【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于计算应用于激光加工过程的加工工具路径的方法。
技术介绍
1、用于通过激光纹理化加工零件的激光烧蚀方法和机器工具通常是已知的。专利申请ep 2301706描述了激光纹理化机器的示例。
2、在过去，已经提出了用于优化激光加工过程的各种方法。例如，提出了改进加工零件的质量并减少加工时间的若干方法。传统的烧蚀方法通常在加工零件上生成诸如可见标记之类的缺陷，这对所生产的零件的质量具有负面影响。文献ep 3047932公开了一种使得有可能减少可见标记同时减少机器时间的方法。
3、现今，对用于雕刻大型零件的激光加工过程的需求已经增加，特别是应用于大型零件(例如多于1米的尺寸)的5轴激光雕刻过程是优选的。激光纹理化机器使得有可能加工复杂纹理，即使在诸如大型阳模、门板和仪表板模具之类的最大的模具上也是如此。例如，用于汽车工业的模具可以通过激光烧蚀而不是通过化学过程来生产，以减少环境破坏。在过去，这样的零件通常通过化学蚀刻来生产。已知这样的化学过程对环境高度有害，因此，它现在倾向于被在过程效率和质量中具有优势的激光纹理化所取代。
4、这要求大的大小的激光机器工具能够在其中接收这样的大型零件并从所有方向对其进行加工。可在机器的工作体积内通过激光进行雕刻的零件的最大大小取决于零件本身的拓扑结构。如今，激光纹理化过程的模拟是通过考虑最差的可能零件形状来处理的。因此，机器的潜在烧蚀体积不必要地被减小，并且激光加工过程没有被优化。
5、ep 3834984公开了一种具有龙门型的5轴机器工具，其
技术实现思路
1、这个专利技术的目的是要提供一种用于计算加工工具路径的方法，所述加工工具路径应用于具有增加的加工体积的激光加工过程。特别是可以充分利用加工体积。这个专利技术的目的是要提供一种用于加工大型零件的激光机器工具。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于计算应用于激光加工过程的加工工具路径的方法，其中激光束由安装在激光机器工具中的激光头发射，以用于烧蚀零件的材料以用于在其上形成图案。该方法包括以下步骤：获得限定零件的几何形状的零件数据；获得限定要在零件上加工的图案的图像数据；获得限定机器工具的轴的最大移动的规定的机器冲程；获得限定要安装在机器工具的加工区域中的零件的位置的零件定位数据；以及通过计算机基于零件数据、图像数据、零件定位数据和规定的机器冲程来计算加工工具路径，其中加工工具路径包括多个激光头位置。
3、本专利技术的方法尤其可适于用于雕刻图案(特别是纹理或空腔)的激光加工过程。
4、激光机器工具包括激光头和在其上安装零件的机器工作台。通常，在加工期间，当激光头移动到不同位置以在零件上的不同位置处烧蚀材料时，机器工作台保持在相同的位置处。机器工具具有至少三个线性轴x、y和z，以用于在这三个方向上移动激光头。先进的机器工具(即，5轴激光机器工具)具有两个附加旋转轴b和c，以用于围绕这两个轴旋转激光头。
5、在加工之前，必须基于零件的几何形状和要在其上雕刻的图案生成包括加工数据的加工文件。机器工具的控制单元可以读取加工文件，以控制激光头的移动和由激光头发射的激光束的移动，因为加工文件限定了应该在哪里去除材料和激光头的对应位置。生成的加工文件基本上由加工工具路径组成，所述加工工具路径包括：激光加工头相对于零件必须占据的一系列激光头位置；以及对于每个位置，对应于激光束必须从这个位置执行的扫描的一系列烧蚀操作。因此，加工文件包括机械轴和光轴的坐标，即，加工文件包括与机械轴的移动相关的限定的机械工具路径和与光学装置的移动相关的光学工具路径。特别是，对于每个激光头位置，限定光学工具路径的子程序被激活。光学工具路径由光学装置(尤其是扫描仪，即所谓的检流计)执行。
6、五轴机器工具的机械轴包括三个线性轴x、y和z以及两个旋转轴b和c。光轴限定了检流计的移动。激光头的定位对加工时间和纹理化的完成质量两者具有直接影响。通常，加工文件是在计算机或外部处理单元中在机器工具外部准备的，并在加工作业开始时加载到机器工具中。然而，不排除通过处理单元或计算机在机器工具中生成加工文件，例如通过机器工具的控制单元生成加工文件。
7、在加工的准备阶段中，需要对零件的几何形状进行建模并分析限定诸如纹理和空腔之类的图案的图像数据。加工文件是通过考虑零件的图案和几何形状生成的。因此，通常，通过通常是三角形的网格对零件进行数值建模，以生成3d建模文件，例如，零件数据是网格文件。
8、由图像数据限定的图案另外由软件处理和/或应用于零件的建模3d表面的网格文件。灰度级图像通常用于表示三维纹理。灰度级图像由多个个体像素组成，由此纹理中位置的深度被限定为对应像素的对应灰度级。像素越亮，在那个特定点处的纹理越浅。像素越暗，在那个特定位置处的纹理越深。
