CN114472924B - 激光路径规划方法、系统、计算机及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光路径规划方法、系统、计算机及可读存储介质，该方法包括按照预设形状在目标构件的待加工表面进行最大程度的划分后，再按照预设形状对剩余表面进行划分，以划分成若干加工区域；将第一激光点和第二激光点分别置于加工区域的其中一组相对角处，并将第一激光点和第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描；将第一激光点和第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将第一激光点和第二激光点再次进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描。本申请通过采用双激光进行扫描，并采取横纵结合扫描的方法可以有效的减少温度梯度，达到大幅降低残余应力的效果。

Description

激光路径规划方法、系统、计算机及可读存储介质
技术领域
本发明涉及激光增材制造技术领域，特别涉及一种激光路径规划方法、系统、计算机及可读存储介质。
背景技术
增材制造(Additive manufacturing，AM)技术，在20世纪70年代提出，经过半个世纪的研究和发展，在整体上已经是一个较为成熟，并且能够很好地进行实际应用的技术。增材制造技术在制造形状复杂的零部件方面有着快速、自由成型的特点，能够完成传统制造方法无法完成的结构复杂的零部件加工，简化加工工序，提高生产效率，缩短生产周期。
与传统的“减材”或者“去材”技术相比，“增材”是主要的区分点，增材制造技术能够克服传统的减材制造对原材料的大量浪费，同时拥有细化晶粒，易实现柔性加工等优点，已逐渐成为复杂结构件快速成形技术的首选。
现有的大型整体结构部件在激光沉积成形过程中的应力和应变控制和残余应力控制是影响激光沉积结果的关键因素，在激光沉积成形过程中，在经历高能激光束的长期周期性地剧烈加热和冷却、移动熔池在池底约束下的快速凝固收缩及其伴生的短时非平衡循环固态相变后，零件内部产生很大的，同时也是非常复杂的热应力、组织应力和机械约束力，各种复杂的内部应力相互作用成为残余应力，该残余应力严重时会导致零部件发生变形甚至开裂。
因此，针对现有技术的不足，提供一种能够降低残余应力的方法很有必要。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种激光路径规划方法、系统、计算机及可读存储介质，以解决现有技术在激光增材制造的过程中，会产生较大残余应力的问题。
本发明实施例第一方面提出了一种激光路径规划方法，所述方法包括：
按照预设形状在目标构件的待加工表面进行最大程度的划分后，再按照所述预设形状对剩余表面进行划分，以将所述待加工表面划分成若干加工区域，所述预设形状为矩形或者平行四边形；
将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描，所述第一激光点和所述第二激光点的功率大小与所述扫描速度的大小保持一致；
在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描，所述第一对角区域和所述第二对角区域组成所述加工区域。
本发明的有益效果是：通过首先按照预设形状在目标构件的待加工表面进行划分，以在上述代加工表面划分出若干个加工区域，进一步的，将第一激光点和第二激光点分别置于上述加工区域的其中一组相对角处，并将上述第一激光点和上述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描，并且在第一激光点和第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，将上述第一激光点和上述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将上述第一激光点和上述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描。本申请通过采用双激光进行扫描，能够向加工区域输入更大的能量，与此同时，采取横纵结合扫描的方法可以有效的减少温度梯度，达到大幅降低残余应力的效果。
优选的，所述将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描的步骤之前，所述方法还包括：
计算出所述加工区域中的单位面积内能量输入的饱和度；
计算出每一所述激光点所扫描出的相邻光线之间的搭接率，以保证能量输入的一致性，其中，计算所述搭接率的公式为：
Figure BDA0003467068390000031
其中，PL表示激光功率，v表示激光移动速度，dL表示激光光斑直径，s为激光相邻道数距离，且20J/mm3≤Energy Density≤60J/mm3。
优选的，当所述加工区域为矩形时；
所述将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描的步骤包括：
将所述第一激光点和所述第二激光点分别置于所述加工区域的一组相对角处；
将所述第一激光点和所述第二激光点均按照所述预设扫描速度分别沿+y轴方向和－y轴方向进行往复相对移动；
当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到y/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴和－x轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿－y轴方向和+y轴方向进行往复相对移动。
优选的，当所述加工区域为矩形时；
所述在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描的步骤包括：
