是整个切割路径采用精插补方式，即插补路径线段的长度越短越好，但不能小于电机步长度，插补路径线段的长度越短，切割精度越高，优选为采用电机步长作为插补路径线段的长度。
另一种方式是整个切割路径采用粗插补，即插补路径线段的长度不必很短，而由下位机对各插补路径线段做精插补。
还有另外一种方式是根据切割路径方向变化情况进行局部精插补或粗插补，即插补路径线段的长度不必很短，而由下位机仅对切割路径方向连续变化的切割路径和切割路径方向突然变化的若干相邻切割路径进行精插补或粗插补，而对与切割路径方向突然变化不相邻的切割路径不再分割而保留较长的线段。
上述的插补路径线段指的是对偏移后的切割路径进行插补后获得的各个路径线段。
S4：确定各个插补路径线段所对应的切割速度。
这里提供两种获取切割速度的方式，一种方式是：根据插补路径线段与切割速度之间的映射关系表查找与插补路径线段对应的切割速度，其中，插补路径线段与切割速度之间的映射关系表为预先存储的数据库表格。
另一种方式是：根据插补路径线段选择相对应的切割速度物理数学模型，切割速度物理数学模型的自变量是路径方向变化率，因变量是切割速度，切割速度物理数学模型还包含若干常量，所述常量与工件材质和厚度以及工艺参数相关，根据插补路径线段所处的路径局部形状(比如是直线段、圆弧段、还是转角处)选择相对的切割速度物理数学模型，并基于插补路径线段对应的切割速度物理数学模型获得插补路径线段对应的切割速度。如果是圆弧段，切割速度物理数学模型的常量还与圆弧半径相关。如果是转角处，切割速度物理数学模型的常量还与转角的角度相关。
S5：根据各个插补路径线段的切割速度及物理数学模型确定各个插补路径线段的切缝宽度。
基于步骤S1的表征切缝宽度的物理数学模型和步骤S4中获得的各个插补路径线段的切割速度，只需将各个插补路径线段的切割速度代入步骤S1的公式(1)中，即可获得各个插补路径线段的切缝宽度，该切缝宽度是因切割速度变化而变化。
S6：根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行偏移量的补偿。
其中，切割路径方向连续变化的插补路径线段或切割路径方向突然变化的若干相邻和不相邻插补路径线段的补偿方式是：判断插补路径线段的切缝宽度是否大于经验切缝宽度，若大于，将插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的插补路径线段，若小于，将插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的插补路径线段。
如，由步骤S5获得各个插补路径线段的切缝宽度，在步骤S6中，根据每个插补路径线段应有的切缝宽度对偏移后的插补路径线段进行补偿，使得补偿后的插补路径线段的偏移距离等于每个插补路径线段应有的切缝宽度的一半。
通过上述补偿方法，在切割路径上各点采用优化的切割速度，采用切缝宽度的物理数学模型计算切割路径各点对应的切缝宽度，对切割路径的轨迹误差进行自动偏移补偿，且在与切割路径方向突然变化相邻的插补路径线段，通过路径线段的补全或去除来完善转角处的切割路径，以实现更精密的切割。
一般情况下，若切割路径为直线或圆弧切割，或与切割路径方向突然变化不相邻的插补路径线段，则这类的插补路径线段通过偏移补偿即可，不需要路径线段的去除和补全，下面介绍在与切割路径方向突然变化相邻的插补路径线段的补偿方式。这种补偿方式，是在偏移补偿的基础上，再通过路径线段的补全或去除来完善转角处的切割路径的补偿。
其中，与切割路径方向突然变化的若干相邻插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的插补路径线段的具体实现方式是：
步骤100：计算路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量。
其中，切缝宽度的偏移量的计算公式是：dkw＝0.5*w-hkw，其中，dkw为偏移量，w为基于切割速度通过公式(1)计算的路径线段的切缝宽度，hkw为经验切缝宽度的一半。
基于偏移量计算需要补全的缺失部分或需去除的多余部分，计算公式为：d＝dkw/tanθ，其中，d为需要补全的缺失部分或需去除的多余部分，θ为偏移后的路径线段与偏移前的路径线段交点连线的延长线与偏移后的路径线段之间的夹角。
因针对的是相邻两个插补路径线段不相切的情况，所以需要分别计算两个插补路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量，及相应的两个插补路径线段的补偿路径。
以插补路径线段1和插补路径线段2相邻且不相切为例进行说明：
针对插补路径线段1(单个或若干个插补线段的组合)，根据上述的计算构思，则插补路径线段1的切缝宽度的偏移量的计算公式是：dkw0＝0.5*w0-hkw，dkw0为路径线段1的切缝宽度的偏移量，w0为基于插补路径线段1的切割速度通过公式(1)计算的插补路径线段1的切缝宽度；
