CN114393296B - 一种激光重复组合轨迹的功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光重复组合轨迹的功率控制方法，包括以下步骤：沿焊缝的中心线确定基准线，根据焊缝的不同形状配置相对应的图形大小来覆盖焊缝的宽度；根据单个图形长度配置相对应的功率曲线；激光光斑沿图形的轨迹运动，与此同时，图形整体以图形中心沿基准线行进方向进行运动，形成复合曲线路径的运动轨迹；将单个图形所对应功率曲线复制到其他重复的图形中，形成复合曲线上连续的功率曲线；将每个图形循环周期的功率曲线独立为一个控制单元；以单个控制单元作为激光重复组合轨迹的功率修改的基准单元，对连续复合曲线进行功率曲线复制展开的方式，进行复杂复合曲线的功率控制，从而实现复杂复合曲线的功率输出，更加均匀和精确。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体是一种激光重复组合轨迹的功率控制方法。
背景技术
激光器输出的光束，可通过运动部件改变光路传输路径，从而实现光斑在目标加工物上的移动。通常采用并行IO信号、PWM脉宽、模拟量数值、通信等手段，实现激光器的功率调整。调整的参照系统，主要有以下两种：
1.以时间为参照，根据当前时刻，设置相应的激光器功率；
2.以距离为参照，根据光斑移动轨迹的位置，设置对应的激光器功率。
在激光焊接应用中，为了解决焊缝宽度较宽而激光光斑较小的矛盾，需要以类似摆动的运动轨迹，扩大激光光斑的覆盖范围。由于轨迹和热扩散区的叠加，这使得传统的功率调制手段，难以精确控制功率输出的密度。
发明内容
为克服背景技术中传统的功率调制手段，难以精确控制功率输出的密度的缺点，本发明的目的在于提供一种激光重复组合轨迹的功率控制方法。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种激光重复组合轨迹的功率控制方法，包括以下步骤：
步骤一：沿焊缝的中心线确定基准线，根据焊缝的不同形状配置相对应的图形大小来覆盖焊缝的宽度；
步骤二：根据单个图形长度配置相对应的功率曲线；
步骤三：激光光斑沿图形的轨迹运动，与此同时，图形整体以图形中心沿基准线行进方向进行运动，形成复合曲线路径的运动轨迹；
步骤四：将单个图形所对应功率曲线复制到其他重复的图形中，形成复合曲线上连续的功率曲线；
步骤五：将每个图形循环周期的功率曲线独立为一个控制单元；以单个控制单元作为激光重复组合轨迹的功率修改的基准单元，所述控制单元是指根据功率曲线调整激光器功率的软件逻辑。
在一些可能的实施方式中，所述图形与基准线的运动方向保持一致。
在一些可能的实施方式中，所述基准线为复合曲线的中心线，是复合曲线整体的运动趋势轨迹。
在一些可能的实施方式中，所述焊缝宽度与图形大小的适配是通过图形的几何缩放来实现的。
在一些可能的实施方式中，所述基准线不为直线时，图形在基准线转弯时的旋转过程中在相邻图形之间出现叠加和延伸，通过改变对应叠加和延伸点长度的功率来改变叠加和延伸部分的能量。
在一些可能的实施方式中，所述基准线的方向发生改变时，要同时按照旋转角度偏移，同步偏移功率曲线的起始运行点；
设定所述功率曲线起始运行点偏移量M满足以下公式：
其中，L为功率曲线参考的图形轨迹长度，A为基准线当前运行方向与平面X轴正向角度。
在一些可能的实施方式中，所述复合曲线通过基准线运行轨迹步长和图形运行轨迹步长复合叠加，所述基准线运行轨迹步长指的是单位时间内基准线的前进速度，即整个复合曲线的运行速度，所述图形运行轨迹步长指的是单位时间内图形的重复速度。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述的一种激光重复组合轨迹的功率控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：将每个图形循环周期的功率曲线独立为一个控制单元。即在单个图形的范围内，按照对应的轨迹长度或加工时间做为参考进行功率输出，当复合运动进入下一个图形单元时，重复进行前面的功率曲线适配过程，通过不断复制控制单元的过程，可以解决复杂复合曲线的功率控制问题，从而实现复杂复合曲线的功率输出，更加均匀和精确。
