CN114326583A - 激光焊接设备的控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光焊接设备的控制系统及方法，包括如下步骤：S101、测试出激光焊接效果与激光功率大小和激光作用时间的关系：根据不同材料的加工件，其焊接效果与激光功率大小和激光作用时间的对应关系不同，以铜材质加工件为准，其激光焊接效果与激光功率大小和激光作用时间存在以下对应关系；S102、准备好成熟的小线段轨迹规划算法；S103、结合S101和S102计算出激光焊接功率跟随路径速度的规划算法；本发明有益效果：激光功率跟随激光焊接速度动态变化，可以在不增加硬件成本的基础上使得激光焊接工件的焊接效果更加均匀，焊接质量更加优秀，所以采用本发明算法，不仅可以生产出质量更加好的产品，还可以大大提升行业内激光焊接加工工艺制造水平。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接领域，具体是一种激光焊接设备的控制系统及方法。
背景技术
随着激光技术的发展，越来越多的激光设备被应用到工业制造中。其中激光焊接设备在现代化精密焊接方面应用广泛。
在传统的激光焊接过程中激光输出功率是固定的，激光对工件的焊接速度是变化的。所以激光在整个焊接路径中的作用时间是变化的，从而导致工件整体的焊接效果并不均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光焊接设备的控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种激光焊接设备的控制系统，包括激光控制模块、运动控制模块，所述激光控制模块与所述运动控制模块信号连接，所述激光控制模块的参数跟随运动控制模块的路径速度变化而变化。
进一步地，所述运动控制模块由机械手臂或多维运动平台构成，当激光焊接设备的控制系统工作时，多维运动平台或机械臂会将按照离线编程生成的焊接路径将激光焊接头运送到指定地点，然后激光头一边按照焊接路径移动一边按照相应速度的动态功率出光。
进一步地，所述运动控制模块在处理曲线运动轨迹时，采用的是小线段轨迹规划算法。
进一步地，所述离线编程的方式将复杂路径离散成多个小线段，由于在小线段的连接处切线方向发生突变，对小线段进行平滑处理，用光滑连续的样条曲线拟合原有路径。
进一步地，所述激光控制模块设有激光头。
此外，还提供一种激光焊接设备的控制方法，包含如上任意一项所述的激光焊接设备的控制系统，包括如下步骤：
S101：测试出激光焊接效果与激光功率大小和激光作用时间的关系；
根据不同材料的加工件，其焊接效果与激光功率大小和激光作用时间的对应关系不同，以铜材质加工件为准，其激光焊接效果与激光功率大小和激光作用时间存在以下对应关系：
Q＝K*P*T
其中：
K为比例系数；
Q为焊接质量；
P为激光功率；
T为激光作用时间(0＜T＜2s)；
S102：准备好成熟的小线段轨迹规划算法；
对未运行的一段轨迹距离进行观察，分析是否存在对当前运行产生影响的点，若存在，就根据制定的策略，预先对这些点作出处理，而规划中的速度控制主要是对轨迹的速度进行控制，在满足系统性能的情况下，通过预先判断将运行轨迹的几何性质，提前进行敏感点处速度限制，获得高效率下的速度，得出速度规划控制算法实现流程；
S103：结合S101和S102计算出激光焊接功率跟随路径速度的规划算法；
根据S102中的算法，可以计算出激光焊机轨迹中各点的速度，在具体将算法写入芯片时，于芯片将时钟作为‘心跳’来执行程序的，实际速度的变化是阶跃性的，则激光焊机的路径速度是按照间隔时间ΔT进行计算的，每一个时间间隔ΔT内的速度是相同的，由此可以得出激光焊接功率跟随路径速度的规划算法。
进一步地，所述步骤S102中，其工作流程是通过对小线段数据预处理获得待处理轨迹的几何特性，发现运动路径的突变点，并根据系统的约束条件，对突变点进行约束。
