CN111026036A - 一种激光头空移控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光头空移控制方法及控制系统，所述控制方法包括以下步骤：确定激光头空移的起点以及终点；在激光头空移抬起到下降过程中，通过激光头的X轴、Y轴进行插补运动，使激光头的抬起轨迹和下降轨迹均呈现为弧形轨迹；确定激光头基于空移时间段的路径。在激光头抬起到下降的过程中，通过控制激光头的X轴、Y轴进行插补运动，即可缩短激光头的运动路径，从而减少的激光头空移的时间，提高生产效率。

Description

一种激光头空移控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光头空移控制方法及控制系统。

背景技术

随着计算机数控技术的飞速发展，对激光切割加工动作的流畅性与快速性要求越来越苛刻。在激光切割的加工过程中，受限于激光加工工艺的影响，在开光切割时的加工路径是一定的，开光加工速度与板材厚度、材料、功率等因素相关，所以要进一步提高激光切割的效率，可以采取提高激光头空移的速度，或是使得动作流畅、路径最优的方式。

在现有的激光加工过程中，激光头空移时Z轴的运动轨迹一般如图1所示，直接从起点位置抬高H的高度，平移L的距离，再下降H的高度到达终点位置，其中抬高H的高度是为了避免不出光运动中有工件翘起而产生碰撞。在上述运动轨迹中，当Z轴抬起与下降时，X轴和Y轴保持静止状态，运动顺序为Z轴先抬起H高度到位时，X轴、Y轴才开始两轴插补，在平移运动L的距离到位后，Z轴再下降H高度。这种运动轨迹的路径长，且运动有一定的顺序，运动所需要的时间较长。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种激光头空移控制方法及控制系统，以解决现有的激光头空移路径长，运动时间长等问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种激光头空移控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤A、确定激光头空移的起点以及终点；

步骤B、在激光头空移抬起到下降过程中，通过激光头的X轴、Y轴进行插补运动，使激光头的抬起轨迹和下降轨迹均呈现为弧形轨迹；

步骤C、确定激光头基于空移时间段的路径。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤C中：所述空移时间段包括抬起时间段、平移时间段、下降时间段；其中，所述抬起时间段、下降时间段的路径相互对称。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤C包括步骤：

步骤C1、确定激光头空移抬起\下降的高度H，起点和终点之间的直线距离L，以及激光头空移抬起\下降的插补距离s；

步骤C2、根据高度H、直线距离L、插补距离s，根据高度H、直线距离L、插补距离s，确定激光头基于空移时间段的路径；

其中，所述s的取值范围为0﹤s≦L/2。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤C2中：

当s小于L/2时，激光头空移路径的函数式为：

当s＝L/2时，激光头空移路径的函数式为：

其中，F(x)为激光头的实际高度，所述自变量x为激光头当前位置到终点位置的剩余路径。

本发明的更进一步优选方案是：所述激光头空移控制方法还包括步骤：

步骤D、在激光头下降时间段的路径，对激光头与工件的距离进行检测，判断激光头是否会与工件发生碰撞；若是，则改变激光头的轨迹，增加终点的高度；若否，则激光头按照步骤C中的运动轨迹进行移动。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤D包括步骤：

步骤D1、设定触发值A，在激光头下降时间段的路径上，测量激光头与工件的距离并获取测量距离值；直至测量距离值与触发值A相同时，获取触发点A；并在触发点A上获取激光头的规划距离值A；

步骤D2、比较触发值A与规划距离值A，判断激光头与工件是否会碰撞；

步骤D3、若规划距离值A大于触发值A，表示会发生碰撞，则改变激光头的路径，使激光头运动的终点的高度增加；若规划距离值A等于或小于触发值A，表示不会发生碰撞，则激光头按照步骤S300中的运动轨迹进行移动。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤D3中，所述改变激光头的路径，使激光头运动的终点的高度增加的步骤，具体为，在激光头给定的位置命令值的基础上呈梯度减小直到减小到0，使激光头运动的终点的高度增加。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤D还包括步骤：

步骤D4、设定触发值B，在激光头下降时间段的路径上，测量激光头与工件的距离并获取测量距离值；直至测量距离值与触发值B相同时，获取触发点B；并在触发点B上获取激光头的规划距离值B；

步骤D5、比较触发值B与规划距离值B，判断激光头与工件是否会碰撞；

步骤D6、若规划距离值B大于触发值B，表示会发生碰撞，则在激光头给定的位置命令值的基础上呈梯度减小直到减小到0，使激光头运动的终点的高度增加；若规划距离值B等于或小于触发值B，表示不会发生碰撞，则激光头按照步骤S300中的运动轨迹进行移动；

