CN111716016A - 一种激光头控制方法、激光加工方法及激光头控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光头控制方法、激光加工方法、激光头控制系统以及激光头控制器，所述激光头控制方法包括步骤：获取移动轨迹的开关点；在激光头移动过程中，不断获取激光头与开关点的水平距离；当水平距离等于小于下一个移动控制指令所对应的周期距离时，通过外部硬件延时方式进行延时发送开关控制指令的操作，控制激光头在到达开关点的同时进行打开/闭合激光的动作。本发明通过通过外部硬件延时方式进行延时发送开关控制指令的操作，控制激光头在到达开关点的同时进行打开/闭合激光的动作，减少了激光头等待打开/闭合激光的时间，有效的提高生产效率。

Description

一种激光头控制方法、激光加工方法及激光头控制系统

技术领域

本发明涉及激光切割领域，尤其涉及一种激光头控制方法、激光加工方法、激光头控制系统以及激光头控制器。

背景技术

激光数控系统根据NC程序进行前瞻计算，然后进行插补和工艺执行，完成加工过程，在执行工艺过程的开关光过程中，需要按照NC程序执行流程逐行执行，等待位置到位停下，然后进行出光关光处理，这种加工浪费了大量的时间，需要在每个工艺执行点都停止运动或者减慢速度，部分系统可以使用快速的飞行切割，但是只运用在一些特殊轨迹，并且对于连续直线圆弧的速度衔接处的开关光位置预测也很难计算准确，需要增加人工设置的时间偏移来补偿误差。

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控制方法、激光加工方法、激光头控制系统以及激光头控制器，解决现有激光切割效率低，生产时间长等问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种激光头控制方法，激光头根据接收的移动控制指令沿着移动轨迹移动，并设置激光头在一个移动控制指令内所移动的距离为周期距离，所述激光头控制方法包括步骤：

步骤S11，获取移动轨迹的激光开关点；

步骤S12，在激光头移动过程中，不断获取激光头与激光开关点的水平距离；

步骤S13，当水平距离等于小于下一个移动控制指令所对应的周期距离时，通过外部硬件延时方式进行延时发送开关控制指令的操作，以控制激光头在到达激光开关点的同时进行打开/闭合激光的操作。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤S13的外部硬件延时方式的延时时间＝水平距离/周期距离×移动控制指令的执行时间。

本发明的更进一步优选方案是：所述外部硬件为晶振电路。

本发明的更进一步优选方案是：所述获取水平距离的周期时间与激光头的移动控制指令的周期时间相同。

本发明还提供一种激光加工方法，包括步骤：

步骤S21，将加工任务中多条同向的轨迹整合成总线段，记录总线段打开/关闭激光的位置，并定义打开/关闭激光的位置为激光开关点；

步骤S22，从第二个激光开关点开始，采用如以上任一所述的激光头控制方法控制激光头进行激光加工。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤S22具体包括步骤：判断激光头的起点与第一个激光开关点是否重合；当是时，从第二个激光开关点开始，采用激光头控制方法控制激光头进行激光加工；当否时，从第一个激光开关点开始，采用激光头控制方法控制激光头进行激光加工。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤S22中：当激光头的起点与第一个激光开关点重合时，定义第二个至倒数第二个的所有激光开关点为非零激光开关点，所述激光头经过非零激光开关点时的速度均不为零；当激光头的起点与第一个激光开关点不重合时，定义第二个至最后一个的所有激光开关点为非零激光开关点，所述激光头经过非零激光开关点时的速度均不为零。

本发明的更进一步优选方案是：定义激光开关点的之前的一段路径为移动路径，所述激光头经过非零激光开关点的速度大于等于激光头通过移动路径的平均速度。

本发明还提供一种激光头控制系统，包括：

线段整合模块，用于将加工任务中多条同向的线段整合成总线段，并记录总线段的打开/关闭激光的位置；

激光头控制模块，用于从第二打开/关闭激光的位置开始，采用以上任一所述的激光头控制方法控制激光头进行激光加工。

本发明还提供一种激光头控制器，所述激光切割控制器包括存储单元，所述存储单元存储有可执行并实现如以上任一所述的激光头控制方法的计算机程序。

本发明的有益效果是：在激光头移动过程中，不断获取激光头与激光开关点的水平距离，当水平距离等于小于周期距离时，通过外部硬件延时方式进行延时发送开关控制指令的操作，控制激光头在到达激光开关点的同时进行打开/闭合激光的动作，减少了激光头等待打开/闭合激光的时间，有效的提高生产效率。

