CN113319437B - 带卷激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械加工领域，公开了一种带卷激光加工方法，包括：获取工件的加工轮廓；根据加工轮廓规划路径组合，路径组合包括至少两个切割路径；根据带卷的传送速度和路径组合计算激光切割参数；根据激光切割参数控制激光切割头对带卷进行切割，以获得自带卷上切割分离的工件。本发明基于加工轮廓灵活规划路径组合，然后通过精准计算激光切割参数，无需使用预制的切割模具，即可实现了对带卷的连续加工，提高了金属板材的加工效率，降低金属板材的生产成本。

Description

带卷激光加工方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，更具体地说，是涉及一种带卷激光加工方法。
背景技术
金属带卷是一种非常常见的工业原料，可用于生产金属板材。这些金属板材大量应用在汽车工业上，如汽车的内板、外板。现有的用于加工金属带卷的设备一般为冲压落料线，如飞剪线、摇摆横切线、曲线断面等。具体的，飞剪线用于加工矩形板，摇摆横切线用于加工矩形板、梯形板、菱形板，曲线断面用于加工圆弧形、波浪形、锯齿形等。
这些设备都需要制作特定的模具。然而，特定的模具具有成本高、更换耗时长、易损耗、噪音大、板材利用率低等缺点。这些缺点在一定程度上降低了金属板材的加工效率，增加了金属板材的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带卷激光加工方法，以提高金属板材的加工效率，降低金属板材的生产成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种带卷激光加工方法，包括：
获取工件的加工轮廓；
根据所述加工轮廓规划路径组合，所述路径组合包括至少两个切割路径；
根据带卷的传送速度和所述路径组合计算激光切割参数；
根据所述激光切割参数控制激光切割头对所述带卷进行切割，以获得自所述带卷上切割分离的所述工件。
可选的，所述路径组合包括第一切割路径和第二切割路径；
所述第一切割路径包括第一起刀位置，所述第一起刀位置与所述带卷的第一边沿的距离小于带卷宽度的三分之一；
所述第二切割路径通过所述第一起刀位置连接所述第一切割路径；
在所述第一起刀位置与所述第一边沿之间仅有唯一的所述第一切割路径。
可选的，所述第一起刀位置与所述带卷的第一边沿的距离为8-30mm。
可选的，所述根据所述加工轮廓规划路径组合，包括：
判断所述加工轮廓的第一指定宽度是否与所述带卷宽度相等；
若所述加工轮廓的第一指定宽度与所述带卷宽度相等，沿Y方向设置所述路径组合，所述Y方向与所述带卷的运动方向垂直。
可选的，所述根据所述加工轮廓规划路径组合，包括：
判断所述加工轮廓的第二指定宽度是否为所述带卷宽度的N分之一，N为大于或等于2的正整数；
若所述加工轮廓的第二指定宽度为所述带卷宽度的N分之一，设置所述路径组合，所述路径组合包括沿X方向设置的第一子路径组合，沿Y方向设置的第二子路径组合，所述X方向与所述带卷的运动方向平行，所述Y方向与所述带卷的运动方向垂直。
可选的，所述激光切割参数包括与所述切割路径关联的起刀位置和动态切割速度。
可选的，所述根据带卷的传送速度和所述路径组合计算激光切割参数，包括：
根据所述传送速度和所述切割路径的切割时间点计算位移偏量，根据所述位移偏量和初始起刀位置计算所述起刀位置；
根据所述传送速度和所述切割路径的静态切割速度计算所述动态切割速度，所述动态切割速度为所述传送速度与所述静态切割速度的矢量和。
可选的，在控制所述激光切割头对带卷进行加工时，启动随动模式；
当所述激光切割头距离所述带卷边沿第一指定距离时，关闭所述随动模式；
且所述激光切割头抵达所述带卷边沿后，按原运动方向继续移动第二指定距离。
可选的，所述第一指定距离3-5mm，所述第二指定距离为3-5mm。
可选的，所述传送速度大于零。