在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的所述第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点的扫描方向分别调整为－x轴方向以及+x轴方向；
当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到x/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+y轴和－y轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴方向和－x轴方向进行往复相对移动，以完成对所述加工区域的往复扫描。
优选的，所述方法还包括：
在COMSOL中建立出三维瞬态残余应力场模型；
基于所述三维瞬态残余应力场模型对扫描完成的目标构件进行残余应力分析，以计算出当前所述目标构件中的残余应力的大小。
本发明实施例第二方面提出了一种激光路径规划系统，所述系统包括：
划分模块，用于按照预设形状在目标构件的待加工表面进行最大程度的划分后，再按照所述预设形状对剩余表面进行划分，以将所述待加工表面划分成若干加工区域，所述预设形状为矩形或者平行四边形；
第一加工模块，用于将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描，所述第一激光点和所述第二激光点的功率大小与所述扫描速度的大小保持一致；
第二加工模块，用于在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描，所述第一对角区域和所述第二对角区域组成所述加工区域。
其中，上述激光路径规划系统中，所述激光路径规划系统还包括计算模块，所述计算模块具体用于：
计算出所述加工区域中的单位面积内能量输入的饱和度；
计算出每一所述激光点所扫描出的相邻光线之间的搭接率，以保证能量输入的一致性，其中，计算所述搭接率的公式为：
Figure BDA0003467068390000041
其中，PL表示激光功率，v表示激光移动速度，dL表示激光光斑直径，s为激光相邻道数距离，且20J/mm3≤Energy Density≤60J/mm3。
其中，上述激光路径规划系统中，当所述加工区域为矩形时；
所述第一加工模块具体用于：
将所述第一激光点和所述第二激光点分别置于所述加工区域的一组相对角处；
将所述第一激光点和所述第二激光点均按照所述预设扫描速度分别沿+y轴方向和－y轴方向进行往复相对移动；
当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到y/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴和－x轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿－y轴方向和+y轴方向进行往复相对移动。
其中，上述激光路径规划系统中，当所述加工区域为矩形时；
所述第二加工模块具体用于：
在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的所述第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点的扫描方向分别调整为－x轴方向以及+x轴方向；
当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到x/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+y轴和－y轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴方向和－x轴方向进行往复相对移动，以完成对所述加工区域的往复扫描。
其中，上述激光路径规划系统中，所述激光路径规划系统还包括分析模块，所述分析模块具体用于：
在COMSOL中建立出三维瞬态残余应力场模型；
基于所述三维瞬态残余应力场模型对扫描完成的目标构件进行残余应力分析，以计算出当前所述目标构件中的残余应力的大小。
本发明实施例第三方面提出了一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上面所述的激光路径规划方法。
本发明实施例第四方面提出了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上面所述的激光路径规划方法。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的激光路径规划方法的流程图；
图2为本发明第二实施例提供的激光路径规划后的目标构件的残余应力分布云图；
图3为本发明第二实施例提供的激光路径规划函数的坐标示意图；
图4为本发明第三实施例提供的激光路径规划系统的结构框图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
现有的大型整体结构部件在激光沉积成形过程中的应力和应变控制和残余应力控制是影响激光沉积结果的关键因素，在激光沉积成形过程中，在经历高能激光束的长期周期性地剧烈加热和冷却、移动熔池在池底约束下的快速凝固收缩及其伴生的短时非平衡循环固态相变后，零件内部产生很大的，同时也是非常复杂的热应力、组织应力和机械约束力，各种复杂的内部应力相互作用成为残余应力，该残余应力严重时会导致零部件发生变形甚至开裂。
请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的激光路径规划方法，该激光路径规划方法通过采用双激光进行扫描，能够向加工区域输入更大的能量，与此同时，采取横纵结合扫描的方法可以有效的减少温度梯度，达到大幅降低残余应力的效果。
具体的，本实施例提供的激光路径规划方法具体包括以下步骤：
步骤S10，按照预设形状在目标构件的待加工表面进行最大程度的划分后，再按照所述预设形状对剩余表面进行划分，以将所述待加工表面划分成若干加工区域，所述预设形状为矩形或者平行四边形；
具体的，在本实施例中，首先需要说明的是，在对目标构件进行加工前，首先需要按照预设的矩形或者平行四边形在目标构件的待加工表面划分出加工区域，优选的，在本实施例中，优先采用矩形进行加工区域的划分。