进一步地，所述步骤S102中，小线段数据预处理模块包括小线段数据模块、轨迹特征分析模块、系统约束条件模块、规划策略控制模块、加减速规划模块、轨迹插补模块，所述小线段数据模块与所述轨迹特征分析模块相连接，所述轨迹特征分析模块与所述系统约束条件模块相连接，所述轨迹特征分析模块与所述规划策略控制模块相连接，所述规划策略控制模块与所述加减速规划模块相连接，所述加减速规划模块与所述轨迹插补模块相连接，所述小线段数据模块获得轨迹特征分析模块的待处理轨迹的几何特性，若运动路径的突变点，并根据系统的约束条件，对突变点进行约束，所述轨迹特征分析模块对未运行的一段轨迹距离进行观察，分析是否存在对当前运行产生影响的点，若存在，根据规划策略控制模块，预先对当前运行产生影响的点作出处理，然而根据加减速规划模块规划中的速度控制对轨迹的速度进行控制，在满足系统性能的情况下，轨迹插补模块通过预先判断将运行轨迹的几何性质，提前进行插补敏感点处速度限制，获得高效率下的速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中激光功率跟随激光焊接速度动态变化，可以在不增加硬件成本的基础上使得激光焊接工件的焊接效果更加均匀，焊接质量更加优秀，所以采用本发明算法，不仅可以生产出质量更加好的产品，还可以大大提升行业内激光焊接加工工艺制造水平。
附图说明
图1为本发明中激光焊接设备的激光控制模块与运动控制模块的组成图；
图2为本发明中速度规划控制算法实现流程；
图3为本发明S102中小段连续运动速度曲线图；
图4为本发明中激光焊接功率跟随路径速度的规划算法计算框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，参照如图1-4所示，一种激光焊接设备的控制系统，包括激光控制模块、运动控制模块，所述激光控制模块与所述运动控制模块信号连接，所述激光控制模块的参数跟随运动控制模块的路径速度变化而变化。
优选地，所述运动控制模块由机械手臂或多维运动平台构成，当激光焊接设备的控制系统工作时，多维运动平台或机械臂会将按照离线编程生成的焊接路径将激光焊接头运送到指定地点，然后激光头一边按照焊接路径移动一边按照固定功率出光。
优选地，所述运动控制模块在处理曲线运动轨迹时，采用的是小线段轨迹规划算法。
优选地，所述离线编程的方式将复杂路径离散成多个小线段，由于在小线段的连接处切线方向发生突变，对小线段进行平滑处理，用光滑连续的样条曲线拟合原有路径。
优选地，所述激光控制模块设有激光头。
一种激光焊接设备的控制方法，包括如下步骤：
S101：测试出激光焊接效果与激光功率大小和激光作用时间的关系；
根据不同材料的加工件，其焊接效果与激光功率大小和激光作用时间的对应关系不同，以铜材质加工件为准，其激光焊接效果与激光功率大小和激光作用时间存在以下对应关系：
Q＝K*P*T
其中：
K为比例系数；
Q为焊接质量；
P为激光功率；
T为激光作用时间(0＜T＜2s)；
S102：准备好成熟的小线段轨迹规划算法；
对未运行的一段轨迹距离进行观察，分析是否存在对当前运行产生影响的点，若存在，就根据制定的策略，预先对这些点作出处理，而规划中的速度控制主要是对轨迹的速度进行控制，在满足系统性能的情况下，通过预先判断将运行轨迹的几何性质，提前进行敏感点处速度限制，获得高效率下的速度，得出速度规划控制算法实现流程；
S103：结合S101和S102计算出激光焊接功率跟随路径速度的规划算法；
根据S102中的算法，可以计算出激光焊机轨迹中各点的速度，在具体将算法写入芯片时，于芯片将时钟作为‘心跳’来执行程序的，实际速度的变化是阶跃性的，则激光焊机的路径速度是按照间隔时间ΔT进行计算的，每一个时间间隔ΔT内的速度是相同的，由此可以得出激光焊接功率跟随路径速度的规划算法。
优选地，所述步骤S102中，小线段数据预处理模块包括小线段数据模块、轨迹特征分析模块、系统约束条件模块、规划策略控制模块、加减速规划模块、轨迹插补模块，所述小线段数据模块与所述轨迹特征分析模块相连接，所述轨迹特征分析模块与所述系统约束条件模块相连接，所述轨迹特征分析模块与所述规划策略控制模块相连接，所述规划策略控制模块与所述加减速规划模块相连接，所述加减速规划模块与所述轨迹插补模块相连接，所述小线段数据模块获得轨迹特征分析模块的待处理轨迹的几何特性，若运动路径的突变点，并根据系统的约束条件，对突变点进行约束，所述轨迹特征分析模块对未运行的一段轨迹距离进行观察，分析是否存在对当前运行产生影响的点，若存在，根据规划策略控制模块，预先对当前运行产生影响的点作出处理，然而根据加减速规划模块规划中的速度控制对轨迹的速度进行控制，在满足系统性能的情况下，轨迹插补模块通过预先判断将运行轨迹的几何性质，提前进行插补敏感点处速度限制，获得高效率下的速度。
