一种激光管材切割路径规划与上料控制方法及系统与流程

本发明涉及激光管材切割数控，更具体地说，它涉及一种激光管材切割路径规划与上料控制方法及系统。

背景技术：

1、激光管材切割技术应用于钢结构、车辆制造、工程机械等多个行业，是金属管材加工的工艺手段。现有激光管材切割方案采用长行程单卡盘或超长上料架结构，存在多方面的技术不足。当管材尾端剩余长度小于单次有效夹持长度时，传统单卡盘方案无法稳定夹持管材并完成最后若干轮廓的加工，剩余的尾料只能废弃处理，造成严重的材料浪费，增加单件产品的加工成本。枪头跨卡盘加工困难，双卡盘机床虽然可以缩短上料行程，但枪头需要在前中后多个工位之间切换，各工位的b轴旋转中心和y轴坐标系原点均不相同，如果仍采用传统的整管顺序切割加单向送料的加工策略，无法在中部单卡夹持、跨卡盘避让等复杂工况保证孔位加工精度，从而影响最终产品的质量。当尾料感应器检测到管材即将用尽时，剩余可加工轮廓的集合加工顺序及上料策略均发生变化，无法根据实时状态自动调整加工规划，即导致加工中断或孔位偏移等问题，从而影响整体加工效率和成品合格率。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种激光管材切割路径规划与上料控制方法及系统。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种激光管材切割路径规划与上料控制方法，包括以下步骤：

4、在未触发尾料感应时，基于送料偏移量进行前部区域往复上料切割，得到当前剩余管材状态及待处理轮廓集合；

5、响应于尾料感应信号，根据当前剩余管材状态计算管材剩余有效长度，基于待处理轮廓集合提取剩余可加工轮廓集合；

6、基于管材剩余有效长度、卡盘夹持约束及加工极限位置，将剩余可加工轮廓集合进行划分得到轮廓分布结果；其中，所述轮廓分布结果包括前部加工区域、中部加工区域以及尾部加工区域；

7、根据轮廓分布结果分别校验工艺约束生成加工控制序列。

8、优选地，基于送料偏移量进行前部区域往复上料切割，得到当前剩余管材状态及待处理轮廓集合，具体为：

9、在当前送料偏移量时获取满足轮廓最大y坐标与加工正极限约束的待处理轮廓集合；

10、基于待处理轮廓集合计算本次上料长度和送料偏移量；

11、对本轮最后一个可加工轮廓调整上料长度，使其终点对齐前部加工区域边界，得到当前剩余管材状态。

12、优选地，基于管材剩余有效长度、卡盘夹持约束及加工极限位置，将剩余可加工轮廓集合进行划分得到轮廓分布结果，具体为：

13、根据管材剩余有效长度计算管材尾端工具坐标及管材尾端至主卡盘后端的卡爪距离，基于管材尾端工具坐标与卡爪距离得到前部区域上界；

14、按轮廓坐标顺序扫描剩余可加工轮廓集合，将最大y坐标不大于前部区域上界的轮廓划入前部加工区域及待分配轮廓集合；

15、取待分配轮廓集合最后一个零件，基于卡盘最小夹持长度与安全距离得到尾部区域下界，逆序扫描待分配轮廓集合，将最大y坐标不小于所述尾部区域下界的轮廓划入尾部加工区域及中部加工区域；