具体的，在本实施例中，在目标构件的待加工表面进行最大程度的划分后，再按照上述预设形状对剩余表面进行划分，以将上述待加工表面划分成若干加工区域。
步骤S20，将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描，所述第一激光点和所述第二激光点的功率大小与所述扫描速度的大小保持一致；
进一步的，在本实施例中，当通过上述步骤S10在目标构件的待加工表面划分出了若干个加工区域过后，此时将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描，所述第一激光点和所述第二激光点的功率大小与所述扫描速度的大小保持一致。
步骤S30，在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描，所述第一对角区域和所述第二对角区域组成所述加工区域。
最后，在本步骤中，当通过上述步骤S20完成了对当前加工区域的第一对角区域的扫描过后，进一步的，在本步骤中，将所述第一激光点和所述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描，所述第一对角区域和所述第二对角区域组成所述加工区域。
使用时，通过首先按照预设形状在目标构件的待加工表面进行划分，以在上述代加工表面划分出若干个加工区域，进一步的，将第一激光点和第二激光点分别置于上述加工区域的其中一组相对角处，并将上述第一激光点和上述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描，并且在第一激光点和第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，将上述第一激光点和上述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将上述第一激光点和上述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描。本申请通过采用双激光进行扫描，能够向加工区域输入更大的能量，与此同时，采取横纵结合扫描的方法可以有效的减少温度梯度，达到大幅降低残余应力的效果。
需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本申请的可实施性，但这并不代表本申请的激光路径规划方法只有上述唯一一种实施流程，相反的，只要能够将本申请的激光路径规划方法实施起来，都可以被纳入本申请的可行实施方案。
综上，本发明上述实施例提供的激光路径规划方法通过采用双激光进行扫描，能够向加工区域输入更大的能量，与此同时，采取横纵结合扫描的方法可以有效的减少温度梯度，达到大幅降低残余应力的效果。
另外，本发明第二实施例也提供了一种激光路径规划方法，本实施例提供的激光路径规划方法具体包括以下步骤：
步骤S11，按照预设形状在目标构件的待加工表面进行最大程度的划分后，再按照所述预设形状对剩余表面进行划分，以将所述待加工表面划分成若干加工区域，所述预设形状为矩形或者平行四边形；
具体的，在本实施例中，首先需要说明的是，在对目标构件进行加工前，首先需要按照预设的矩形或者平行四边形在目标构件的待加工表面划分出加工区域，优选的，在本实施例中，优先采用矩形进行加工区域的划分。
具体的，在本实施例中，在目标构件的待加工表面进行最大程度的划分后，再按照上述预设形状对剩余表面进行划分，以将上述待加工表面划分成若干加工区域。
另外，在本实施例中，在将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描的步骤之前，该方法还包括：
步骤S21，计算出所述加工区域中的单位面积内能量输入的饱和度；计算出每一所述激光点所扫描出的相邻光线之间的搭接率，以保证能量输入的一致性，其中，计算所述搭接率的公式为：
Figure BDA0003467068390000091
其中，PL表示激光功率，v表示激光移动速度，dL表示激光光斑直径，s为激光相邻道数距离，且20J/mm3≤Energy Density≤60J/mm3。
通过上述步骤S21能够准确的计算出当前加工区域中的单位面积内能量输入的饱和度，并能够进一步计算出每个激光点所扫描出的相邻光线之间的搭接率，以保证能量输入的一致性。
具体的，在本实施例中，当上述加工区域为矩形时，执行步骤S31；
步骤S31，将所述第一激光点和所述第二激光点分别置于所述加工区域的一组相对角处；将所述第一激光点和所述第二激光点均按照所述预设扫描速度分别沿+y轴方向和－y轴方向进行往复相对移动；当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到y/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴和－x轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿－y轴方向和+y轴方向进行往复相对移动。
具体的，在本实施例中，需要指出的是，通过将每个激光的功率与扫描速度保持一致，可以保证目标构件的组织成分与残余应力分布的均匀性，以初步达到降低残余应力的效果。
更具体的，在本步骤中，首先将所述第一激光点和所述第二激光点分别置于所述加工区域的一组相对角处；将所述第一激光点和所述第二激光点均按照所述预设扫描速度分别沿+y轴方向和－y轴方向进行往复相对移动；当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到y/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴和－x轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿－y轴方向和+y轴方向进行往复相对移动，其中每个激光点往复移动的距离为上述步骤S21计算出的s，并且每个激光点做往复运动的次数为
