CN111813042A - 一种激光加工控制方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents

一种激光加工控制方法、装置及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光加工控制方法、装置及计算机存储介质，该方法包括：针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹；控制激光器沿所述延伸轨迹运动，以使所述激光器按照设定的加工速度开始沿所述加工轨迹运动。本发明对加工轨迹的拐点处做延伸式的运动处理，解决了激光加工过程中，激光出光在图形拐点处由于运动速度发生突变所所导致加工质量差的问题。

Description

一种激光加工控制方法、装置及计算机存储介质
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种激光加工控制方法、装置及计算机存储介质。
背景技术
目前，大部分材料的切割刻蚀都是依靠机械加工或电火花加工。对于一些敏感材料(玻璃，陶瓷等)和高精度加工要求的加工，机械和电火花加工是无法满足其需求的。激光加工具有精度高、效率高、无热影响和材料限制等优点，是今后高精度加工及敏感材料加工的不二选择。
激光加工基于其本身的原理特性，对激光加工质量有着极高的要求，现阶段激光加工往往与运动控制、振镜等硬件紧密联系，通过对运动轴、激光器及振镜的控制来完成加工任务。若要加工复杂图形，使用普通的图形轨迹处理方法，会导致激光器连续开光过程中加减速的影响导致加工速度不一致，使得激光加工质量变差，出现黑点或光点断开的现象。在激光高速高精度加工中，这种影响尤为明显。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种激光加工控制方法、装置及计算机存储介质，来确保激光加工过程中能够保持匀速加工，进而保证加工质量。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种激光加工控制方法，所述方法包括：
针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹；
控制激光器沿所述延伸轨迹运动，以使所述激光器按照设定的加工速度开始沿所述加工轨迹运动。
在本发明提供的激光加工控制方法中，所述针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹，包括：相应于所述待加工图样中的起始加工轨迹，所述延伸轨迹为沿所述起始加工轨迹方向且终点为所述起始加工轨迹起始点的直线轨迹，所述直线轨迹长度至少使得所述激光器沿所述延伸轨迹运动至所述起始加工轨迹起始点位置时的运动速度为所述加工速度。
所述针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹，包括：相应于所述待加工图样中的结束加工轨迹，所述延伸轨迹为沿所述结束加工轨迹方向且起点为所述结束加工轨迹结束点的直线轨迹。
所述针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹，包括：相应于所述加工图样中的拐角由先后顺序的加工轨迹形成，所述延伸轨迹依次由顺序在先的第一加工轨迹的第一延伸子轨迹、顺序在后的第二加工轨迹的第二延伸子轨迹、以及所述第一延伸子轨迹和所述第二延伸子轨迹之间的过渡子轨迹组成。
所述第一延伸子轨迹的起点为所述第一加工轨迹的终点，所述第一延伸子轨迹的方向为所述第一加工轨迹在所述第一加工轨迹终点处的切线方向，所述激光器处于所述第一延伸子轨迹的起点位置时的速度为所述加工速度；
所述第二延伸子轨迹的终点为所述第二加工轨迹的起点，所述第二延伸子轨迹的方向为所述第二加工轨迹在所述第二加工轨迹起点处的切线方向，所述第二延伸子轨迹长度至少使得所述激光器沿所述第二延伸子轨迹运动至所述第二加工轨迹起点位置时的运动速度为所述加工速度；
所述过渡子轨迹的起点为所述第一延伸子轨迹的终点，所述过渡子轨迹的终点为所述第二延伸子轨迹的起点。
进一步地，所述方法还包括：
相应于所述激光器沿所述延伸轨迹运动过程中，保持所述激光器为关闭状态；
相应于所述激光器沿所述加工轨迹运动过程中，保持所述激光器为开启状态。
进一步地，所述方法还包括：
根据设定的开关延迟间隔以及加工速度确定长度预算值；
当所述延伸轨迹终点为所述加工轨迹起点，且所述激光器距离所述延伸轨迹终点的长度为所述长度预算值时，开启所述激光器；
当所述加工轨迹终点为所述延伸轨迹起点，且所述激光器距离所述加工轨迹终点的长度为所述长度预算值时，关闭所述激光器。
第二方面，本发明实施例提供了一种激光加工控制装置，所述装置包括：设置部分和运动控制部分；其中，
所述设置部分，经配置为针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹；
所述运动控制部分，经配置为控制激光器沿所述延伸轨迹运动，以使所述激光器按照设定的加工速度开始沿所述加工轨迹运动。