其中，所述触发值B小于触发值A；所述步骤D6中梯度的梯度减小系数小于步骤D3中梯度的梯度减小系数。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤D1中，测量距离值通过电容传感器获取，所述触发值A的取值等于电容传感器的最大测量范围。

本发明还提供一种激光头空移控制系统，包括：

起点终点确认模块，用于确定激光头空移的起点以及终点；

插补模块，用于在激光头空移抬起到下降过程中，通过激光头的X轴、Y轴进行插补运动，使激光头的抬起和下降轨迹呈现一个坡度；

路径确认模块，用于确定激光头基于空移时间段的路径；

检测控制模块，用于在激光头下降段路径，对激光头与工件的距离进行检测，判断激光头是否会与工件发生碰撞；若是，则改变激光头的轨迹，增加终点的高度；若否，则激光头按照检测控制模块中的运动轨迹进行移动。

本发明的有益效果是：在激光头抬起到下降的过程中，通过控制激光头的X轴、Y轴进行插补运动，即可缩短激光头的运动路径，从而减少的激光头空移的时间，提高生产效率。

附图说明

图1是现有的激光头空移路径图；

图2是本发明实施例的激光头空移路径图；

图3是本发明实施例的激光头空移路径图(无平移时间段路径)；

图4是本发明实施例的激光头空移路径图(工件变形)；

图5是本发明实施例的控制方法流程图；

图6是本发明实施例的步骤S300的方法流程图；

图7是本发明实施例的步骤S400的方法流程图；

图8是本发明实施例的控制系统的组成图。

具体实施方式

本发明提供一种激光头空移控制方法及控制系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。

本发明实施例提供的一种激光头空移控制方法，一并参见图1至图8，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S100、确定激光头空移的起点以及终点；

步骤S200、在激光头空移抬起到下降过程中，通过激光头的X轴、Y轴进行插补运动，使激光头的抬起轨迹和下降轨迹均呈现为弧形轨迹；

步骤S300、确定激光头基于空移时间段的路径。

在激光头抬起到下降的过程中，通过控制激光头的X轴、Y轴进行插补运动，即可有效的缩短激光头的运动路径，从而减少的激光头空移的时间，提高生产效率。本实施例中，所述空移路径是指激光头的不开光路径，即激光头只进行位置的变化，不进行出光加工。本申请中，所述激光头的升降通过激光头的Z轴进行驱动。

进一步的，如图2至图5所示，所述步骤S300中：所述空移时间段包括抬起时间段、平移时间段、下降时间段；其中，所述抬起时间段、下降时间段的路径相互对称。通过设定激光头的抬起时间段以及下降时间段的路径相互对称，可以有效的简化控制难度，提高控制效率。

进一步的，如图2至图6所示，所述步骤S300包括步骤：

步骤S310、确定激光头空移抬起\下降的高度H，起点和终点之间的直线距离L，以及激光头空移抬起\下降的插补距离s；

步骤S320、根据高度H、直线距离L、插补距离s，确定激光头基于空移时间段的路径；

其中，所述s的取值范围为0﹤s≦L/2。

本实施例中，所述激光头空移抬起\下降的高度H、以及激光头空移抬起\下降的插补距离s，可由用户根据实际情况进行设置，可提高本激光头空移控制方法的通用性。

更进一步的，如图2至图6所示，所述步骤S320中：

当s小于L/2时，激光头空移路径的函数式为：

当s＝L/2时，激光头空移路径的函数式为：

其中，F(x)为激光头的实际高度，所述自变量x为激光头当前位置到终点位置的剩余路径。

本实施例中，所述平移时间段的路径与起点和终点之间的直线距离L、以及激光头空移抬起\下降的插补距离s有关；当s等于L/2时，所述激光头平移时间段的路径的路程0，即不存在平移时间段的路径；当s小于L/2时，所述激光头平移时间段的路径的路程为(L-2s)，高度为H。由于抬起时间段的路径与下降时间段的路径相互对称，通过确定插补距离s与直线距离L之间的关系，即可确定激光头空移的路径。

进一步的，如图2至图7所示，所述激光头空移控制方法还包括步骤：

步骤S400、在激光头下降时间段的路径，对激光头与工件的距离进行检测，判断激光头是否会与工件发生碰撞；若是，则改变激光头的轨迹，增加终点的高度；若否，则激光头按照步骤S300中的运动轨迹进行移动。

本控制方法通过增加一个检测步骤，并根据检测结果对激光头下降时间段的路径进行控制，防止激光头与发生变形的工件发生碰撞，有效的提高控制的稳定性。

更进一步的，如图2至图7所示，所述步骤S400包括步骤：

步骤S410、设定触发值A，在激光头下降时间段的路径上，测量激光头与工件的距离并获取测量距离值；直至测量距离值与触发值A相同时，获取触发点A；并在触发点A上获取激光头的规划距离值A；