附图说明
图1是本申请具体实施方式中基准线、图形和复合曲线示意图；
图2是本申请具体实施方式中圆形对应的控制单元功率曲线示意图；
图3是本申请具体实施方式中圆形不断复制在复合曲线上连续的功率曲线示意图；
图4是本申请具体实施方式中图形为圆形，基准线为直线，基准线方向向右，复合曲线上连续的功率曲线示意图；
图5是本申请具体实施方式中图形为圆形，基准线为直线，基准线方向向右，复合曲线上连续的功率曲线示意图；
图6是本申请具体实施方式中图形为圆形，基准线为直线，基准线方向向下，复合曲线上连续的功率曲线示意图；
图7是本申请具体实施方式中图形为圆形，基准线为直线，基准线方向向左，复合曲线上连续的功率曲线示意图；
图8是本申请具体实施方式中实施例复合曲线轨迹示意图；
图9是本申请具体实施方式中传统的功率曲线设置方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
复合轨迹的功率输出，是线轨迹功率的不断叠加而产生的。激光的能量传递，是由被加工物对光能的吸收和热量扩散实现的。因此不同激光功率会产生不同的叠加效果。
轨迹能量输出的叠加，会使局部的能量分布不均衡，使熔池波动更加剧烈，易产生加工缺陷。参照图2所示，传统的功率曲线设置方式，是按照线功率设置的，很难应对复杂复合曲线的功率控制调整。
参照附图1所示，一种激光重复组合轨迹的功率控制方法，包括以下步骤：
步骤一：沿焊缝的中心线确定基准线，根据焊缝的不同形状配置相对应的图形大小来覆盖焊缝的宽度；焊缝宽度与图形大小的适配是通过图形的几何缩放来实现的，为了对焊缝的形状进行更好、更快捷的适配。
步骤二：根据单个图形长度配置相对应的功率曲线；激光光斑的输出功率与其运动轨迹的结合就变成了线功率的概念，此处的功率曲线主要也指线功率。
步骤三：激光光斑沿图形的轨迹运动，与此同时，图形整体以图形中心沿基准线行进方向进行运动，形成复合曲线路径的运动轨迹；图形与基准线的运动方向保持一致，这是为了保证激光光斑的运动的轨迹与焊缝的形状重合在一起。基准线为复合曲线的中心线，是复合曲线整体的运动趋势轨迹。
参照附图7所示，复合曲线通过基准线运行轨迹步长和图形运行轨迹步长复合叠加，所述基准线运行轨迹步长指的是单位时间内基准线的前进速度，即整个复合曲线的运行速度，所述图形运行轨迹步长指的是单位时间内图形的重复速度。1图形基线是一个圆形轨迹，2基线是一个匀速直线轨迹，3复合曲线是前两个轨迹按照分别的运行步长复合的实际效果。
步骤四：将单个图形所对应功率曲线复制到其他重复的图形中，形成复合曲线上连续的功率曲线。
步骤五：将每个图形循环周期的功率曲线独立为一个控制单元；以单个控制单元作为激光重复组合轨迹的功率修改的基准单元，所述控制单元是指根据功率曲线调整激光器功率的软件逻辑。
圆环摆动轨迹中，图形与基准线运行方向一致的复合轨迹部分，激光轨迹多次叠加，能量密度比另一侧更高。当图形为圆形时，规定圆形上方最高点为起点，轨迹运行方式为逆时针，则圆形对应的控制单元功率曲线参照附图3所示，和将圆形所对应功率曲线复制到其他重复的圆形中，形成复合曲线上连续的功率曲线参照附图4所示。
复合曲线上连续的功率曲线中激光器累计输出的功的计算公式为：
，
其中S为复合曲线的展开长度；
V为激光光斑沿复合曲线轨迹运行的速度，；
W为激光器累计输出的功；
P为激光输出的瞬时功率，；
t为激光光斑运行的时间；
当保持S和V不变时，调整P可以达到改变W的目的，这也是功率曲线的设计目的，通过改变对应长度S的功率值，则对应点的W发生变化。
基准线不为直线时，图形在基准线转弯时的旋转过程中在相邻图形之间出现叠加和延伸，这些叠加和延伸的轨迹，需要对功率进行平滑过渡处理，通过改变对应叠加和延伸点长度的功率来改变叠加和延伸部分的能量。
示例中复合曲线产生了叠加，如果不进行P的调整，叠加部分的能量W也会成倍叠加。因此需要降低叠加部分的W值，因此需要降低对应叠加点长度S处的功率P。