进一步地，所述装置还包括：状态控制部分，经配置为：相应于所述激光器沿所述延伸轨迹运动过程中，保持所述激光器为关闭状态；
相应于所述激光器沿所述加工轨迹运动过程中，保持所述激光器为开启状态。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有激光加工控制程序，所述激光加工控制程序被至少一个处理器执行时实现第一方面中任一一种激光加工控制方法的步骤。
本发明与现有技术相比，本申请具有以下优点：
1、采用做辅助线或者延长线的方法确保激光加工过程中能够保持匀速加工，进而保证加工质量。
2、保证了加工过程中激光光斑的连续性，在加工敏感材料时不会出现裂缝或断裂，烧蚀。
3、该轨迹规划方法可应用于多种加工场合，不依靠硬件的特殊功能支持，从图元轨迹角度解决了激光加工质量不连续的问题，效率更高，更易实现。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的线段起始结束时的轨迹规划；
图2为本发明实施例提供的圆弧起始结束时的轨迹规划；
图3为本发明实施例提供的线段拐角为锐角时的轨迹规划；
图4为本发明实施例提供的线段拐角为直角时的轨迹规划；
图5为本发明实施例提供的线段拐角为钝角时的轨迹规划；
图6为本发明实施例提供的圆弧拐角为锐角时的轨迹规划；
图7为本发明实施例提供的圆弧拐角为直角时的轨迹规划；
图8为本发明实施例提供的圆弧拐角为钝角时的轨迹规划；
图9为本发明实施例提供的预算提前量的计算示意图；
图10为本发明实施例提供的激光加工控制装置的硬件组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提供了一种激光加工控制方法，方法包括：
针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹；
控制激光器沿延伸轨迹运动，以使激光器按照设定的加工速度开始沿加工轨迹运动。
在本发明提供的激光加工控制方法中，针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹，包括：相应于待加工图样中的起始加工轨迹，延伸轨迹为沿起始加工轨迹方向且终点为起始加工轨迹起始点的直线轨迹，直线轨迹长度至少使得激光器沿延伸轨迹运动至起始加工轨迹起始点位置时的运动速度为加工速度。
针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹，包括：相应于待加工图样中的结束加工轨迹，延伸轨迹为沿结束加工轨迹方向且起点为结束加工轨迹结束点的直线轨迹。
针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹，包括：相应于加工图样中的拐角由先后顺序的加工轨迹形成，延伸轨迹依次由顺序在先的第一加工轨迹的第一延伸子轨迹、顺序在后的第二加工轨迹的第二延伸子轨迹、以及第一延伸子轨迹和第二延伸子轨迹之间的过渡子轨迹组成。
第一延伸子轨迹的起点为第一加工轨迹的终点，第一延伸子轨迹的方向为第一加工轨迹在第一加工轨迹终点处的切线方向，激光器处于第一延伸子轨迹的起点位置时的速度为加工速度；
第二延伸子轨迹的终点为第二加工轨迹的起点，第二延伸子轨迹的方向为第二加工轨迹在第二加工轨迹起点处的切线方向，第二延伸子轨迹长度至少使得激光器沿第二延伸子轨迹运动至第二加工轨迹起点位置时的运动速度为加工速度；
过渡子轨迹的起点为第一延伸子轨迹的终点，过渡子轨迹的终点为第二延伸子轨迹的起点。
进一步地，该方法还包括：
相应于激光器沿延伸轨迹运动过程中，保持激光器为关闭状态；
相应于激光器沿加工轨迹运动过程中，保持激光器为开启状态。
进一步地，该方法还包括：
根据设定的开关延迟间隔以及加工速度确定长度预算值；
当延伸轨迹终点为加工轨迹起点，且激光器距离延伸轨迹终点的长度为长度预算值时，开启激光器；
当加工轨迹终点为延伸轨迹起点，且激光器距离加工轨迹终点的长度为长度预算值时，关闭激光器。
可以理解地，在使用运动控制系统和激光器配合进行复杂平面图形的加工过程中，大部分激光器仅起到等时间间隔激发脉冲激光的作用，刻画的过程控制全部由运动控制系统通过G代码轨迹流程进行。在刻画的过程中，当沿轮廓进行的加工速度不出现速度方向的突变时，加工速度能够保持稳定，但当出现拐角等会导致速度方向发生突变的情况时，分解到运动控制X，Y轴的速度会发生突然的加减速，使加工过程出现明显的卡顿现象，导致激光脉冲光点在同时间间隔时因速度不同导致距离间隔不同，最终导致部分区域会出现能量集中或能量过于分散，加工质量会大大的降低，尤其是玻璃切割，直接导致零件报废。
通过使用本发明方法，通过对拐点及起始点位置做图形数据的处理，保证了在图形轮廓加工时速度的稳定性及一致性，避免了在图形激光出光加工过程中由于速度不统一而导致的加工质量变差的问题。
下面结合附图对本发明提供的加工方法进行进一步地描述，本发明的加工方法包括以下三个部分：