附图说明

图1是本发明实施例的激光头控制方法的流程图；

图2是本发明实施例的激光加工方法的流程图；

图3是本发明实施例的激光切割系统的组成图；

图4是本发明实施例激光头控制方法的示意图；

图5是本发明实施例激光加工方法的具体流程图。

具体实施方式

本发明提供一种激光头控制方法、激光加工方法、激光头控制系统以及激光头控制器，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控制方法，一并参见图1、图4，激光头根据接收的移动控制指令沿着移动轨迹移动，并设置激光头在一个移动控制指令内所移动的距离为周期距离，所述激光头控制方法包括步骤：

步骤S11，获取移动轨迹的激光开关点；

步骤S12，在激光头移动过程中，不断获取激光头与激光开关点的水平距离；

步骤S13，当水平距离等于小于下一个移动控制指令所对应的周期距离时，通过外部硬件延时方式进行延时发送开关控制指令的操作，控制激光头在到达激光开关点的同时进行打开/闭合激光的操作。

本发明在激光头移动过程中，不断获取激光头与激光开关点的水平距离，当获取的水平距离等于或小于周期距离时，通过外部硬件延时方式进行延时发送开关控制指令的操作，控制激光头在到达激光开关点的同时进行打开/闭合激光的动作，减少了激光头等待打开/闭合激光的时间(即无需等待打开/关闭激光的操作直接进行下一步)，有效的提高生产效率。

具体的，所述步骤S13中：外部硬件延时方式的延时时间＝水平距离/周期距离×移动控制指令的执行时间。

通过对比水平距离与周期距离，即可计算激光头运动到激光开关点所需要的时间，将计算的时间设置为开关控制指令的延时时间，即可在激光头到达激光开关点时同时打开/闭合激光。本发明公开的是激光头在运动周期内进行匀速运动的延时时间计算方式；当激光头在运动周期内进行非匀速运动，可根据具体的速度、距离对延时时间进行计算。

具体的，所述外部硬件为晶振电路。通过晶振电路进行延时控制，反应时间快，可以有效的提高控制精度。

具体的，所述获取水平距离的周期时间与激光头的移动控制指令的周期时间相同。本申请通过限定水平距离的获取周期与移动控制指令的周期相同，在保证获取距离准确的前提下，有效的降低获取的频率，降低生产成本。

下面将结合具体实施例对本发明的激光头控制方法进行说明：

传统的激光系统加工方式为加载NC代码执行加工过程，中间插入M代码来标记完成开关光的位置，例如下面这段简单的NC程序：

N10 M7

N20 G01 X30 Y20

N30 G01 X10 Y10

N40 G01 X10 Y0

N50 M6

N60 G01 X10 Y-10

N70 M30

其中，指定M7为开光命令，M6为关光命令，G01标记改行为直线运动，M30表示程序结束，那这个程序的流程就是，开光，运行到坐标(30,20)，到坐标(10,10)，到坐标(10,0)停止，然后执行关光指令，最后到达(10,-10)完成整个程序。为了保证整个切割过程的平稳和机床的柔和，通常会在位置输出之前增加一些滤波算法，有的算法会降低速度的大小，然后在结尾补偿回来，有的算法会将每一次的速度指令分散成多次输出，这些处理都会导致在上图的N40行结束时，实际位置并没有到达(10,0)，需要等待一段时间实际位置才会和指令位置重合，这段时间有长有短，如果不进行等待直接执行下一行的M6，效率会提升，但是实际切割会发现出现漏切的现象，加工精度受到影响；并且对于没有增加速度特殊处理的系统来说，开关光这个动作本身就需要时间，这就需要系统运行到(10,0)处之后速度为0，这样开关光位置才是正确的位置，速度归零也会降低加工效率，因为轨迹与轨迹之间的连接速度可以不为0，只需要不超过机床本身的承受能力即可，这样才能保证最大的加工效率；通过这两种情况可以看到：单独这一段程序只会延迟一点时间，但是一个实际加工的NC程序是由成千上万个这种轮廓组合而成的，每一次开光和关光都需要等待，最终影响的加工效率是十分显著的。

基于这种情况，本发明通过预测机床未来某一时刻将要到达的位置来执行开关光过程来避免同一个NC程序在每次开关光的时候等待实际位置与指令位置重合，大幅加快的加工效率，尤其在利用了后置速度滤波算法的系统上表现尤为突出，注意这里的激光控制逻辑周期与轨迹运行计算周期一致。

以上述NC程序为例，一次位置预测的最基本流程如附图4所示：

首先，执行关光指令M6的时候，记录需要关光的位置B(10,0)，由于滤波的存在，实际位置存在时间上的滞后，此时当前实际位置并未到达B(10,0)，但是，一定会在未来的某一个时间到达，数据举例：此时位置在X0(10,1)，那么距离目标还有1mm。

