激光加工的轨迹运动控制方法、设备及存储介质与流程

本技术涉及加工轨迹控制，尤其涉及一种激光加工的轨迹运动控制方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、激光加工设备通常采用运动控制器驱动伺服电机执行多轴联动，该运动控制器内设有指令缓冲区，用于暂存上位机下发的轨迹描述指令和参数指令。加工过程中，运动控制器以固定周期从所述指令缓冲区读取指令，进行插补计算并输出至伺服驱动器。其中，该指令缓冲区通常采用固定容量的先入先出队列，当剩余指令数量低于预设阈值时向上位机请求加载下一批指令。

2、然而，当连续轨迹段数量巨大，例如齿轮齿形、叶片型线、艺术雕刻图案等复杂轮廓，则需要加工轨迹被分解为成千上万条微线段。在这种情况下，激光加工受通信带宽不足或上位机负载过高的限制，指令的加载速度跟不上执行速度，缓冲区被逐渐清空而出现数据饥饿，运动轴被迫减速停止，待缓冲区重新填充后再加速，从而造成轨迹断裂、加工效率下降以及急停急启带来的机械冲击，影响实际产品的激光加工效果。

3、上述内容仅用于辅助理解本技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种激光加工的轨迹运动控制方法、设备及存储介质，旨在解决激光加工在复杂轨迹加工时，指令的加载速度跟不上执行速度，导致运动轴被迫减速停止，影响实际产品的激光加工效果的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提供一种激光加工的轨迹运动控制方法，所述的方法包括以下步骤：

3、获取多段轨迹指令，以及所述多段轨迹指令中各轨迹段对应的运动参数；

4、基于所述运动参数中相邻轨迹段之间的曲率变化率和加速度约束，逆向计算各所述轨迹段的段末速度，生成速度规划；

5、检测指令缓冲区的剩余容量，并根据所述剩余容量调整所述速度规划，得到目标速度规划；

6、基于所述目标速度规划，对所述多段轨迹指令执行插补运动。

7、在一实施例中，所述基于所述运动参数中相邻轨迹段之间的曲率变化率和加速度约束，逆向计算各所述轨迹段的段末速度，生成速度规划的步骤包括：

8、从所述多段轨迹指令中解析各所述轨迹段的轨迹类型；

9、根据所述轨迹类型计算各所述轨迹段的曲率，直线轨迹段的曲率为零，圆弧轨迹段的曲率为该圆弧半径的倒数，样条轨迹段的曲率为对样条轨迹段进行数值微分得到的曲率值；

10、计算相邻轨迹段之间的曲率变化率，所述曲率变化率为相邻两个轨迹段的曲率差值的绝对值。

11、在一实施例中，所述计算相邻轨迹段之间的曲率变化率，所述曲率变化率为相邻两个轨迹段的曲率差值的绝对值的步骤之后，还包括：

12、将末段轨迹段的段末速度设为零，并从所述末段轨迹段的前一段开始向前逐段遍历各所述轨迹段；

13、对于每一所述轨迹段，根据所述加速度约束的二倍与所述运动参数中该轨迹段的路径长度的乘积，除以一与曲率权重系数和所述曲率变化率的乘积之和，得到加速项；

14、计算后一段轨迹段的起始速度的平方与所述加速项之和的平方根，作为该轨迹段的递推速度；

15、取所述递推速度与所述运动参数中该轨迹段的最大允许速度中的较小值，作为该轨迹段的段末速度；

16、根据相邻轨迹段之间的段末速度变化量计算加速度变化率，在所述加速度变化率超过预设的加速度变化率阈值时，降低所述段末速度使所述加速度变化率不超过所述加速度变化率阈值。

17、在一实施例中，所述检测指令缓冲区的剩余容量，并根据所述剩余容量调整所述速度规划，得到目标速度规划的步骤包括：

18、将所述剩余容量与预设的高水位阈值和低水位阈值进行比对；

19、在所述剩余容量高于所述高水位阈值时，向上位机请求批量加载后续轨迹指令；

20、在所述剩余容量低于所述低水位阈值时，按所述剩余容量与所述低水位阈值的比例降低所述速度规划中的速度，得到所述目标速度规划。

21、在一实施例中，所述在所述剩余容量低于所述低水位阈值时，按所述剩余容量与所述低水位阈值的比例降低所述速度规划中的速度，得到所述目标速度规划的步骤之后，还包括：

22、根据当前执行速度与最大执行速度的比值，动态调整所述指令缓冲区的容量；

23、在所述指令缓冲区中预留紧急插槽，用于存储优先级高于预设优先级的轨迹指令；

24、在执行所述插补运动时，优先读取所述紧急插槽中的轨迹指令。

25、在一实施例中，所述基于所述目标速度规划，对所述多段轨迹指令执行插补运动的步骤包括：

26、对于相邻两个轨迹段的连接点，选取前一轨迹段的末端点、后一轨迹段的始端点，以及沿切向方向延展得到的两个切向延展点，作为过渡曲线的控制点；

27、基于所述控制点拟合样条过渡曲线，所述样条过渡曲线在所述连接点处保持二阶连续；

28、在所述样条过渡曲线对应的过渡区间内，按照加速度变化率受限的速度曲线进行插补。

29、在一实施例中，所述在所述样条过渡曲线对应的过渡区间内，按照加速度变化率受限的速度曲线进行插补的步骤之后，还包括：

30、根据所述样条过渡曲线的弧长参数，确定激光器的开启位置和关闭位置；

31、在插补至所述开启位置时，触发所述激光器开启；

32、在插补至所述关闭位置时，触发所述激光器关闭。

33、在一实施例中，所述基于所述目标速度规划，对所述多段轨迹指令执行插补运动的步骤之后，还包括：

34、检测供电电压，并在所述供电电压跌落至预设电压阈值时触发断电中断；

35、响应于所述断电中断，将当前运动状态和所述速度规划保存至非易失存储器，并对保存至所述非易失存储器的数据进行校验；

36、在重新上电后，从所述非易失存储器读取所述当前运动状态和所述速度规划；

37、根据所述当前运动状态恢复各运动轴的位置，并向前回溯预设段数的轨迹段，重建所述速度规划；

38、从恢复后的所述各运动轴的位置续接执行所述插补运动。

39、此外，为实现上述目的，本技术还提供一种激光加工的轨迹运动控制设备，所述设备包括：存储器、处理器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，所述计算机程序配置为实现如上所述的激光加工的轨迹运动控制方法的步骤。

40、此外，为实现上述目的，本技术还提供一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述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上所述的激光加工的轨迹运动控制方法的步骤。

41、本技术提出的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：

42、本技术通过获取多段轨迹指令以及各轨迹段对应的运动参数，基于相邻轨迹段之间的曲率变化率和加速度约束逆向计算各轨迹段的段末速度生成速度规划，使每一轨迹段的段末速度都根据后续轨迹的几何变化预先确定而非被迫归零，消除轨迹段连接处的停顿，从而避免轨迹断裂，提高产品的加工效果。此外，进一步检测指令缓冲区的剩余容量，并根据剩余容量动态调整速度规划得到目标速度规划，在缓冲区容量下降时主动降低执行速度，使指令消耗速度与指令加载速度重新匹配，从而避免缓冲区被清空后运动轴被迫停止又等待填充后重新加速的过程，消除加工过程的急停急启和机械冲击。