优选的，所述步骤S102中，其工作流程是通过对小线段数据预处理获得待处理轨迹的几何特性，发现运动路径的突变点，并根据系统的约束条件，对突变点进行约束，衔接点的约束值limitV就是利用轨迹特性和系统性能获得最大加速度和速度的限制，有效提高了运行的速度及轨迹的精度，经过速度前瞻算法处理后，得到小段连续运动速度曲线。
本实施例中，本算法中激光功率跟随激光焊接速度动态变化，可以在不增加硬件成本的基础上使得激光焊接工件的焊接效果更加均匀，焊接质量更加优秀，所以采用本发明算法，不仅可以生产出质量更加好的产品，还可以大大提升行业内激光焊接加工工艺制造水平。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种激光焊接设备的控制系统，其特征在于：包括激光控制模块、运动控制模块，所述激光控制模块与所述运动控制模块信号连接，所述激光控制模块的参数跟随运动控制模块的路径速度变化而变化。
2.根据权利要求1所述的激光焊接设备的控制系统，其特征在于：所述运动控制模块由机械手臂或多维运动平台构成，当激光焊接设备的控制系统工作时，多维运动平台或机械臂会按照离线编程生成的焊接路径将激光焊接头运送到指定地点，然后激光头一边按照焊接路径移动一边按照相应速度的动态功率出光。
3.根据权利要求2所述的激光焊接设备的控制系统，其特征在于：所述运动控制模块在处理曲线运动轨迹时，采用的是小线段轨迹规划算法。
4.根据权利要求2所述的激光焊接设备的控制系统，其特征在于：所述离线编程的方式将复杂路径离散成多个小线段，由于在小线段的连接处切线方向发生突变，对小线段进行平滑处理，用光滑连续的样条曲线拟合原有路径。
5.根据权利要求1所述的激光焊接设备的控制系统，其特征在于：所述激光控制模块设有激光头。
6.一种激光焊接设备的控制方法，包含权利要求1-5中的任意一项所述的激光焊接设备的控制系统，其特征在于，包括如下步骤：
S101：测试出激光焊接效果与激光功率大小和激光作用时间的关系；
根据不同材料的加工件，其焊接效果与激光功率大小和激光作用时间的对应关系不同，以铜材质加工件为准，其激光焊接效果与激光功率大小和激光作用时间存在以下对应关系：
Q＝K*P*T
其中：
K为比例系数；
Q为焊接质量；
P为激光功率；
T为激光作用时间(0＜T＜2s)；
S102：准备好成熟的小线段轨迹规划算法；
对未运行的一段轨迹距离进行观察，分析是否存在对当前运行产生影响的点，若存在，就根据制定的策略，预先对这些点作出处理，而规划中的速度控制主要是对轨迹的速度进行控制，在满足系统性能的情况下，通过预先判断将运行轨迹的几何性质，提前进行敏感点处速度限制，获得高效率下的速度，得出速度规划控制算法实现流程；
S103：结合S101和S102计算出激光焊接功率跟随路径速度的规划算法；
根据S102中的算法，可以计算出激光焊机轨迹中各点的速度，在具体将算法写入芯片时，于芯片将时钟作为‘心跳’来执行程序的，实际速度的变化是阶跃性的，则激光焊机的路径速度是按照间隔时间ΔT进行计算的，每一个时间间隔ΔT内的速度是相同的，由此可以得出激光焊接功率跟随路径速度的规划算法。
7.根据权利要求6所述的激光焊接设备的控制方法，其特征在于：所述步骤S102中，其工作流程是通过对小线段数据预处理获得待处理轨迹的几何特性，发现运动路径的突变点，并根据系统的约束条件，对突变点进行约束。
8.根据权利要求7所述的激光焊接设备的控制方法，其特征在于：所述步骤S102中，小线段数据预处理模块包括小线段数据模块、轨迹特征分析模块、系统约束条件模块、规划策略控制模块、加减速规划模块、轨迹插补模块，所述小线段数据模块与所述轨迹特征分析模块相连接，所述轨迹特征分析模块与所述系统约束条件模块相连接，所述轨迹特征分析模块与所述规划策略控制模块相连接，所述规划策略控制模块与所述加减速规划模块相连接，所述加减速规划模块与所述轨迹插补模块相连接，所述小线段数据模块获得轨迹特征分析模块的待处理轨迹的几何特性，若运动路径的突变点，并根据系统的约束条件，对突变点进行约束，所述轨迹特征分析模块对未运行的一段轨迹距离进行观察，分析是否存在对当前运行产生影响的点，若存在，根据规划策略控制模块，预先对当前运行产生影响的点作出处理，然而根据加减速规划模块规划中的速度控制对轨迹的速度进行控制，在满足系统性能的情况下，轨迹插补模块通过预先判断将运行轨迹的几何性质，提前进行插补敏感点处速度限制，获得高效率下的速度。
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