一种激光加工的控制方法和控制系统技术方案

本发明专利技术涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光加工的控制方法和控制系统。本发明专利技术提供的激光加工的控制方法包括：对工作面待加工图形进行一次分解，确定多个用于形成平面结构的连续的第一行进轨迹；对多个连续的第一行进轨迹进行二次分解，确定用于形成空间立体结构的第二行进轨迹；基于第二行进轨迹确定在工作面描绘待加工图形的行进轨迹集；基于行进轨迹集确定激光加工过程的轨迹并进行加工。本发明专利技术提供的控制方法和控制系统考虑了能耗因素，实现了对于加工过程的优化。了对于加工过程的优化。了对于加工过程的优化。

【技术实现步骤摘要】
一种激光加工的控制方法和控制系统


[0001]本专利技术涉及激光加工
，具体涉及一种激光加工的控制方法和控制系统。

技术介绍

[0002]激光加热现在已经被用作金属熔融加工的热源，相较于其他的加热方式而言，激光加热的方式具有控制精度高、能量密度高和系统简洁操作简单等突出特点。
[0003]但是目前激光加热存在如下的缺陷，具体包括：
[0004]（1）激光束输出能量不准确，大能量加工时部分区域存在重复加热和浪费能量的问题；
[0005]（2）激光束持续进行高热量输出时，会损坏激光头的输出；
[0006]（3）激光束高热量输出时，基底形成熔池后，界面会发生变化，按照路线使用激光进行加热或绘制工作面的图形时，会偏移原来的路线，从而导致偏离设计。
[0007]进行激光加工时，激光头输出的激光光斑的能量分布遵从高斯分布方式，即光斑中心的能量最高，从光斑中心向边缘能量逐渐递减。光束中心金属更迅速的熔化，在一个位置停留时长会影响熔池的深度。热量在局部聚集超过金属传导上限时，液态金属会汽化，从而导致在工作面出现空腔。
[0008]因此，对于工作面的加工需要调节能量的分布以优化实际形成的界面。