本发明提供的带卷激光加工方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的带卷激光加工方法，可以基于加工轮廓灵活规划路径组合，然后通过精准计算激光切割参数，无需使用预制的切割模具，即可实现了对带卷的连续加工，提高了金属板材的加工效率，降低金属板材的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，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带卷激光加工方法的流程示意图；
图2为本发明多个示例性的加工轮廓；
图3为与图2-a对应的路径组合示意图；
图4为本发明实施例提供的在带卷上叠加多个加工轮廓后的示意图；
图5为本发明另一实施例提供的在带卷上叠加多个加工轮廓后的示意图；
图6为与图4对应的路径组合示意图；
图7为与图5对应的路径组合示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1，现对本发明提供的带卷激光加工方法进行说明。所述带卷激光加工方法，包括：
S10、获取工件的加工轮廓；
S20、根据所述加工轮廓规划路径组合，所述路径组合包括至少两个切割路径；
S30、根据带卷的传送速度和所述路径组合计算激光切割参数；
S40、根据所述激光切割参数控制激光切割头对所述带卷进行切割，以获得自所述带卷上切割分离的所述工件。
本实施例中，工件可以指在带卷上按照预设的加工轮廓切割出的板材。加工轮廓可以根据实际需要进行规划。如图2所示，图2为示例性的六种加工轮廓，分别为a、b、c、d、e、f。
不同的加工轮廓可以设置不同的路径组合。如图3所示，图3为基于图2-a的加工轮廓所规划的路径组合。路径组合包括按顺序排列的切割路径1-8。其中，切割路径1、2的起刀位置为位置点01，切割路径5、6的起刀位置为位置点02。而切割路径3、4、7、8的起刀位置则是顺接上一切割路径的切割终点。在规划路径组合时，尽量使加工轮廓的边与带卷的边沿重合，以减少切割作业量。
可以根据带卷的传送速度和路径组合计算激光切割参数。激光切割参数包括但不限于各个切割路径的起刀位置、切割速度和切割距离。路径组合包括了每一切割路径的起刀位置(若某一切割路径顺接上一切割路径的切割终点，如图3的路径2至路径3，则可以沿用上一切割路径的切割终点)，每一切割路径的长度。同时还要结合激光切割头的初始切割速度(不同功率下，其初始切割速度也存在差异)，以确定各个切割速度。可以基于切割路径的初始起刀位置，结合带卷的传送速度、切割距离(可以折合成切割路径的切割时间)等确定出起刀位置。在此处，切割速度包括了激光切割头的速率大小和方向。在一些情况下，带卷的传送速度可以为零。
可以基于计算获得的激光切割参数，控制激光切割头对带卷进行加工，以获得所需要的工件。在如图3的示例中，可以将工件的加工过程分解为若干个重复的任务，如任务1、任务2、任务3，……，以批量生产所需要的工件。生产的工件的数量大约为(2N-1)个，其中，N为任务数。任务1与任务2之间的距离为930mm。
可选的，所述路径组合包括第一切割路径和第二切割路径；
所述第一切割路径包括第一起刀位置，所述第一起刀位置与所述带卷的第一边沿的距离小于带卷宽度的三分之一；
所述第二切割路径通过所述第一起刀位置连接所述第一切割路径；
在所述第一起刀位置与所述第一边沿之间仅有唯一的所述第一切割路径。
本实施例中，在规划路径组合时，需保证工件之间完全分离。因而，可以在切割时，先向边沿切一刀，保证工件之间不粘连。在此处，第一边沿指的是靠近第一起刀位置的边沿。第一起刀位置可以设置在靠近第一边沿的位置，如，第一起刀位置与第一边沿的距离小于带卷宽度的三分之一。而第一切割路径指的是从第一起刀位置指向第一边沿的路径，如图3的切割路径1和切割路径5。在切割路径1中，第一起刀位置为位置点01，第一边沿为带卷的下边沿。在切割路径5中，第一起刀位置为位置点02，第一边沿为带卷的上边沿。第二切割路径可以指切割路径2和切割路径6。路径组合中除了第一切割路径、第二切割路径外，还可以包括其它切割路径，如图3中的切割路径3、4、7、8。