基准线的方向发生改变时，要同时按照旋转角度偏移，同步偏移功率曲线的起始运行点；设定所述功率曲线起始运行点偏移量M满足以下公式：
其中，L为功率曲线参考的图形轨迹长度，A为基准线当前运行方向与平面X轴正向角度。
由于复合曲线的重合分布，始终遵循图形与基准线运行同方向部分，重叠区域较多的现象，重叠区域是指曲线交点较多曲线密度比较高的区域。如果是恒定功率输出，重叠区域的能量W就会过高。因此调整功率曲线，主要目的是平衡能量分布。因此当基准线的方向发生改变时，要同时按照旋转角度偏移，同步偏移功率曲线的起始运行点。
图形为圆形，基准线为直线，参照附图4所示，基准线方向向右，此时70%功率输出点，对应图形轨迹的中点位置。参照附图5所示，基准线方向向下，此时70%功率输出点，对应基准线的1/4轨迹处。参照附图6所示，基准线方向向左，此时70%功率输出点，对应基准线的0点位置。
实施例
参照附图8所示，设定一条焊缝基准线为50mm长，抖动宽度2mm，重叠距离1mm，则软件生成49个螺旋图案。修改其中一个螺旋图案的功率曲线，然后自动应用到其余48个图案中，实现一个根据螺旋线总长，周期变化的功率输出曲线。
当需要调整整条曲线的功率曲线时，只需要修改1次即可。而不需要依次修改49个螺旋图案对应的功率设定。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述的一种激光重复组合轨迹的功率控制方法的步骤。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种激光重复组合轨迹的功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：沿焊缝的中心线确定基准线，根据焊缝的不同形状配置相对应的图形大小来覆盖焊缝的宽度；
步骤二：根据单个图形长度配置相对应的功率曲线；
步骤三：激光光斑沿图形的轨迹运动，与此同时，图形整体以图形中心沿基准线行进方向进行运动，形成复合曲线路径的运动轨迹；
步骤四：将单个图形所对应功率曲线复制到其他重复的图形中，形成复合曲线上连续的功率曲线；
步骤五：将每个图形循环周期的功率曲线独立为一个控制单元；以单个控制单元作为激光重复组合轨迹的功率修改的基准单元，所述控制单元是指根据功率曲线调整激光器功率的软件逻辑。
2.根据权利要求1所述的一种激光重复组合轨迹的功率控制方法，其特征在于：所述图形与基准线的运动方向保持一致。
3.根据权利要求1所述的一种激光重复组合轨迹的功率控制方法，其特征在于：所述基准线为复合曲线的中心线，是复合曲线整体的运动趋势轨迹。
4.根据权利要求1所述的一种激光重复组合轨迹的功率控制方法，其特征在于：所述焊缝宽度与图形大小的适配是通过图形的几何缩放来实现的。
5.根据权利要求1所述的一种激光重复组合轨迹的功率控制方法，其特征在于：所述基准线不为直线时，图形在基准线转弯时的旋转过程中在相邻图形之间出现叠加和延伸，通过改变对应叠加和延伸点长度的功率来改变叠加和延伸部分的能量。
6.根据权利要求1所述的一种激光重复组合轨迹的功率控制方法，其特征在于：所述基准线的方向发生改变时，要同时按照旋转角度偏移，同步偏移功率曲线的起始运行点；
设定所述功率曲线起始运行点偏移量M满足以下公式：
，
其中，L为功率曲线参考的图形轨迹长度，A为基准线当前运行方向与平面X轴正向角度。
7.根据权利要求1所述的一种激光重复组合轨迹的功率控制方法，其特征在于：所述复合曲线通过基准线运行轨迹步长和图形运行轨迹步长复合叠加，所述基准线运行轨迹步长指的是单位时间内基准线的前进速度，即整个复合曲线的运行速度，所述图形运行轨迹步长指的是单位时间内图形的重复速度。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的一种激光重复组合轨迹的功率控制方法的步骤。
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