插补路径线段1的需要补全的缺失部分或需去除的多余部分的计算公式是：d0＝dkw0/tanA0，其中，d0为插补路径线段1的需要补全的缺失部分或需去除的多余部分，A0为偏移后的插补路径线段与偏移前的插补路径线段交点连线的延长线与偏移后的插补路径线段1之间的夹角。
同样的，对于插补路径线段2(单个或若干个插补线段的组合)，插补路径线段2的切缝宽度的偏移量的计算公式是：dkw1＝0.5*w1-hkw，dkw1为插补路径线段2的切缝宽度的偏移量，w1为基于插补路径线段2的切割速度通过公式(1)计算的插补路径线段2的切缝宽度；
插补路径线段2的需要补全的缺失部分或需去除的多余部分的计算公式是：d1＝dkw1/tanA1，其中，d1为插补路径线段2的需要补全的缺失部分或需去除的多余部分，A1为偏移后的插补路径线段与偏移前的插补路径线段交点连线的延长线与偏移后的插补路径线段2之间的夹角。
步骤101：判断整体均匀偏移后的相邻两个路径线段形成内角还是外角。
其中，本发明中所述的内、外角定义如下：
如图4所示，线段AO及OB交于O点，组成角∠AOB，切割时，为补偿刀具半径，需要找到线段的偏移路径。图5中线段AO的偏移线段可为CP或EQ，线段OB的偏移线段可为PD或QF，因此，偏移线段组成的角可为角∠CPD或∠EQF，交点分别为P点及Q点。若偏移线段在交点端的延长线可与原线段相交，则该偏移线段组成的角称为内角；若不能相交，则为外角。
需要说明的是，步骤101是采用插补前的路径线段来判断内外角，在其他实施例中，步骤101也可以采用插补路径线段来判断内外角，但是，因为插补线段很短，所以，采用插补之前的路径线段更容易判断内外角。
步骤102：若是内角，将各个插补路径线段沿原偏移方向偏移该偏移量，并把调整偏移量后在路径内角所产生交叉路径的多余部分去除，以获得补偿后的插补路径线段。
如图5所示，偏移后的路径即为补偿后的插补路径线段，也即，在内角的转角处，将各个插补路径线段沿原偏移方向偏移dkw0和dkw1的偏移量，并把调整偏移量后在路径内角所产生交叉路径的多余部分d0和d1去除，以获得补偿后的连续的无分叉的插补路径线段；其中，去除多余部分包括把若干插补路径线段删掉和缩短若干插补路径线段两种方式。
由于偏移后的插补路径上每一点的切割速度可能都不一样，补偿量也就因此不一样，所以，补偿后的插补路径与偏移后的路径并不是平移的关系。
步骤103：若是外角，将各个插补路径线段沿原偏移方向偏移该偏移量，并把调整偏移量后在路径外角所产生交叉路径的缺失部分补全，以获得补偿后的插补路径线段。
如图6所示，偏移后的路径即为补偿后的插补路径线段，也即，在外角的转角处，将各个插补路径线段沿原偏移方向偏移dkw0和dkw1的偏移量，并把调整偏移量后在路径外角所产生交叉路径的缺失部分d0和d1补全，以获得补偿后的连续的无间断的插补路径线段；其中，补全缺失部分包括增加若干插补路径线段和延长若干插补路径么线段两种方式。
由于偏移后的路径上每一点的切割速度可能都不一样，补偿量也就因此不一样，所以，补偿后的插补路径与偏移后的路径并不是平移的关系。
切割路径方向突然变化的若干相邻插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的插补路径线段的具体实现方式是：
步骤200：计算路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量。
该步骤200请参考上述的步骤100，此处不作赘述。
步骤201：判断整体均匀偏移后的相邻两个插补路径线段形成内角还是外角。
步骤202：若是内角，将各个插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移该偏移量，并把调整偏移量后在路径外角所产生交叉路径的缺失部分补全，以获得补偿后的插补路径线段。
如图7所示，偏移后的路径即为补偿后的插补路径线段，也即，在内角的转角处，将各个插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移dkw0和dkw1偏移量，并把调整偏移量后在路径外角所产生交叉路径的缺失部分d0和d1补全，以获得补偿后的插补路径线段；由于偏移后的路径上每一点的切割速度可能都不一样，补偿量也就因此不一样，所以，补偿后的插补路径与偏移后的路径并不是平移的关系。
步骤203：若是外角，将插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移该偏移量，并把调整偏移量后在路径内角所产生交叉路径的多余部分去除，以获得补偿后的插补路径线段。