16、其中，前部加工区域、中部加工区域以及尾部加工区域组合为轮廓分布结果。

17、优选地，根据轮廓分布结果分别校验工艺约束生成加工控制序列，具体为：

18、提取中部加工区域的末端轮廓最大y坐标，基于末端轮廓最大y坐标得到中部夹持允许边界；

19、比对末端轮廓最大y坐标与安全距离之和是否不大于中部夹持允许边界，得到中部区域夹持校验结果；

20、若中部区域夹持校验结果不满足，则判定中部区域无法正常夹持并触发报警；若满足，则将中部区域夹持校验结果传入生成加工控制序列。

21、优选地，还包括：

22、基于尾部区域划分结果计算得到尾部避让距离，根据尾部避让距离调整管材推送量得到推送后送料轴坐标；

23、当推送后送料轴坐标超出加工正极限时，根据反向推管得到修正后的管材位置；

24、基于修正后的管材位置及轮廓分布结果确定中部区域首次上料策略：

25、若尾部区域非空，基于修正后的管材位置将管材推送至中卡盘可夹持位置，将枪头从尾部工位移至中部工位并正向补偿切割停止点坐标；

26、若尾部区域为空，将枪头从前部工位移至中部工位并反向补偿切割停止点坐标，得到枪头工位切换位移量及坐标补偿量；

27、在中部区域内基于坐标补偿量迭代往复上料，末轮调整上料长度使最后轮廓对齐中部窗口边界，整合得到加工控制序列。

28、优选地，还包括：

29、提取剩余可加工轮廓集合的零件类型与零件位置信息，基于零件类型区分坡口零件与直切零件；

30、对于坡口零件，基于卡盘最小夹持长度与坡口安全距离校验其长度是否不小于二者之和，得到坡口零件合规结果；

31、对于直切零件，基于卡盘最小夹持长度与安全距离校验其长度是否不小于二者之和，得到直切零件合规结果；

32、基于零件位置信息区分非末位零件与末位零件；

33、对于非末位零件，校验其长度是否不大于中部加工位y坐标与卡盘尾部坐标之差；对于末位零件，校验其长度是否不大于机床y向净空高度的80%，得到长度约束校验结果；

34、将坡口零件合规结果、直切零件合规结果及长度约束校验结果传入加工控制序列。

35、优选地，还包括：

36、基于轮廓分布结果识别枪头目标工位；

37、当枪头切换至中部或尾部加工工位后，启用对应工位的旋转轴中心并重新执行管材寻中，结合坐标补偿量得到精度补偿后的切割坐标；

38、断点续切时，判断前部加工区域是否已无可用轮廓，若是，则基于轮廓分布结果将恢复加工起点调整为尾部区域首孔或中部区域首孔，得到断点恢复起始坐标；

39、加工完成后，基于加工控制序列联动plc执行夹爪松夹、管材掉落及轴系复位的丢料时序控制，得到丢料完成状态。

40、优选地，当推送后送料轴坐标超出加工正极限时，根据反向推管得到修正后的管材位置，具体包括以下步骤：

41、检测送料轴推送后的实际位置状态，根据实际位置状态判断是否超出加工正极限允许范围得到超出状态判定结果；

42、基于超出状态判定结果提取超出幅度，根据超出幅度、卡盘夹持力度与管材自重得到反向推管的初始回退距离；

43、按照初始回退距离执行管材反向推送，推送过程持续采集卡盘夹持力波动数据，根据夹持力波动数据、初始回退距离动态调整推送终点，得到初步调整后的管材位置；

44、在初步调整后的管材位置启动管材径向寻中工序，得到管材实际中心偏移量；

45、根据管材实际中心偏移量对初步调整后的管材位置进行修正，锁定送料轴当前位置作为修正后的管材位置。

46、优选地，基于修正后的管材位置及轮廓分布结果确定中部区域首次上料策略，具体包括以下步骤：

47、基于修正后的管材位置以及轮廓分布结果，判断尾部区域是否存在待加工轮廓得到尾部区域状态判定结果；

48、根据尾部区域状态判定结果选择对应的工位切换路径，得到枪头工位切换方向；

49、根据枪头工位切换方向以及修正后的管材位置，确定切割停止点的坐标补偿方向得到坐标补偿量；

50、将坐标补偿量与枪头工位切换方向整合形成中部区域首次上料策略。

51、一种激光管材切割路径规划与上料控制系统，包括：

52、尾料检测模块，在未触发尾料感应时，基于送料偏移量进行前部区域往复上料切割，得到当前剩余管材状态及待处理轮廓集合；

53、提取模块，响应于尾料感应信号，根据当前剩余管材状态计算管材剩余有效长度，基于待处理轮廓集合提取剩余可加工轮廓集合；

54、区域划分模块，基于管材剩余有效长度、卡盘夹持约束及加工极限位置，将剩余可加工轮廓集合进行划分得到轮廓分布结果；其中，所述轮廓分布结果包括前部加工区域、中部加工区域以及尾部加工区域；

55、路径合成模块，根据轮廓分布结果分别校验工艺约束生成加工控制序列。

56、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

57、本发明通过尾料感应器触发后的三区域动态重规划机制，将剩余可加工轮廓合理分配到前部加工区域、中部加工区域、尾部加工区域，使最后若干轮廓在单卡盘稳定夹持下完成切割，大幅提升管材的利用效率，降低单件加工的材料成本。对切割停止点进行坐标补偿，配合各工位独立的b轴旋转中心标定与管材重新寻中，有效消除跨工位加工带来的坐标偏移误差，保证孔位精度，确保不同工位加工的轮廓位置准确一致，提高加工过程的安全性和设备运行的可靠性。