然后，程序继续运行到下一行，开始运动到C(10,-10)，在这个过程中不断判断当前实际位置距离B(10,0)的距离，当检测到距离B(10,0)的长度小于或者等于了当前周期的实际长度大小时，即图中当前位置为X1，下一个运动点为X2(10，-0.01)时可以作出判断：会在一个周期时间之内到达目标点。数据举例：此时位置在X1(10,0.01)，距离目标点为0.01mm，此时的实际速度大小为0.02mm/周期，及周期距离为0.02mm，那么可以预测下一个周期会到达该目标点。

最后，当判断出会在一个周期内到达目标位置时，我们可以输出关光指令，此时与目标位置存在最大为一个周期的时间偏差，此时，我们可以通过外部硬件的支持，发送一个关光指令，并且附带一个延迟指令，由于硬件电路的时钟周期普遍比数控系统周期小得多，那么就可以将关光指令控制在接下来的1/10，甚至1/100周期的精度下执行，在运动中完成切割过程。数据举例：距离目标0.01mm，当前速度0.02mm/周期，那么准确的说，会在接下来的0.5周期后到达目标位置，通过外部硬件支持延迟触发信号，给出0.5周期的延迟指令，完成控制。

请参照图2，本发明实施例还提供一种激光加工方法，包括步骤：

步骤S21，将加工任务中多条同向的轨迹整合成总线段，记录总线段打开/关闭激光的位置，并定义打开/关闭激光的位置为激光开关点；

步骤S22，从第二个激光开关点开始，采用如以上任一所述的激光头控制方法控制激光头进行激光加工。

其中，整合后的总线段包括加工路径(激光头开光)以及空移路径(激光头闭光)。

本发明通过将多条同向的轨迹整合成总线段，并采用延时发送开关控制指令的方法控制激光头的打开或闭合开关，在对总线段的加工过程中，激光头经过需要打开/闭合激光的位置时可同时进行打开/闭合激光的操作，即激光头在到达打开/闭合激光的位置后无需等待激光头进行打开/闭合激光的操作即可直接进入下一轨迹的运动，减少了激光头的等待时间，提高了生产效率。

下面将结合具体实施例对本发明的激光头控制方法进行说明：

首先，加载程序，对程序进行一些预先的处理，将多条连续同向加工轨迹整合为一条总线段，并将这总线段程序中的所有开关光指令按照顺序排列在新的直线段前面，并记录每一个开关光指令所需要执行的目标位置。

例如下面这个程序实施例：

N10 M7

N20 G01 X10 Y0

N30 M6

N40 G01 X20 Y0

N50 M7

N60 G01 X30 Y0

N70 M6

N80 G01 X40 Y0

N90 M30

经过预处理之后，该程序会改为：

N10 M7(记录目标点为：(0,0))

N20 M6(记录目标点为：(10,0))

N30 M7(记录目标点为：(20,0))

N40 M6(记录目标点为：(30,0))

N50 G01 X40 Y0

N90 M30

将原本的多段加工轨迹变成总线段，只需要在总线段的尾端(最后一个关闭激光的位置)等待一次实际位置与指令位置的重合即可。

具体的，执行处理之后的程序，如果运行到开关光指令，不直接执行开关光动作，而是将该动作加载到新的任务队列中，通过记录的每一个开关光指令所需要执行的目标位置，不断读取实际位置来判断每个指令是否到达了应该执行的目标位置。

同时，轨迹的运动正常进行，每一段轨迹走完会继续进行下一行轨迹，不因为开关光的指令执行而等待，减少了不必要的等待时间。

最后，当所有轨迹执行完成，等待一次实际位置与指令位置的重合，完成所有过程，整个过程中只进行了一次对于实际位置的等待，在大量轮廓轨迹的加工过程中可以节省相当可观的时间。

具体流程请参照图5，图5为激光头移动以及激光指令控制的具体流程图

本发明将激光头的移动以及出光分为了两部分进行控制，其中，激光头的移动通过程序进行控制，而激光头的打开/闭合激光的操作通过外部硬件控制。激光头的移动的位置为外部硬件提供触发控制的

本方法已经在部分带有后置滤波计算的系统上进行了整合，经过测试平均每次指令执行能够节省80～110ms的时间，整体效率提升十分明显。

进一步的，所述步骤S22具体包括步骤：判断激光头的起点与第一个激光开关点是否重合；当是时，从第二个激光开关点开始，采用激光头控制方法控制激光头进行激光加工；当否时，从第一个激光开关点开始，采用激光头控制方法控制激光头进行激光加工。

本发明激光头控制方法为延时控制方法，因此在步骤S22中增加了一个判断激光头的起点的步骤，当激光头的起点与第一个激光开关点重合时，马上进行打开激光的操作，无需进行延时操作；而当激光头的起点与第一个激光开关点不重合时，需要激光头先移动至第一个激光开关点，此时便可以进行延时操作，进一步的提高激光加工方法的加工效率。