步骤S420、比较触发值A与规划距离值A，判断激光头与工件是否会碰撞；

步骤S430、若规划距离值A大于触发值A，表示会发生碰撞，则改变激光头的路径，使激光头运动的终点的高度增加；若规划距离值A等于或小于触发值A，表示不会发生碰撞，则激光头按照步骤S300中的运动轨迹进行移动。

其中，所述测量距离值为一个变值，随着激光头的高度的下降，测量距离值越来越小，当测量距离值减少至与触发值A相同时，即可触发触发值A。

其中，所述规划距离值A的大小对应触发值A上F(x)的数值。

通过设定触发值A，即可在激光头下降时间段的路径上确定触发点A的位置，再对比规划距离值A、触发值A的大小，即判断工件是否发生变形，以及激光头是否会与工件发生碰撞，再根据判断结果控制激光头的运动轨迹，即可有效的防止激光头与工件发生碰撞，提高控制的稳定性。

进一步的，如图2至图7所示，所述步骤S430中，所述改变激光头的路径，使激光头运动的终点的高度增加的步骤，具体为，在激光头给定的位置命令值的基础上呈梯度减小直到减小到0，使激光头运动的终点的高度增加。

通过增加一个梯度用于调节激光头变化的速度，可以用于平稳改变激光头的路径，提高控制稳定性。本实施例中的梯度是指在数控系统每个插补周期给Z轴发的命令值在原来的基础上梯度下降，这个梯度关系简单的可以理解为照着一定的梯度系数进行衰减。例如，设定梯度系数0.8，当到触发点A时，数控系统给Z轴发命令为1um，第2个插补周期在第一个插补周期的基础上乘以梯度系数，也就是第二个插补周期的命令值为0.8um，以此类推，直至Z轴的命令值约等于0；且位置命令值按照NC的插补周期给定，中间不存在位置命令值的突变，使得Z轴在感应到板材后可以平稳减速，且确保不会撞到板材。

进一步的，如图2至图7所示，所述步骤S400还包括步骤：

步骤S440、设定触发值B，在激光头下降时间段的路径上，测量激光头与工件的距离并获取测量距离值；直至测量距离值与触发值B相同时，获取触发点B；并在触发点B上获取激光头的规划距离值B；

步骤S450、比较触发值B与规划距离值B，判断激光头与工件是否会碰撞；

步骤S460、若规划距离值B大于触发值B，表示会发生碰撞，则在激光头给定的位置命令值的基础上呈梯度减小直到减小到0，使激光头运动的终点的高度增加；若规划距离值B等于或小于触发值B，表示不会发生碰撞，则激光头按照步骤C中的运动轨迹进行移动；

其中，所述触发值B小于触发值A；所述步骤S460中梯度的梯度减小系数小于步骤S430中梯度的梯度减小系数。

通过增加一个触发点B与触发点A进行配合控制，可以对激光头的运动轨迹进行二次检测，进一步提高控制效果，有效的防止激光头与工件发生碰撞。

本实施中，所述触发值B小于触发值A，即触发点B与工件的距离小于触发点A与工件的距离，通过设置更小的梯度系数，可以使经过触发点B的激光头可以更加快速的停止，防止激光头与工件发生碰撞，提高控制效果。

进一步的，所述步骤S410中，测量距离值通过电容传感器获取，所述触发值A的取值等于电容传感器的最大测量范围。

通过电容传感器即可获取测量距离值；通过设置触发值A取值等于电容传感器的最大测量范围，可以有效的提高触发的便捷性，降低触发难度。例如，电容传感器的测量范围为30mm，当激光头高度高于30mm，此时采集得到的数值为一个定值，当激光头高度低于30mm，此时采集得到的数值为一个线性变化的值，此处的触发点A就是当电容传感器感应到板材，产生变化的数值的转折点。本实施了中，所述触发点B的对应的电容传感器的测量范围为2mm。

更进一步的，如图8所示，本发明还提供一种激光头空移控制系统，包括：

起点终点确认模块100，用于确定激光头空移的起点以及终点；

插补模块200，用于在激光头空移抬起到下降过程中，通过激光头的X轴、Y轴进行插补运动，使激光头的抬起和下降轨迹呈现一个坡度；

路径确认模块300，用于确定激光头基于空移时间段的路径；

检测控制模块400，用于在激光头下降段路径，对激光头与工件的距离进行检测，判断激光头是否会与工件发生碰撞；若是，则改变激光头的轨迹，增加终点的高度；若否，则激光头按照检测控制模块中的运动轨迹进行移动。