可选的，所述第一起刀位置与所述带卷的第一边沿的距离为8-30mm。
可以根据实际需要设置第一起刀位置与带卷的第一边沿之间的距离。在一些情况下，第一起刀位置与带卷的第一边沿的距离可以是8-30mm。在一实例中，该距离可以设置为10mm。
可选的，所述根据所述加工轮廓规划路径组合，包括：
判断所述加工轮廓的第一指定宽度是否与所述带卷宽度相等；
若所述加工轮廓的第一指定宽度与所述带卷宽度相等，沿Y方向设置所述路径组合，所述Y方向与所述带卷的运动方向垂直。
本实施例中，第一指定宽度可以指加工轮廓在第一指定角度(可以根据实际情况设置)下，上边沿与下边沿之间的距离。如图2中的a、b、c、d。为了最大化地利用带卷，减少废料的产出，当第一指定宽度与带卷宽度相等，可以沿Y方向设置路径组合。如图3中的切割路径1-4沿Y方向设置，切割路径5-8也是沿Y方向设置。Y方向指的是与带卷的运动方向垂直的方向。各个切割路径沿着Y方向设置，但并不是说，每个切割路径都与Y方向平行。而是说，在这些切割路径中，与Y方向所成角度为锐角的路径的长度，大于与Y方向所成角度为钝角的路径的长度。
可选的，所述根据所述加工轮廓规划路径组合，包括：
判断所述加工轮廓的第二指定宽度是否为所述带卷宽度的N分之一，N为大于或等于2的正整数；
若所述加工轮廓的第二指定宽度为所述带卷宽度的N分之一，设置所述路径组合，所述路径组合包括沿X方向设置的第一子路径组合，沿Y方向设置的第二子路径组合，所述X方向与所述带卷的运动方向平行，所述Y方向与所述带卷的运动方向垂直。
本实施例中，第二指定宽度指的是加工轮廓在第二指定角度(可以根据实际情况设置)下，按一定方式叠加后的平均宽度。如图4和图5所示，图4和图5的加工轮廓的第二指定宽度，均为带卷宽度的二分之一。此时可以将两个加工轮廓叠加在一起，以最大化地利用带卷。
图6为与图4对应的路径组合。在图6的路径组合中，第一子路径组合包括沿X方向设置的切割路径3，第二子路径组合包括沿Y方向设置的切割路径1和2。在进行切割时，第一子路径组合的起刀位置可以是第一起刀位置，第二子路径组合的起刀位置可以是第二起刀位置。
图7为与图5对应的路径组合。在图7的路径组合中，第一子路径组合包括沿X方向设置的切割路径3、4、5，第二子路径组合包括沿Y方向设置的切割路径1、2、6。
可选的，所述激光切割参数包括与所述切割路径关联的起刀位置和动态切割速度。
本实施例中，激光切割参数包括与切割路径关联的起刀位置和动态切割速度。起刀位置指的是激光切割头开始进行切割的位置。起刀位置包括第一起刀位置和第二起刀位置。第一起刀位置可以指第一子路径组合的起刀位置，第二起刀位置可以指第二子路径组合的起刀位置。在一些实例中，起刀位置可能仅包括第一起刀位置，如图3的示例，也可能同时包括第一起刀位置和第二起刀位置，如图6和图7的示例。动态切割速度指的是带卷传送速度不为零时，激光切割头的移动速度。
可选的，所述根据带卷的传送速度和所述路径组合计算激光切割参数，包括：
根据所述传送速度和所述切割路径的切割时间点计算位移偏量，根据所述位移偏量和初始起刀位置计算所述起刀位置；
根据所述传送速度和所述切割路径的静态切割速度计算所述动态切割速度，所述动态切割速度为所述传送速度与所述静态切割速度的矢量和。
本实施例中，初始起刀位置指的是在加工轮廓中，激光切割头开始切割的位置的坐标，可以表示为(x0，y0)。切割路径的切割时间点指的是，激光切割头从其他位置移动到起刀位置时所耗费的时间，可以表示为Δt。带卷的传送速度为v，则位移偏量为：Δx＝v·Δt。起刀位置的坐标可以表示为：
x＝Δx+x0＝v·Δt+x0；
y＝y0。
切割路径的静态切割速度为v0，则动态切割速度可以表示为：
vd＝v0+v。
这样可以保持带卷持续供料，而激光切割头基于动态切割速度和起刀位置对带卷进行连续地加工，大大提高了带卷的加工效率。
可选的，在控制所述激光切割头对带卷进行加工时，启动随动模式；
当所述激光切割头距离所述带卷边沿第一指定距离时，关闭所述随动模式；
且所述激光切割头抵达所述带卷边沿后，按原运动方向继续移动第二指定距离。
