检测和校正激光切割变形的系统和方法技术方案

一种用于生成G代码以用于控制激光切割机的操作以从材料片材切割零件的系统在接收到指定零件的切割顺序和各个零件的边缘的切割顺序的切割数据时，针对潜在变形测试零件并生成避免潜在变形的G代码。为了测试当前零件，当当前零件的最终边缘与根据零件的切割顺序安排在当前零件之前切割的先前切割零件的边缘相邻时，该系统检测潜在变形。该系统修改切割顺序以选择最终边缘不与任何先前切割零件的任何边缘相邻的修改的切割顺序。任何边缘相邻的修改的切割顺序。任何边缘相邻的修改的切割顺序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】检测和校正激光切割变形的系统和方法


[0001]本专利技术总体上涉及激光切割机，更具体地，涉及激光切割机中的切割边缘变形的检测和校正。

技术介绍

[0002]激光切割是允许通过激光切割金属材料和非金属材料的技术。尽管通常用于工业制造应用，但激光切割也开始被学校、小型企业和业余爱好者使用。激光切割通过经由光学器件将高功率激光的输出引导至待切割的材料来工作。通常，包括激光切割头的激光切割机被配置为实现激光切割技术。传统激光切割机遵循用于要从材料切割出的图案的指令。聚焦激光束对准材料，然后材料根据指令熔融、燃烧、蒸发或被气体射流吹走，因此留下具有高质量表面光洁度的边缘。激光切割机用于切割平板材料以及结构化和管线材料。
[0003]通常，激光切割机的激光切割头沿着正交轴线在有界平面内平移。激光切割头常常用于从不同厚度的塑料和金属片材切割零件。激光切割头的控制通常由激光切割机中的控制器(例如，计算机数控器(CNC))基于编程指令来执行。
[0004]CNC遵循称为“G代码”的规定指令列表。G代码是最广泛使用的数控(NC)编程语言的通用名称。它主要用在计算机辅助制造中，以控制诸如CNC的自动化机床。G代码是用于告诉计算机化机床如何制造某物的语言。“如何”由提供给机器控制器(工业计算机)的G代码指令定义，其告诉电机移动到哪里、移动多快以及遵循什么路径。
[0005]在激光切割工艺期间，在材料与由其参数和G代码控制的激光切割机之间发生热相互作用和机械相互作用。在还未熔融但其微观结构和机械性质受激光切割期间生成的热影响的材料区域中产生热影响区(HAZ)。热影响区可能导致不良影响。例如，在一些情况下，片材金属的激光切割会导致切割边缘的变形。
[0006]因此，需要开发一种用于激光切割机的系统，其通过激光切割操作来提供无变形零件。