进一步的，所述步骤S22中：当激光头的起点与第一个激光开关点重合时，定义第二个至倒数第二个的所有激光开关点为非零激光开关点，所述激光头经过非零激光开关点时的速度均不为零；当激光头的起点与第一个激光开关点不重合时，定义第二个至最后一个的所有激光开关点为非零激光开关点，所述激光头经过非零激光开关点时的速度均不为零。

本发明采用延时控制的方法，使激光头在到达激光开关点的同时进行打开/闭合激光的操作，即无需在激光头到达激光开关点并停止后再打开/闭合激光，用户可根据实际生产需求设置在非零激光开关点的速度，以提高生产效率。

更进一步的，定义激光开关点的之前的一段路径为移动路径，所述激光头经过非零激光开关点的速度大于等于激光头通过移动路径的平均速度。

通过设置非零激光开关点的速度大于激光头通过移动路径的平均速度，可以更进一步的提高激光加工的效率，即在加工总线段过程中，在经过非零激光开关点时，可以直接匀速或加速通过，可大大缩短加工的时间。

请参照图3，本发明还提供一种激光头控制系统，包括：

线段整合模块100，用于将加工任务中多条同向的线段整合成总线段，并记录总线段的打开/关闭激光的位置；

激光头控制模块200，用于从第二打开/关闭激光的位置开始，采用以上任一所述的激光头控制方法控制激光头进行激光加工。

本发明的激光切割系统，通过线段整合模块将多条同向的轨迹整合成总线段，再通过激光头控制模块延时发送开关控制指令的方法控制激光头的打开或闭合开关。在对总线段的加工过程中，激光头经过需要打开/闭合激光的位置时可同时进行打开/闭合激光的操作，即激光头在到达打开/闭合激光的位置后无需等待激光头进行打开/闭合激光的操作即可直接进入下一轨迹的运动，减少了激光头的等待时间，提高了生产效率。

本发明实施例还提供一种激光头控制器，所述激光切割控制器包括存储单元，所述存储单元存储有可执行并实现如以上任一所述的激光头控制方法的计算机程序。

通过在存储单元中储存如以上任一所述的激光头控制方法的计算机程序，即可对激光头的加工实行位置预测，可有效的缩短加工时间，提高加工效率。

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)

1.一种激光头控制方法，其特征在于，激光头根据接收的移动控制指令沿着移动轨迹移动，并设置激光头在一个移动控制指令内所移动的距离为周期距离，所述激光头控制方法包括步骤：

步骤S11，获取移动轨迹的激光开关点；

步骤S12，在激光头移动过程中，不断获取激光头与激光开关点的水平距离；

步骤S13，当水平距离等于小于下一个移动控制指令所对应的周期距离时，通过外部硬件延时方式进行延时发送开关控制指令的操作，以控制激光头在到达激光开关点的同时进行打开/闭合激光的操作。

2.根据权利要求1所述的激光头控制方法，其特征在于，所述步骤S13的外部硬件延时方式的延时时间＝水平距离/周期距离×移动控制指令的执行时间。

3.根据权利要求1或2所述的激光头控制方法，其特征在于，所述外部硬件为晶振电路。

4.根据权利要求1所述的激光头控制方法，其特征在于，所述获取水平距离的周期时间与激光头的移动控制指令的周期时间相同。

5.一种激光加工方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S21，将加工任务中多条同向的轨迹整合成总线段，记录总线段打开/关闭激光的位置，并定义打开/关闭激光的位置为激光开关点；

步骤S22，从第二个激光开关点开始，采用如权利要求1-4任一所述的激光头控制方法控制激光头进行激光加工。

6.根据权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括步骤：判断激光头的起点与第一个激光开关点是否重合；当是时，从第二个激光开关点开始，采用激光头控制方法控制激光头进行激光加工；当否时，从第一个激光开关点开始，采用激光头控制方法控制激光头进行激光加工。

7.根据权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，所述步骤S22中：当激光头的起点与第一个激光开关点重合时，定义第二个至倒数第二个的所有激光开关点为非零激光开关点，所述激光头经过非零激光开关点时的速度均不为零；当激光头的起点与第一个激光开关点不重合时，定义第二个至最后一个的所有激光开关点为非零激光开关点，所述激光头经过非零激光开关点时的速度均不为零。

8.根据权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于，定义激光开关点的之前的一段路径为移动路径，所述激光头经过非零激光开关点的速度大于等于激光头通过移动路径的平均速度。

9.一种激光头控制系统，其特征在于，包括：

线段整合模块，用于将加工任务中多条同向的线段整合成总线段，并记录总线段的打开/关闭激光的位置；

激光头控制模块，用于从第二打开/关闭激光的位置开始，采用如权利要求1-4任一所述的激光头控制方法控制激光头进行激光加工。

10.一种激光头控制器，其特征在于，所述激光切割控制器包括存储单元，所述存储单元存储有可执行并实现如权利要求1-4任一所述的激光头控制方法的计算机程序。

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