Figure BDA0003467068390000101
次，从而能够有效的完成对第一对角区域的扫描，并立即执行步骤S41。
具体的，在本实施例中，当上述加工区域为矩形时，执行步骤S41；
步骤S41，在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的所述第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点的扫描方向分别调整为－x轴方向以及+x轴方向；当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到x/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+y轴和－y轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴方向和－x轴方向进行往复相对移动，以完成对所述加工区域的往复扫描。
更进一步的，在本步骤中，在上述第一激光点和上述第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，立即将第一激光点和所述第二激光点的扫描方向分别调整为－x轴方向以及+x轴方向；当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到x/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+y轴和－y轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴方向和－x轴方向进行往复相对移动，以完成对所述加工区域的往复扫描。其中，每个激光点往复移动的距离为上述步骤S21计算出的s，并且每个激光点同样做往复运动的次数为
Figure BDA0003467068390000111
次，从而能够有效的完成对第二对角区域的扫描，最终完成对加工区域的扫描。
另外，在本实施例中，还需要说明的是，当上述加工区域为平行四边形时，并且其倾斜角度为θ时，则将上述步骤S31中的移动路径方向改为沿斜边方向，具体值为
Figure BDA0003467068390000112
在完成上述步骤S31后，将上述步骤S41中的激光点移动距离调整为
Figure BDA0003467068390000113
以此完成加工区域的扫描。
另外，在本实施例中，还需要说明的是，该方法还包括：
步骤S51，在COMSOL中建立出三维瞬态残余应力场模型；
基于所述三维瞬态残余应力场模型对扫描完成的目标构件进行残余应力分析，以计算出当前所述目标构件中的残余应力的大小。
另外，在本实施例中，还需要说明的是，在完成对目标构件的激光扫描过后，会将建立好的激光路径在COMSOL中建立模型，与传统路径计算结果进行比较。在COMSOL的用户交互界面对空间维度进行选择，选择“三维”模型作为对象进行研究，在物理场选择中选择“固体传热”和“固体力学”两个模块对模型进行添加，在研究类型中选择“瞬态”。
2.几何模型的建立
通过COMSOL进行几何建模，设定划分区域为正方形，首先建立一个50mm×5mm×5mm的长方体模型作为直径为5mm的粉材，再在建模上对该长方形进行阵列，设定沿y轴阵列10次，每次5mm。
3.工艺参数控制
通过公式计算获得在COMSOL界面输入所需要的工艺参数，如表1所示：
表1
Figure BDA0003467068390000121
4.材料选择与属性输入
选用COMSOL内置材料Titanium beta-21S作为测试合金材料，所需材料属性如表2所示：
表2
Figure BDA0003467068390000122
5.移动热源模型建立
在定义中设定激光热源函数，连续激光热源函数表达式为：
Figure BDA0003467068390000123
式中，P为激光功率，r为激光端面半径，
Figure BDA0003467068390000124
代表高斯分布。
结合激光移动路径，将连续激光热源函数表达式更改为：
Figure BDA0003467068390000125
式中，x(t)为x轴任意一点到激光作用点的距离，同理y(t)为y轴任意一点到激光作用点的距离。
6.激光移动路径示意图
通过设定双激光头x(t)，y(t)函数控制激光移动路径，如下图3所示，通过编译不同的分段函数，将激光移动路径设定为双激光头横纵结合扫描的路径规划方法。具体编译过程如下
在COMSOL几何模型模块选用x-y平面作为“工作平面”，z轴高度提高送粉直径也就是5mm，设置激光移动速度，激光初始位置，x(t),y(t)函数的自变量为时间，因变量分别为激光光斑x，y坐标到初始点的距离。
函数编译完毕，选用函数去锐化对编译的路径函数拐点位置进行一定优化这是为了模拟在实际加工过程中激光头转向的平滑过度。
设定第一道激光初始位置处于“工作平面”坐标(0,0)位置，第二道激光初始位置设定为坐标平面(50,50)处，单位毫米，位置信息可根据装置的参数进行调整。两道激光同时开始读取编译的移动函数，互为对角对材料进行加工。
7.设置初始条件及边界条件
初始温度设定为293.15K,设定加工过程时，底部区域为热绝缘和固定约束，表面对环境辐射系数根据实验环境设定为0.15，热传导中固体传热系数根据实验坏境设定为10W/(m2·K)。
8.网格划分与计算
如图2为本实施例提供的激光路径规划后的目标构件的残余应力分布云图，几何模型材料一致，工作环境类似，故选用扫略和自由四面体网格对其进行划分。进入研究模块，设定时间步长为1s，计算时间尽可能延长，以获得加工冷却后，成形件内部的残余应力，该实施例选用500s作为计算时长，计算时间26min48s。计算结果如图所示，对计算结果进行分析处理。
需要指出的是，本发明第二实施例所提供的方法，其实现原理及产生的一些技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例提供相应内容。
综上，本发明上述实施例提供的激光路径规划方法通过采用双激光进行扫描，能够向加工区域输入更大的能量，与此同时，采取横纵结合扫描的方法可以有效的减少温度梯度，达到大幅降低残余应力的效果。