上面给出了转角切割路径补偿的具体实现方式，在本例中，根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行补偿的过程中还包括对切入路径和/或切出路径补偿的步骤。需要说明的是，切入点之前的线段简称切入线，以及切出点之后的线段简称切出线，如果切入线、切出线与相邻的工件切割轮廓的路径线段不形成相切或近似于相切关系，则该切入线、切出线不参与构成工件的轮廓，所以，该切入线、切出线通常不需要偏移，因此，仅需要对切入后的路径线段和切出前的路径线段进行补偿，下面对切入后/切出前路径补偿的实现方式进行具体说明。
本例中，切入后/切出前路径的路径线段为插补路径线段，具体补偿方式是：判断切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段的切缝宽度是否大于经验切缝宽度，若大于，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段，若小于，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段。
其中，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段，具体为：
步骤300：计算切入后最初的插补路径线段/切出前最后的路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量。
本步骤中偏移量的计算请参考步骤100，基于三角函数关系可计算得到切向补偿路径。
步骤301：并基于插补路径线段的切缝宽度大于经验切缝宽度的情况，判断切入/切出方向与切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段之间的夹角是钝角还是锐角。
步骤302：若是钝角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移该偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径补全缺失部分和去除多余部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段。
其中，钝角切入的处理方式如图8所示，钝角切出的处理方式如图9所示。图8和图9中标号d1和L表征需要补全的缺失部分和去除的多余部分，标号dkw1表征切缝偏移量为切向补偿路径。
步骤303：若是锐角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径去除多余部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段。
其中，锐角切入的处理方式如图10所示，锐角切出的处理方式如图11所示。图10和图11中标号d1和L表征需要去除的多余部分，标号dkw1表征切缝偏移量。
将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段，具体为：
步骤400：计算切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量。
步骤401：并基于插补路径线段的切缝宽度小于经验切缝宽度的情况，判断切入/切出方向与切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段之间的夹角是钝角还是锐角。
步骤402：若是钝角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径去除多余部分和补全缺失部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段。
步骤403：若是锐角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径去除多余部分和补全缺失部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段。
下面对切割路径为圆弧切割的偏移补偿方式进行具体说明。
如图12所示，由于补偿后圆弧半径与偏移后的路径半径不一样(图12显示半径变大的情况)，补偿后的路径不能从把偏移后的路径平移而获得。图12显示的偏移后的路径已经被切分成很短的线段(比如一个电机步的长度)，图12右边的放大图形显示：原来由10个电机步构成的偏移后的路径，在补偿偏移之后变成由13个电机步所构成。而且，由于每个小线段的速度都有可能不同，补偿所需的偏移距离dKW0、dKW1、dKW2可能是不一样的，造成补偿后的路径已经不是一个圆弧的形状，补偿后的路径不能用一个变长或缩短的圆弧来表达。本案例所采用的方法是：针对偏移后路径的某一点，把该点的坐标在该点圆弧径向方向加上补偿所需的偏移距离，获得补偿后路径的理论位置，然后根据当前补偿后路径的理论位置与上一个补偿后路径的实际位置之差，计算需要多少个XY方向的电机步来获得当前补偿后路径的理论位置的最小误差位置，该最小误差位置成为当前补偿后路径的实际位置。比如，偏移后路径的第3个电机步对应的补偿后路径的实际位置是补偿后路径上第3个电机步的位置，但是偏移后路径的第4个电机步对应的补偿后路径的实际位置是补偿后路径上第5个电机步的位置。