技术实现思路

[0009]为了克服上述激光加工时局部热量不均衡的问题，本专利技术的目的在于提供一种激光加工的控制方法，通过增大S(即扩大光斑的照射范围)以及减少T(减少光斑在平面某一点的停留时间)，达到降低能量密度的目的，从而解决激光加工时局部热量不均衡的问题
[0010]根据本专利技术的第一个方面，一种激光加工的控制方法，所述方法包括：
[0011]对工作面待加工图形进行一次分解，确定多个用于形成平面结构的连续的第一行进轨迹；
[0012]对多个连续的第一行进轨迹进行二次分解，确定用于形成空间立体结构的第二行进轨迹；
[0013]基于第二行进轨迹确定在工作面描绘待加工图形的行进轨迹集；
[0014]基于行进轨迹集确定激光加工过程的轨迹并进行加工。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，所述第一行进轨迹根据激光头的能量范围和加工过程中激光头移动速度确定。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，所述第二行进轨迹的获取方式包括：
[0017]对每一第一行进轨迹包括的立体结构进行分解，获得若干个子路径序列，子路径序列中每一个子路径均对应同一深度和同一宽度的连续路径。
[0018]根据本专利技术的一个实施例，连续路径的宽度不大于激光头的最大输出光斑直径。
[0019]根据本专利技术的一个实施例，连续路径的深度相对于工作面的顶端计算，在一个连
续的模型切片包含了多个对应于连续路径的平面时，使用与工作面距离最大的平面用于计算连续路径的深度。
[0020]根据本专利技术的一个实施例，基于行进轨迹集确定界面热约束性条件。
[0021]根据本专利技术的一个实施例，基于行进轨迹集和热约束性条件确定激光加工过程的轨迹并进行加工。
[0022]根据本专利技术的一个实施例，使用模拟退火算法对第二行进轨迹进行加工序列的优化以获取行进轨迹集；
[0023]在进行加工序列的优化时，使用热约束性条件和加工序列对应的加工深度作为轨迹加工序列的约束模型，使用最小时长或者最低能耗作为目标函数。
[0024]根据本专利技术的一个实施例，并在轨迹切换时，使用最低功率的最近路径作为过渡路径。
[0025]根据本专利技术的第二个方面，一种激光加工的控制系统，所述系统包括：
[0026]第一行进轨迹获取单元，用于对工作面待加工图形进行一次分解，确定多个用于形成平面结构的连续的第一行进轨迹；
[0027]第二行进轨迹获取单元，用于对多个连续的第一行进轨迹进行二次分解，确定用于形成空间立体结构的第二行进轨迹；
[0028]行进轨迹集获取单元，用于基于第二行进轨迹在工作面描绘待加工图形的行进轨迹集；
[0029]指令生成单元，用于基于行进轨迹集生成激光加工过程的轨迹。
[0030]本专利技术考虑了能耗因素，实现了对于加工过程的优化。
附图说明
[0031]图1、本专利技术一个实施例中提供的激光加工的控制方法流程示意图。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0033]在本专利技术的如下实施例中，涉及到工作面指的是激光加工绘制所涉及的金属界面，而使用界面强调激光加工时光斑直接作用的金属界面。
[0034]本专利技术基于实际如下的能量分布模型和能量输出模型。
[0035]能量分布模型在此处指的是激光光斑的能量分布为高斯分布方式，即光斑中心的能量最高，从光斑中心向边缘能量逐渐递减。
[0036]能量输出模型为激光的输出能量和功率或时间成正比，界面吸收的热能和在工作面光斑接触界面的面积成反比。
[0037]进一步的，基于如上的模型，可以确定在一个位置停留时，其中心热量最高，保持输出功率一致，随着加热过程进行，金属会被熔化，随着光斑在界面的停留，界面会液化和蒸发；光斑面积较大时，其会影响加工面积，造成局部热量的不平和，以及影响了工作面上
相邻界面的热分布。如果缩小光斑，那么其作用的界面会缩小，其影响的工作面也会减少，但是此过程中会导致行程增加，并且会导致界面复杂性和加工时间的增加。
[0038]本专利技术的激光加工方法可以用于陶瓷或者金属界面的加工，并可以借助如振镜进行控制，后文不再单独赘述。
[0039]首先，请参考图1，根据本专利技术的一个实施例，一种激光加工的控制方法，包括：
[0040]对工作面待加工图形进行一次分解，确定多个用于形成平面结构的连续的第一行进轨迹；
[0041]对多个连续的第一行进轨迹进行二次分解，确定用于形成空间立体结构的第二行进轨迹；
[0042]基于第二行进轨迹确定在工作面描绘待加工图形的行进轨迹集；
[0043]基于行进轨迹集确定激光加工过程的轨迹并进行加工。
[0044]本专利技术提供的方法提供了平衡行程、时长和能耗的方法。
[0045]本专利技术的工作面为根据图纸确定的激光直接作用的金属加工表面，其典型的可以通过加工件的CAD模型分层切片获得待加工的图形，在本专利技术中，根据CAD加工的模型获得的为二维平面的第一行进轨迹，此行进轨迹在空间意义上应当被理解为所有的模型在金属表面的投影；
[0046]所述第一行进轨迹为在移动过程中存在互相热影响的区域，根据CAD模型的分层切片可以获得工作面上的投影，可以约定投影距离为10mm
‑
50μm时，将其归属于同一行进轨迹；第一行进轨迹并不用于确定实际的行进轨迹，而是用于提供了行进轨迹的分布依据，即考虑激光加工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光加工的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：对工作面待加工图形进行一次分解，确定多个用于形成平面结构的连续的第一行进轨迹；对多个连续的第一行进轨迹进行二次分解，确定用于形成空间立体结构的第二行进轨迹；基于第二行进轨迹确定在工作面描绘待加工图形的行进轨迹集；基于行进轨迹集确定激光加工过程的轨迹并进行加工。2.如权利要求1所述的一种激光加工的控制方法，其特征在于，所述第一行进轨迹根据激光头的能量范围和加工过程中激光头移动速度确定。3.如权利要求1所述的一种激光加工的控制方法，其特征在于，所述第二行进轨迹的获取方式包括：对每一第一行进轨迹包括的立体结构进行分解，获得若干个子路径序列，子路径序列中每一个子路径均对应同一深度和同一宽度的连续路径。4.如权利要求3所述的一种激光加工的控制方法，其特征在于，连续路径的宽度不大于激光头的最大输出光斑直径。5.如权利要求3所述的一种激光加工的控制方法，其特征在于，连续路径的深度相对于工作面的顶端计算，在一个连续的模型切片包含了多个对应于连续路径的平面时，使用与工作面距离最大的平面用于计算连续路径的深度。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文杰，
申请(专利权)人：北京金橙子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：