9、通常，向客户提供所谓的加工体积。加工体积指示可以加工的零件的大小。直到今天，这种计算的加工体积是基于激光束在限定的加工方向上撞击零件的表面的规则来确定的，因为从这个方向烧蚀提供了最佳的加工结果。这种情形有缺点，因为对于计算最大加工体积，没有考虑要烧蚀表面的几何形状和安装在加工区域中的零件的位置。因此，加工体积没有被最佳地利用。在已知方法中，对于确定加工工具路径，不考虑规定的机器冲程。因此，零件只可以由具有足够加工体积的机器工具加工。本专利技术的方法提供了用来通过优化加工体积的利用来增加可加工的最大零件的大小的可能性。
10、因此，除了零件数据和图像数据之外，规定的机器冲程对于本专利技术的方法是必不可少的。对于每种激光机器工具类型，对于x、y、z方向限定了机械轴的最大冲程。对于5轴机器工具，也规定了两个旋转轴的最大冲程。这个值对可以由这个机器工具加工的零件的最大大小具有直接影响。规定的机器工具冲程是由机器工具制造商限定的机器工具的规格。机器冲程在三个线性轴x、y和z以及两个旋转轴(即，b轴和c轴)上给出，所述b轴和c轴被限定为围绕y和z的旋转轴。更具体地说，本专利技术的方法包括以下步骤：基于零件数据和图像数据限定要加工的多个加工层；基于零件数据和图像数据为每个加工层限定多个分片(patch)，每个分片由激光头从单个激光头位置加工；基于零件数据、图像数据和零件定位数据计算用于每个分片的激光头位置；将每个分片的激光头位置与规定的机器冲程进行比较；以及如果激光头位置超过实际机器冲程，则重新计算激光头位置。
11、零件的完整纹理化加工在于执行多个烧蚀层，并且对于每层执行多个烧蚀分片。分片是一层上的限定区域，所述分片必须由激光头从一个单个激光头位置烧蚀。在烧蚀一个分片期间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于计算应用于激光加工过程的加工工具路径的方法，其中激光束由安装在激光机器工具(10)中的激光头(12)发射，以用于烧蚀零件(1)的材料以用于在其上形成图案，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括以下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，针对每个分片，限定加工方向(20)，并且如果所述激光头位置超过所述规定的机器冲程，则对所述加工方向应用最小偏差，使得所述激光头位置在所述规定的机器冲程内。
4.根据权利要求3或4所述的方法，其中，为加工方向的所述偏差设定阈值，特别是所述阈值在10度至80度的范围中。
5.根据权利要求3至5中的一项所述的方法，其中，如果针对一个分片的所述加工方向的所述偏差超过所述阈值，则所述分片被分成至少两个分片。
6.根据权利要求2至6中的一项所述的方法，其中，如果至少一个分片的激光头位置超过所述规定的机器冲程，则重新计算所有分片的所述激光头位置。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
8.一种包括
9.一种包括指令的计算机可读存储介质，所述指令当由计算机执行程序时，使所述计算机实现根据权利要求1至7中的一项所述的方法的步骤。
10.一种用于通过激光加工过程来加工零件的方法，其中激光束由安装在激光机器工具中的激光头发射，以用于烧蚀零件的材料以用于在其上形成图案，所述方法包括：
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述零件定位数据显示在所述机器工具上。
...【技术特征摘要】
1.一种用于计算应用于激光加工过程的加工工具路径的方法，其中激光束由安装在激光机器工具(10)中的激光头(12)发射，以用于烧蚀零件(1)的材料以用于在其上形成图案，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括以下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，针对每个分片，限定加工方向(20)，并且如果所述激光头位置超过所述规定的机器冲程，则对所述加工方向应用最小偏差，使得所述激光头位置在所述规定的机器冲程内。
4.根据权利要求3或4所述的方法，其中，为加工方向的所述偏差设定阈值，特别是所述阈值在10度至80度的范围中。
5.根据权利要求3至5中的一项所述的方法，其中，如果针对一个分片的所述加工方向的所述偏差超过所述阈值，则所述分片被分成至少两个分片。
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【专利技术属性】
技术研发人员：C·E·拉波尔特，D·孔塞尔，
申请(专利权)人：乔治费歇尔加工方案公司，
类型：发明
国别省市：
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