第一部分：起点处理，在图元的起始位置按照图元的方向向外延伸做延伸线L1，延伸线的长度为L1，加工部位移动至延伸线L1上时开始加速或减速至加工速度，并在移动至图元起始位置时开光加工；
第二部分：终点处理，在图元的终点位置按照图元的方向向外延伸做延伸线L4，延伸线的长度为L2，加工头移动至图元终点位置时关光停止加工，并移动至延伸线L2上时开始减速至停止；
第三部分：拐角处理，在图元的拐角位置以两个图元的方向向外延伸分别做延伸线L3、L4，连接两个延伸线L3、L4形成闭合的延伸图元，加工头进出延伸图元时进行开关光控制。
在本发明提供的实施例中，1表示起始延伸线，2为结束延伸线。
在发明实施例的起始/结束位置轨迹规划中，如图1、2所示，其中图1为线段起始结束时的轨迹规划，图2为圆弧起始结束时的轨迹规划。
如图1、2中的起始延伸线1所示，方向为起始线段方向或起始圆弧的起始切向方向，由于需要加工头到达起始位置时达到一定的速度，需要一定的路径进行速度的调整，设V0为加工头的初始速度，V1为加工速度，a1为加工
头的加速度，则延伸线L1的长度为：
Figure BDA0002558182550000071
如图1、2中的结束延伸线2所示，方向为结束线段方向或结束圆弧的结束切向方向，若速度在结束时不变，则不需规划结束轨迹，若速度在结束时为0，则延伸线L2的长度为：
Figure BDA0002558182550000081
在发明实施例的拐角位置轨迹规划中，如图3至8所示，其中图3至5为线段拐角为锐角/直角/钝角时的轨迹规划，图6至8为圆弧拐角为锐角/直角/钝角时的轨迹规划。
在图3至8中，加工头在延伸线1时只需保证起始速度为加工速度即可，在延伸线2时，由公式(1)计算出最短线段长度L4，在延伸线1和2之间的转换可根据不同情况分别处理，在本发明提供的实施例中，采用圆弧平滑过渡。
在本发明实施例的预算处理中，如图9所示，提供预算提前量的计算示意图，在预算处理时，需要计算开关光时加工头在加工轨迹上的位置A和B，，位置A和B距离图元起始位置或终点位置的距离为L5，
L5＝θ×V1，
其中，θ开关光延迟时间，V1为加工速度。
基于前述内容的激光加工控制方法，本发明还提供了一种激光加工控制装置，装置包括：设置部分和运动控制部分；其中，
设置部分，经配置为针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹；
运动控制部分，经配置为控制激光器沿延伸轨迹运动，以使激光器按照设定的加工速度开始沿加工轨迹运动。
进一步地，装置还包括：状态控制部分，经配置为：相应于激光器沿延伸轨迹运动过程中，保持激光器为关闭状态；
相应于激光器沿加工轨迹运动过程中，保持激光器为开启状态。
可以理解地，在本发明的一种实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。
在本发明的提供的一种激光加工控制装置中，设置部分和运动控制部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例前述激光加工控制方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此，本发明还提供了一种计算机存储介质，在计算机存储介质中存储有激光加工控制程序，该激光加工控制程序被至少一个处理器执行时实现前述实施例中的激光加工控制方法步骤。
根据上述激光加工控制装置以及计算机存储介质，本发明提供的一种能够实施上述激光加工控制装置的计算设备100的具体硬件结构，该计算设备100可以为无线装置、移动或蜂窝电话(包含所谓的智能电话)、个人数字助理(PDA)、视频游戏控制台(包含视频显示器、移动视频游戏装置、移动视频会议单元)、膝上型计算机、桌上型计算机、电视机顶盒、平板计算装置、电子书阅读器、固定或移动媒体播放器等。计算设备100包括：通信接口1001，存储器1002和处理器1003；各个组件通过总线系统1004耦合在一起。可理解，总线系统1004用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统1004除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图10中将各种总线都标为总线系统1004。其中，
通信接口1001，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
存储器1002，用于存储能够在处理器1003上运行的计算机程序；
处理器1003，用于在运行计算机程序时，执行激光加工方法中的步骤:
针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹；
控制激光器沿延伸轨迹运动，以使激光器按照设定的加工速度开始沿加工轨迹运动。
可以理解，本发明实施例中的存储器1002可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double DataRate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，
ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器1002旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
而处理器1003可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1003中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1003可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1002，处理器1003读取存储器1002中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
具体来说，处理器1003还配置为运行计算机程序时，执行前述技术方案中激光加工控制方法步骤，这里不再进行赘述。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光加工控制方法，其特征在于，所述方法包括：
针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹；
控制激光器沿所述延伸轨迹运动，以使所述激光器按照设定的加工速度开始沿所述加工轨迹运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹，包括：
相应于所述待加工图样中的起始加工轨迹，所述延伸轨迹为沿所述起始加工轨迹方向且终点为所述起始加工轨迹起始点的直线轨迹，所述直线轨迹长度至少使得所述激光器沿所述延伸轨迹运动至所述起始加工轨迹起始点位置时的运动速度为所述加工速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹，包括：
相应于所述待加工图样中的结束加工轨迹，所述延伸轨迹为沿所述结束加工轨迹方向且起点为所述结束加工轨迹结束点的直线轨迹。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹，包括：
相应于所述加工图样中的拐角由先后顺序的加工轨迹形成，所述延伸轨迹依次由顺序在先的第一加工轨迹的第一延伸子轨迹、顺序在后的第二加工轨迹的第二延伸子轨迹、以及所述第一延伸子轨迹和所述第二延伸子轨迹之间的过渡子轨迹组成。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一延伸子轨迹的起点为所述第一加工轨迹的终点，所述第一延伸子轨迹的方向为所述第一加工轨迹在所述第一加工轨迹终点处的切线方向，所述激光器处于所述第一延伸子轨迹的起点位置时的速度为所述加工速度；
所述第二延伸子轨迹的终点为所述第二加工轨迹的起点，所述第二延伸子轨迹的方向为所述第二加工轨迹在所述第二加工轨迹起点处的切线方向，所述第二延伸子轨迹长度至少使得所述激光器沿所述第二延伸子轨迹运动至所述第二加工轨迹起点位置时的运动速度为所述加工速度；
所述过渡子轨迹的起点为所述第一延伸子轨迹的终点，所述过渡子轨迹的终点为所述第二延伸子轨迹的起点。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
相应于所述激光器沿所述延伸轨迹运动过程中，保持所述激光器为关闭状态；
相应于所述激光器沿所述加工轨迹运动过程中，保持所述激光器为开启状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据设定的开关延迟间隔以及加工速度确定长度预算值；
当所述延伸轨迹终点为所述加工轨迹起点，且所述激光器距离所述延伸轨迹终点的长度为所述长度预算值时，开启所述激光器；
当所述加工轨迹终点为所述延伸轨迹起点，且所述激光器距离所述加工轨迹终点的长度为所述长度预算值时，关闭所述激光器。
8.一种激光加工控制装置，其特征在于，所述装置包括：设置部分和运动控制部分；其中，
所述设置部分，经配置为针对待加工图样中形成拐角的加工轨迹分别设置延伸轨迹；
所述运动控制部分，经配置为控制激光器沿所述延伸轨迹运动，以使所述激光器按照设定的加工速度开始沿所述加工轨迹运动。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：状态控制部分，经配置为：相应于所述激光器沿所述延伸轨迹运动过程中，保持所述激光器为关闭状态；
相应于所述激光器沿所述加工轨迹运动过程中，保持所述激光器为开启状态。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有激光加工控制程序，所述激光加工控制程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的激光加工控制方法的步骤。
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