由于激光加工为非接触式加工，为了加工得到高质量的工件，一般采用一个电容传感器作为信号源，来保持激光头焦点位置的运动平面与带卷平面始终平行的状态，此功能通常称之为激光切割头的随动模式。启动随动模式时，激光切割头随着带卷、板材的不平整度而上下运动。关闭随动模式时，激光切割头按原有的高度运动。
为了将使工件完全分段，必须使得激光切割头切出带卷边沿。当激光切割头移出带卷区域，其下方无法检测到带卷，此时电容式传感器信号源检测到的电容值发生突变，导致发出使激光切割头向下运动的信号。此时非常容易产生激光切割头碰撞支撑装置的问题，轻则会直接撞坏切割头的陶瓷环、割嘴，严重的会损坏切割头。因而，在接近带卷边沿第一指定距离时，需要关闭随动模式。而当激光切割头抵达带卷边沿后，按原运动方向继续移动第二指定距离，保证工件完全分段。
可选的，所述第一指定距离3-5mm，所述第二指定距离为3-5mm。
在一实例中，第一指定距离3-5mm，如可以是3mm。第二指定距离为3-5mm，如可以是5mm。
可选的，所述传送速度大于零。
本实施例提供的带卷加工方法，适用于带卷处于运动状态的情况。也就说，本实施例可以实现对带卷的连续加工，提高加工效率。
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 (8)

1.一种带卷激光加工方法，其特征在于，包括：
获取工件的加工轮廓；
根据所述加工轮廓规划路径组合，所述路径组合包括至少两个切割路径；
根据带卷的传送速度和所述路径组合计算激光切割参数；所述激光切割参数包括与所述切割路径关联的起刀位置和动态切割速度；
根据所述激光切割参数控制激光切割头对所述带卷进行切割，以获得自所述带卷上切割分离的所述工件；
其中，所述路径组合包括第一切割路径和第二切割路径；
所述第一切割路径包括第一起刀位置，所述第一起刀位置与所述带卷的第一边沿的距离小于带卷宽度的三分之一；所述第一边沿指的是靠近第一起刀位置的边沿；所述第一切割路径指的是从第一起刀位置指向第一边沿的路径；
所述第二切割路径通过所述第一起刀位置连接所述第一切割路径；
在所述第一起刀位置与所述第一边沿之间仅有唯一的所述第一切割路径。
2.如权利要求1所述的带卷激光加工方法，其特征在于，所述第一起刀位置与所述带卷的第一边沿的距离为8-30mm。
3.如权利要求1所述的带卷激光加工方法，其特征在于，所述根据所述加工轮廓规划路径组合，包括：
判断所述加工轮廓的第一指定宽度是否与所述带卷宽度相等；
若所述加工轮廓的第一指定宽度与所述带卷宽度相等，沿Y方向设置所述路径组合，所述Y方向与所述带卷的运动方向垂直。
4.如权利要求1所述的带卷激光加工方法，其特征在于，所述根据所述加工轮廓规划路径组合，包括：
判断所述加工轮廓的第二指定宽度是否为所述带卷宽度的N分之一，N为大于或等于2的正整数；
若所述加工轮廓的第二指定宽度为所述带卷宽度的N分之一，设置所述路径组合，所述路径组合包括沿X方向设置的第一子路径组合，沿Y方向设置的第二子路径组合，所述X方向与所述带卷的运动方向平行，所述Y方向与所述带卷的运动方向垂直。
5.如权利要求1所述的带卷激光加工方法，其特征在于，所述根据带卷的传送速度和所述路径组合计算激光切割参数，包括：
根据所述传送速度和所述切割路径的切割时间点计算位移偏量，根据所述位移偏量和初始起刀位置计算所述起刀位置；
根据所述传送速度和所述切割路径的静态切割速度计算所述动态切割速度，所述动态切割速度为所述传送速度与所述静态切割速度的矢量和。
6.如权利要求1所述的带卷激光加工方法，其特征在于，在控制所述激光切割头对带卷进行加工时，启动随动模式；
当所述激光切割头距离所述带卷边沿第一指定距离时，关闭所述随动模式；
且所述激光切割头抵达所述带卷边沿后，按原运动方向继续移动第二指定距离。
7.如权利要求6所述的带卷激光加工方法，其特征在于，所述第一指定距离3-5mm，所述第二指定距离为3-5mm。
8.如权利要求1所述的带卷激光加工方法，其特征在于，所述传送速度大于零。
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