技术实现思路

[0007]一些实施方式的目的在于防止由激光切割机从材料片材切割的零件的变形。另外地或另选地，一些实施方式的目的是在执行激光切割操作之前解决潜在变形的原因并减少这种变形的发生。
[0008]一些实施方式基于这样的观察：在一些情况下，从材料片材切割的零件的边缘变形。例如，并非具有为切割规划的直线边缘，零件可能具有从零件形状向外弓起的边缘，因此当零件以该变形边缘放置在平坦表面上时表现出“摇摆”行为。例如，随着从材料切割零件，来自激光切割工艺的热扩散到零件本身以及零件之间的剩余材料中。在一些情况下，零件之间的材料可能长且细，本文中称为支柱。当热被困在零件之间的细支柱中时，零件经历热膨胀，并且这种膨胀会使正在切割的片材移动，从而导致切割的零件具有变形边缘。
[0009]为此，通过对激光切割操作进行仿真(即，在虚拟系统上使用与实际切割零件关联
的指令执行激光切割操作)来预先检测从材料片材切割的零件的潜在变形边缘。
[0010]一些实施方式基于由热模型和机械模型指导的以下观察：并非零件的所有边缘均可能表现出这种弓形变形，而是通常只有为各个零件最后切割的最终边缘如此。例如，如果零件具有正方形形状，则激光切割机通过切割四个直线边缘(正方形的每一边一个)的序列来从材料片材切割该零件。据观察，只有为完成零件的切割而最后切割的最终边缘可能具有这种变形。切割其它三个边缘未观察到弓形变形。为此，在一些实施方式中，基于与从材料片材切割零件关联的指令，只有为各个零件最后切割的最终切割边缘被视为潜在变形候选。
[0011]还观察到，需要满足至少两个条件才潜在地导致变形。第一条件是对于为完成零件形状的切割而最后切割的零件边缘发生变形。第二条件是该最终边缘的切割应该在先前切割零件旁边进行。此外，一些实施方式基于这样的认识：只有切割满足这两个条件才可能潜在地导致弓形变形。
[0012]一些实施方式基于由一些实验支持的认识：由激光切割期间的热传播的细微差别导致弓形变形。例如，激光切割工艺的热仿真表明，沿着切割零件的边缘的变形效应主要是由于当热被困在时间上依次处理的两个零件之间时发生的热堆积。此外，变形效应主要发生在依次处理的零件之间的区域形成细支柱的情况下，例如，当共享边缘长度(即，零件的相邻边缘的共同区域)与零件之间的距离之比大于阈值时。该阈值的值取决于待切割的材料的性质和共享边缘长度。然而，通常在工作板上待切割的零件密集地放置，因此在许多情况下，支柱足够细从而导致变形。
[0013]此外，观察到在切割零件接近尾声时，切割可能与先前切割零件形成细支柱，并且通过当前激光切割工艺沉积在材料片材中的热无法穿过先前切割逃逸并被困在细支柱内部。这种困住的热导致细支柱的热膨胀。由于这是零件上的最后切割，所以只有膨胀的细支柱支撑正在切割的零件的位置，因此支柱和零件可能相对于激光切割头所使用的原始坐标系略微移动。在这种情况下，激光切割不在正确的位置，从而导致零件的变形。
[0014]一些实施方式基于这样的认识：由于在切割序列所创建的条件下由热膨胀导致弓形变形，所以可通过改变切割顺序来减少潜在弓形变形的问题。例如，在一些情况下，可通过改变切割方向，使得待切割的最终边缘不沿着由先前切割零件的相邻边缘引起的细支柱来消除变形。对于激光切割，编程指令(即，G代码)指定切割顺序。为此，一些实施方式或者在G代码数据的原始设计期间解决变形的原因，或者对于先前构造的G代码，检测传入G代码数据中潜在地导致变形的切割序列，并且修改所检测的序列中的切割顺序以减少变形的可能性。
[0015]一些实施方式基于这样的理解：当零件具有矩形形状并在材料片材上对齐时，可容易地检测两个零件之间细支柱的形成。然而，在许多激光切割应用中并非总是如此。因此，需要检测潜在变形以用于切割以任意图案布置在材料片材上的任意形状的零件。
[0016]在一些实施方式中，利用诸如形态膨胀的图像处理技术来检测变形。形态膨胀操作导致围绕应用形态膨胀操作的零件的轮廓生成膨胀形状。在一些实施方式中，当零件的最终边缘的至少一部分与安排要在当前零件之前切割的先前零件的膨胀形状相交时，检测当前零件的潜在检测。实际上，形态膨胀简化了会导致任意形状的零件的潜在弓形变形的细支柱的检测。
[0017]另外地或另选地，一些实施方式基于这样的理解：会导致潜在弓形变形的细支柱不必仅形成在两个零件之间，而是可形成在一个零件与先前切割零件的组合之间。为了解决这一问题，一些实施方式维持材料片材的二值图像，其中先前切割空间中与通过形态膨胀内核膨胀的先前切割零件的位置对应的像素具有一个值，并且所有其它像素具有不同的值。这种二值图像允许在当前零件的最终边缘的至少一部分在先前切割空间的边界内时检测潜在变形。另外，在处理当前零件之后，一些实施方式通过翻转与当前零件的形态膨胀对应的像素的值来向二值图像的先前切割空间添加当前零件的形态膨胀。以这种方式，形成二值图像以用于针对潜在变形测试下一零件。