请参阅图4，所示为本发明第三实施例提供的激光路径规划系统，该激光路径规划系统包括：
划分模块12，用于按照预设形状在目标构件的待加工表面进行最大程度的划分后，再按照所述预设形状对剩余表面进行划分，以将所述待加工表面划分成若干加工区域，所述预设形状为矩形或者平行四边形；
第一加工模块22，用于将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描，所述第一激光点和所述第二激光点的功率大小与所述扫描速度的大小保持一致；
第二加工模块32，用于在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描，所述第一对角区域和所述第二对角区域组成所述加工区域。
其中，上述激光路径规划系统中，所述激光路径规划系统还包括计算模块42，所述计算模块42具体用于：
计算出所述加工区域中的单位面积内能量输入的饱和度；
计算出每一所述激光点所扫描出的相邻光线之间的搭接率，以保证能量输入的一致性，其中，计算所述搭接率的公式为：
Figure BDA0003467068390000141
其中，PL表示激光功率，v表示激光移动速度，dL表示激光光斑直径，s为激光相邻道数距离，且20J/mm3≤Energy Density≤60J/mm3。
其中，上述激光路径规划系统中，当所述加工区域为矩形时；
所述第一加工模块22具体用于：
将所述第一激光点和所述第二激光点分别置于所述加工区域的一组相对角处；
将所述第一激光点和所述第二激光点均按照所述预设扫描速度分别沿+y轴方向和－y轴方向进行往复相对移动；
当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到y/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴和－x轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿－y轴方向和+y轴方向进行往复相对移动。
其中，上述激光路径规划系统中，当所述加工区域为矩形时；
所述第二加工模块32具体用于：
在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的所述第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点的扫描方向分别调整为－x轴方向以及+x轴方向；
当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到x/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+y轴和－y轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴方向和－x轴方向进行往复相对移动，以完成对所述加工区域的往复扫描。
其中，上述激光路径规划系统中，所述激光路径规划系统还包括分析模块52，所述分析模块52具体用于：
在COMSOL中建立出三维瞬态残余应力场模型；
基于所述三维瞬态残余应力场模型对扫描完成的目标构件进行残余应力分析，以计算出当前所述目标构件中的残余应力的大小。
本发明第四实施例提供了一种计算机，其包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一实施例或者第二实施例提供的激光路径规划方法。
本发明第五实施例提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一实施例或者第二实施例提供的激光路径规划方法。
综上所述，本发明上述实施例提供的激光路径规划方法、系统、计算机及可读存储介质通过采用双激光进行扫描，能够向加工区域输入更大的能量，与此同时，采取横纵结合扫描的方法可以有效的减少温度梯度，达到大幅降低残余应力的效果。
需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器提供；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器提供。
在流程图提供表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质提供，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器提供。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式提供，多个步骤或方法可以用存储在存储器提供且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式提供一样，可用本领域公知的下列技术提供的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述提供，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例提供。在本说明书提供，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例提供以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种激光路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：
按照预设形状在目标构件的待加工表面进行最大程度的划分后，再按照所述预设形状对剩余表面进行划分，以将所述待加工表面划分成若干加工区域，所述预设形状为矩形；
将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描，所述第一激光点和所述第二激光点的功率大小与所述扫描速度的大小保持一致；
在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描，所述第一对角区域和所述第二对角区域组成所述加工区域；