本激光头空移控制系统有以下优点：

1)加工效率高。通过插补模块200，在激光头空移抬起到下降过程中，通过激光头的X轴、Y轴进行插补运动，不存在运动时间差，不开光运动时间大大减小；

2)稳定性高。通过检测控制模块对激光头与工件的距离进行检测，在板材存在不平整或是上凸下凹情况下，可自适应板材的平整度而不产生碰撞；

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光头空移控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤A、确定激光头空移的起点以及终点；

步骤B、在激光头空移抬起到下降过程中，通过激光头的X轴、Y轴进行插补运动，使激光头的抬起轨迹和下降轨迹均呈现为弧形轨迹；

步骤C、确定激光头基于空移时间段的路径。

2.根据权利要求1所述的激光头空移控制方法，其特征在于，所述步骤C中：所述空移时间段包括抬起时间段、平移时间段、下降时间段；其中，所述抬起时间段、下降时间段的路径相互对称。

3.根据权利要求2所述的激光头空移控制方法，其特征在于，所述步骤C包括步骤：

步骤C1、确定激光头空移抬起\下降的高度H，起点和终点之间的直线距离L，以及激光头空移抬起\下降的插补距离s；

步骤C2、根据高度H、直线距离L、插补距离s，根据高度H、直线距离L、插补距离s，确定激光头基于空移时间段的路径；

其中，所述s的取值范围为0﹤s≦L/2。

4.根据权利要求3所述的激光头空移控制方法，其特征在于，所述步骤C2中：

当s小于L/2时，激光头空移路径的函数式为：

当s＝L/2时，激光头空移路径的函数式为：

其中，F(x)为激光头的实际高度，所述自变量x为激光头当前位置到终点位置的剩余路径。

5.根据权利要求1-4任一所述的激光头空移控制方法，其特征在于，所述激光头空移控制方法还包括步骤：

步骤D、在激光头下降时间段的路径，对激光头与工件的距离进行检测，判断激光头是否会与工件发生碰撞；若是，则改变激光头的轨迹，增加终点的高度；若否，则激光头按照步骤C中的运动轨迹进行移动。

6.根据权利要求5所述的激光头空移控制方法，其特征在于，所述步骤D包括步骤：

步骤D1、设定触发值A，在激光头下降时间段的路径上，测量激光头与工件的距离并获取测量距离值；直至测量距离值与触发值A相同时，获取触发点A；并在触发点A上获取激光头的规划距离值A；

步骤D2、比较触发值A与规划距离值A，判断激光头与工件是否会碰撞；

步骤D3、若规划距离值A大于触发值A，表示会发生碰撞，则改变激光头的路径，使激光头运动的终点的高度增加；若规划距离值A等于或小于触发值A，表示不会发生碰撞，则激光头按照步骤C中的运动轨迹进行移动。

7.根据权利要求6所述的激光头空移控制方法，其特征在于，所述步骤D3中，所述改变激光头的路径，使激光头运动的终点的高度增加的步骤，具体为，在激光头给定的位置命令值的基础上呈梯度减小直到减小到0，使激光头运动的终点的高度增加。

8.根据权利要求7所述的激光头空移控制方法，其特征在于，所述步骤D还包括步骤：

步骤D4、设定触发值B，在激光头下降时间段的路径上，测量激光头与工件的距离并获取测量距离值；直至测量距离值与触发值B相同时，获取触发点B；并在触发点B上获取激光头的规划距离值B；

步骤D5、比较触发值B与规划距离值B，判断激光头与工件是否会碰撞；

步骤D6、若规划距离值B大于触发值B，表示会发生碰撞，则在激光头给定的位置命令值的基础上呈梯度减小直到减小到0，使激光头运动的终点的高度增加；若规划距离值B等于或小于触发值B，表示不会发生碰撞，则激光头按照步骤C中的运动轨迹进行移动；

其中，所述触发值B小于触发值A；所述步骤D6中梯度的梯度减小系数小于步骤D3中梯度的梯度减小系数。

9.根据权利要求8所述的激光头空移控制方法，其特征在于所述步骤D1中，测量距离值通过电容传感器获取，所述触发值A的取值等于电容传感器的最大测量范围。

10.一种激光头空移控制系统，其特征在于，包括：

起点终点确认模块，用于确定激光头空移的起点以及终点；

插补模块，用于在激光头空移抬起到下降过程中，通过激光头的X轴、Y轴进行插补运动，使激光头的抬起和下降轨迹呈现一个坡度；

路径确认模块，用于确定激光头基于空移时间段的路径；

检测控制模块，用于在激光头下降段路径，对激光头与工件的距离进行检测，判断激光头是否会与工件发生碰撞；若是，则改变激光头的轨迹，增加终点的高度；若否，则激光头按照检测控制模块中的运动轨迹进行移动。

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