[0018]以这种方式，各种实施方式针对潜在变形测试指定零件的切割顺序和各个零件的边缘的切割数据，并且修改/选择避免潜在变形的不同零件的边缘的切割顺序。实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生成G代码以用于控制激光切割机的操作以从材料片材切割零件的基于计算机的系统，该系统包括：处理器，该处理器被配置为在接收到指定零件的切割顺序和各个零件的边缘的切割顺序的切割数据时，根据所述切割数据针对由切割导致的潜在变形测试所述零件，其中，为了测试当前零件，所述处理器被配置为当所述当前零件的最终边缘与根据零件的切割顺序安排在所述当前零件之前切割的先前切割零件的边缘相邻时，检测根据所述当前零件的边缘的切割顺序切割所述当前零件的所述最终边缘的潜在变形；修改所述当前零件的边缘的切割顺序；选择所述最终边缘不与任何先前切割零件的任何边缘相邻的修改的切割顺序，以使得所选切割顺序不导致切割所述当前零件的潜在变形；并且生成具有为避免所述潜在变形而选择的所述当前零件的边缘的切割顺序的G代码；以及输出接口，该输出接口被配置为经由有线或无线信道发送所生成的G代码以控制所述激光切割机。2.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括：输入接口，该输入接口被配置为接收包括指定所述激光切割机的操作模式的激光数据和所述切割数据的输入G代码，其中，所述处理器被配置为解释所述输入G代码以提取所述切割数据和所述激光数据；在检测到所述潜在变形时，修改所述切割数据中的切割顺序；并且将所修改的切割数据与所述激光数据重新组合以生成避免所述潜在变形的所述G代码。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述切割数据指定所述激光切割机将激光头移动到指定的位置的命令，其中，所述处理器执行存储在操作上连接到所述处理器的存储器中的仿真器以对所述激光头的运动进行仿真，以确定所述零件的切割顺序和各个零件的边缘的切割顺序。4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理器将所述当前零件的边缘的切割顺序从顺时针顺序修改为逆时针顺序或者从所述逆时针顺序修改为所述顺时针顺序。5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理器通过改变切割所述当前零件的边缘的初始起点的位置来修改所述当前零件的边缘的切割顺序。6.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括：输入接口，该输入接口被配置为接收指定要由所述激光切割机切割的所述零件的几何形状的设计数据，其中，所述处理器被配置为确定零件的切割顺序，并且对于包括所述当前零件的各个零件依次被配置为针对潜在变形测试具有所指定的几何形状的所述当前零件的边缘的不同切割顺序；选择不导致所述潜在变形的所述当前零件的边缘的切割顺序；并且根据所选择的切割顺序生成所述G代码。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述当前零件的所述最终边缘是根据所述当前零件的边缘的切割顺序安排切割的最后直线边缘。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述当前零件的所述最终边缘的至少一部分在由所述先前切割零件的形态膨胀定义的形状的边界内时，所述处理器检测所述潜在变形。9.根据权利要求8所述的系统，其中，基于切割速度、所述材料片材的厚度、激光功率和形成所述材料片材的材料的类型之一或组合来选择所述形态膨胀的内核。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器维持所述材料片材的二值图像，其中先前切割空间的与通过形态膨胀的内核膨胀的所述先前切割零件的位置对应的像素具有一个值，并且所有其它像素具有不同的值，其中，当所述当前零件的所述最终边缘的至少一部分在所述先前切割空间的边界内时，所述处理器检测所述潜在变形。11.根据权利要求10所述的系统，其中，在处理所述当前零件之后，所述处理器通过翻转与所述当前零件的所述形态膨胀对应的像素的值来向所述二值图像的所述先前切割空间添加所述当前零件的所述形态膨胀。12.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：