基于上述的补偿方法，本案例还提供一种高能束切割装置，该切割装置包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为：
建立表征切缝宽度的物理数学模型，所述物理数学模型的自变量是切割速度，因变量是切缝宽度，切割速度物理数学模型还包含若干常量，所述常量与工件材质和厚度以及工艺参数相关；
根据经验切缝宽度对初始化的切割路径进行偏移，生成偏移后的切割路径；
对偏移后的切割路径进行插补，将偏移后的切割路径形成若干段插补路径线段，包含切割路径方向连续变化的插补路径线段及切割路径方向突然变化的相邻和不相邻的插补路径线段；
确定各个插补路径线段所对应的切割速度；
根据各个插补路径线段的切割速度及所述物理数学模型确定各个插补路径线段的切缝宽度；
根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行偏移量的补偿。
关于处理器的具体执行过程请参考上述的各个步骤，此处不作赘述。
本发明采用基于切割速度变化的切缝宽度对切割路径的轨迹误差进行自动偏移补偿，且在切割路径方向突然变化的相邻插补路径线段，通过插补路径线段的补全或去除来完善转角处的切割路径，以实现更精密的切割。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (11)
1.一种高能束切割路径的偏移量补偿方法，其特征在于，包括步骤：
建立表征切缝宽度的物理数学模型，所述物理数学模型的自变量为切割速度，因变量为切缝宽度，所述切割速度物理数学模型还包含若干常量，所述常量与工件材质和厚度以及工艺参数相关；
根据经验切缝宽度对初始化的切割路径进行整体均匀偏移，生成偏移后的切割路径；
对偏移后的切割路径进行插补，将偏移后的切割路径形成若干段插补路径线段，包含切割路径方向连续变化的插补路径线段及切割路径方向突然变化的若干相邻和不相邻的插补路径线段；
确定各个插补路径线段所对应的切割速度；
根据各个插补路径线段的切割速度及所述物理数学模型确定各个插补路径线段的切缝宽度；
根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行偏移量的补偿。
2.如权利要求1所述的偏移量补偿方法，其特征在于，所述确定各个插补路径线段所对应的切割速度，具体为：根据插补路径线段与切割速度之间的映射关系表查找与插补路径线段对应的切割速度，其中，所述插补路径线段与切割速度之间的映射关系表为预先存储的数据库表格。
3.如权利要求1所述的偏移量补偿方法，其特征在于，所述确定各个插补路径线段所对应的切割速度，具体为：根据插补路径线段所处的路径局部形状选择相对应的切割速度物理数学模型，所述切割速度物理数学模型的自变量是路径方向变化率，因变量是切割速度，所述切割速度物理数学模型还包含若干常量，所述常量与工件材质和厚度以及工艺参数相关，基于路径局部形状对应的切割速度物理数学模型获得所述插补路径线段对应的切割速度。
4.如权利要求1所述的偏移量补偿方法，其特征在于，所述根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行偏移量的补偿，其中，切割路径方向连续变化的插补路径线段或切割路径方向突然变化的若干相邻和不相邻插补路径线段的补偿方式是：判断插补路径线段的切缝宽度是否大于经验切缝宽度，若大于，将插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的插补路径线段，若小于，将插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的插补路径线段。
5.如权利要求4所述的偏移量补偿方法，其特征在于，所述切割路径方向突然变化的若干相邻插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的插补路径线段，具体为：
计算插补路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量；
判断整体均匀偏移后的相邻两个路径线段形成内角还是外角；
若是内角，将相邻各个插补路径线段沿原偏移方向偏移所述偏移量，并把调整偏移量后在路径内角所产生交叉路径的多余部分去除，以获得补偿后的插补路径线段；
若是外角，将相邻各个插补路径线段沿原偏移方向偏移所述偏移量，并把调整偏移量后在路径外角所产生交叉路径的缺失部分补全，以获得补偿后的插补路径线段。
6.如权利要求4所述的偏移量补偿方法，其特征在于，所述切割路径方向突然变化的若干相邻插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的插补路径线段，具体为：