当所述加工区域为矩形时；
所述将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描的步骤包括：
将所述第一激光点和所述第二激光点分别置于所述加工区域的一组相对角处；
将所述第一激光点和所述第二激光点均按照所述预设扫描速度分别沿+y轴方向和－y轴方向进行往复相对移动；
当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到y/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴和－x轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿－y轴方向和+y轴方向进行往复相对移动；
当所述加工区域为矩形时；
所述在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描的步骤包括：
在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的所述第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点的扫描方向分别调整为－x轴方向以及+x轴方向；
当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到x/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+y轴和－y轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴方向和－x轴方向进行往复相对移动，以完成对所述加工区域的往复扫描。
2.根据权利要求1所述的激光路径规划方法，其特征在于：所述将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描的步骤之前，所述方法还包括：
计算出所述加工区域中的单位面积内能量输入的饱和度；
计算出每一所述激光点所扫描出的相邻光线之间的搭接率，以保证能量输入的一致性，其中，计算所述搭接率的公式为：
Figure FDA0003822665790000021
其中，PL表示激光功率，v表示激光移动速度，dL表示激光光斑直径，s为激光相邻道数距离，且20J/mm3≤Energy Density≤60J/mm3。
3.根据权利要求1所述的激光路径规划方法，其特征在于：所述方法还包括：
在COMSOL中建立出三维瞬态残余应力场模型；
基于所述三维瞬态残余应力场模型对扫描完成的目标构件进行残余应力分析，以计算出当前所述目标构件中的残余应力的大小。
4.一种激光路径规划系统，其特征在于，所述系统包括：
划分模块，用于按照预设形状在目标构件的待加工表面进行最大程度的划分后，再按照所述预设形状对剩余表面进行划分，以将所述待加工表面划分成若干加工区域，所述预设形状为矩形；
第一加工模块，用于将第一激光点和第二激光点分别置于所述加工区域的其中一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点均按照预设扫描速度进行相对移动往复扫描，所述第一激光点和所述第二激光点的功率大小与所述扫描速度的大小保持一致；
第二加工模块，用于在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点分别移动至另一组相对角处，并将所述第一激光点和所述第二激光点再次按照所述功率和所述扫描速度进行相对移动往复扫描，以完成对当前相对角对应的第二对角区域的扫描，所述第一对角区域和所述第二对角区域组成所述加工区域；
当所述加工区域为矩形时；
所述第一加工模块具体用于：
将所述第一激光点和所述第二激光点分别置于所述加工区域的一组相对角处；
将所述第一激光点和所述第二激光点均按照所述预设扫描速度分别沿+y轴方向和－y轴方向进行往复相对移动；
当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到y/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴和－x轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿－y轴方向和+y轴方向进行往复相对移动；
当所述加工区域为矩形时；
所述第二加工模块具体用于：
在所述第一激光点和所述第二激光点填充满当前相对角对应的所述第一对角区域后，将所述第一激光点和所述第二激光点的扫描方向分别调整为－x轴方向以及+x轴方向；
当所述第一激光点和所述第二激光点的扫描距离均达到x/2时，将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+y轴和－y轴方向移动预设距离，并将所述第一激光点和所述第二激光点分别沿+x轴方向和－x轴方向进行往复相对移动，以完成对所述加工区域的往复扫描。
5.根据权利要求4所述的激光路径规划系统，其特征在于：所述激光路径规划系统还包括计算模块，所述计算模块具体用于：
计算出所述加工区域中的单位面积内能量输入的饱和度；
计算出每一所述激光点所扫描出的相邻光线之间的搭接率，以保证能量输入的一致性，其中，计算所述搭接率的公式为：
Figure FDA0003822665790000041
其中，PL表示激光功率，v表示激光移动速度，dL表示激光光斑直径，s为激光相邻道数距离，且20J/mm3≤Energy Density≤60J/mm3。
6.一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任意一项所述的激光路径规划方法。
7.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任意一项所述的激光路径规划方法。
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