计算插补路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量；
判断整体均匀偏移后的相邻两个路径线段形成内角还是外角；
若是内角，将相邻各个插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移所述偏差量，并把调整偏移量后在路径外角所产生交叉路径的缺失部分补全，以获得补偿后的插补路径线段；
若是外角，将相邻各个插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移所述偏移量，并把调整偏移量后在路径内角所产生交叉路径的多余部分去除，以获得补偿后的插补路径线段。
7.如权利要求1所述的偏移量补偿方法，其特征在于，根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行偏移量补偿的过程中还包括对切入后路径和/或切出前路径补偿的步骤。
8.如权利要求7所述的偏移量补偿方法，其特征在于，所述切入后/切出前路径的路径线段为插补路径线段，所述对切入后/切出前路径补偿具体为：判断切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段的切缝宽度是否大于经验切缝宽度，若大于，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段，若小于，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段。
9.如权利要求8所述的偏移量补偿方法，其特征在于，所述将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段，具体为：
计算切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量；
并基于插补路径线段的切缝宽度大于经验切缝宽度的情况，判断切入/切出方向与切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段之间的夹角是钝角还是锐角；
若是钝角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径补全缺失部分和去除多余部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段；
若是锐角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径去除多余部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段。
10.如权利要求8所述的偏移量补偿方法，其特征在于，所述将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移得到补偿后的切入/切出插补路径线段，具体为：
计算切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段的切缝宽度与经验切缝宽度的偏移量；
并基于插补路径线段的切缝宽度小于经验切缝宽度的情况，判断切入/切出方向与切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段之间的夹角是钝角还是锐角；
若是钝角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径去除多余部分和补全缺失部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段；
若是锐角，将切入后最初的插补路径线段/切出前最后的插补路径线段沿原偏移方向的反方向偏移所述偏移量，并对调整偏移量后的插补路径线段与切入/切出线夹角所产生的交叉路径去除多余部分和补全缺失部分，以获得补偿后的切入/切出插补路径线段。
11.一种高能速切割装置，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为：
建立表征切缝宽度的物理数学模型，所述物理数学模型的自变量为切割速度，因变量为切缝宽度，所述切割速度物理数学模型还包含若干常量，所述常量与工件材质和厚度以及工艺参数相关；
根据经验切缝宽度对初始化的切割路径进行偏移，生成偏移后的切割路径；
对偏移后的切割路径进行插补，将偏移后的切割路径形成若干段插补路径线段，包含切割路径方向连续变化的插补路径线段及切割路径方向突然变化的相邻和不相邻的插补路径线段；
确定各个插补路径线段所对应的切割速度；
根据各个插补路径线段的切割速度及所述物理数学模型确定各个插补路径线段的切缝宽度；
根据各个插补路径线段的切缝宽度对各个插补路径线段进行偏移量的补偿。
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