激光加工头位姿控制方法、位姿控制装置、机构及介质与流程

本技术涉及激光加工，特别涉及一种激光加工头位姿控制方法、位姿控制装置、机构及介质。

背景技术：

1、现有激光加工系统通过检测激光加工头正下方的高度进行反馈控制，以维持恒定加工距离。该方式在平整工件上有效，但当工件局部翘起形成向上或向下的陡坡时，系统因无法提前感知地形变化，且执行机构响应滞后，导致激光加工头在高速爬坡或下坡时易偏离设定高度，甚至发生碰撞。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足之处，本技术提供一种激光加工头位姿控制方法、位姿控制装置、机构及介质，能够实现激光加工头对复杂曲面的主动预判与姿态自适应，避免碰撞并提升加工质量。

2、本技术为解决上述技术问题，第一方面，本技术实施例公开了一种激光加工头位姿控制方法，包括：

3、获取工件表面沿激光加工头行进方向的第一位置点和第二位置点的高度信息，以及所述激光加工头的当前俯仰角，其中，所述第一位置点和所述第二位置点之间的间距为预设距离；

4、根据所述第一位置点的高度信息和所述第二位置点的高度信息，计算所述激光加工头的当前相对高度值；

5、根据所述第一位置点的高度信息和所述第二位置点的高度信息，计算所述激光加工头前方工件表面的局部坡度角；

6、根据所述当前相对高度值与预设高度设定值之间的高度偏差，生成高度控制量；

7、根据所述局部坡度角与所述当前俯仰角之间的角度偏差，生成姿态控制量；

8、根据所述高度控制量控制所述激光加工头执行升降运动，根据所述姿态控制量控制所述激光加工头执行俯仰运动。

9、作为一种可选的实施方式，在本技术实施例中，所述根据所述第一位置点的高度信息和所述第二位置点的高度信息，计算所述激光加工头前方工件表面的局部坡度角，包括：

10、获取所述第一位置点的第一高度值h1和所述第二位置点的第二高度值h2；

11、根据所述第一高度值h1和所述第二高度值h2的差值与所述预设距离l的比值，按照以下公式计算所述局部坡度角：

12、

13、作为一种可选的实施方式，在本技术实施例中，所述生成姿态控制量，包括：

14、采用比例-积分-微分控制器对所述角度偏差进行闭环控制运算，以生成所述姿态控制量。

15、作为一种可选的实施方式，在本技术实施例中，所述采用比例-积分-微分控制器进行闭环控制运算，包括：

16、所述姿态控制量按照以下公式计算：

17、

18、其中，为所述角度偏差，、、分别为预设的姿态比例增益、姿态积分增益和姿态微分增益。

19、作为一种可选的实施方式，在本技术实施例中，升降驱动电机设置于安装基座，所述升降驱动电机的输出轴连接滑动座，在所述升降驱动电机的驱动下，所述滑动座可相对所述安装基座进行升降运动；

20、姿态驱动电机设置于所述滑动座，所述姿态驱动电机的输出轴与所述激光加工头连接，在所述姿态驱动电机的驱动下，所述激光加工头可相对所述安装基座绕垂直于行进方向的转轴进行转动；

21、所述升降驱动电机根据所述高度控制量，驱动所述激光加工头沿垂直方向升降；

22、所述姿态驱动电机根据所述姿态控制量，驱动所述激光加工头的加工嘴绕垂直于行进方向转动。

23、作为一种可选的实施方式，在本技术实施例中，第一直线电机和第二直线电机均连接于所述激光加工头和安装基座之间，且所述第一直线电机和所述第二直线电机的输出轴均转动连接于所述激光加工头，所述第一直线电机和所述第二直线电机沿所述激光加工头行进方向间隔设置；

24、所述第一直线电机和所述第二直线电机沿竖直方向驱动所述激光加工头相对于所述安装基座运动；

25、将所述高度控制量和所述姿态控制量进行叠加运算和差分运算，生成第一电机控制量和第二电机控制量；

26、所述第一直线电机根据第一电机控制量控制升降，所述第二直线电机根据第二电机控制量控制升降，以实现控制所述激光加工头进行升降运动和俯仰运动。

27、作为一种可选的实施方式，在本技术实施例中，所述第一电机控制量和第二电机控制量按照以下公式计算：

28、

29、

30、其中，为所述高度控制量，为所述姿态控制量。

31、作为一种可选的实施方式，在本技术实施例中，所述获取工件表面沿激光加工头行进方向的第一位置点和第二位置点的高度信息，包括：

32、获取布置于所述激光加工头上的第一传感器检测到的所述第一位置点的第一高度信息；以及

33、获取布置于所述激光加工头上的第二传感器检测到的所述第二位置点的第二高度信息。

34、第二方面，本技术实施例公开了激光加工头位姿控制装置，包括：

35、激光加工头；

36、高度信息获取模块，设置于所述激光加工头上，用于获取工件表面沿激光加工头行进方向的第一位置点和第二位置点的高度信息，所述第一位置点与所述第二位置点之间的间距为预设距离；

37、倾角仪，设置于所述激光加工头上，用于检测所述激光加工头的当前俯仰角；

38、驱动组件，连接于所述激光加工头与安装基座之间，用于驱动所述激光加工头执行升降运动和俯仰运动；

39、控制器，分别与所述高度信息获取模块、所述倾角仪、所述驱动组件连接，所述控制器被配置为执行如上所述的方法。

40、第三方面，本技术实施例公开了一种激光加工头机构，包括：

41、激光加工头；

42、安装基座，用于连接外部运动机构；

43、第一电容传感器和第二电容传感器，固定设置于所述激光加工头的同一侧，且沿所述激光加工头的行进方向间隔预定距离布置，所述第一电容传感器用于检测工件表面第一位置点的第一高度信息，所述第二电容传感器用于检测工件表面第二位置点的第二高度信息，所述第一高度信息和所述第二高度信息用于计算所述激光加工头前方工件表面的局部坡度角；

44、倾角仪，固定设置于所述激光加工头上，用于检测所述激光加工头的当前俯仰角；

45、驱动组件，连接于所述安装基座与所述激光加工头之间，用于根据所述第一高度信息和所述第二高度信息的平均值与预设高度设定值的偏差驱动所述激光加工头执行升降运动，以及根据所述局部坡度角与所述当前俯仰角的偏差驱动所述激光加工头执行俯仰运动。

46、第四方面，本技术实施例公开了一种计算机可读存储介质，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方法的步骤。

47、本技术提供的一种激光加工头位姿控制方法、位姿控制装置、机构及介质，通过获取工件表面沿激光加工头行进方向上第一位置点和第二位置点的高度信息，能够提前预判工件表面的局部起伏趋势；结合获取的激光加工头的当前俯仰角，分别根据第一位置点和第二位置点的高度信息计算当前相对高度值，进而根据当前相对高度值与预设高度设定值之间的高度偏差生成高度控制量，以控制激光加工头执行升降运动；同时，根据第一位置点和第二位置点的高度信息计算局部坡度角，并根据局部坡度角与当前俯仰角之间的角度偏差生成姿态控制量，以控制激光加工头执行俯仰运动。这样，在遇到上坡时激光加工头可主动抬升并调整仰角，在下坡时主动降低并相应调整俯角，从而有效避免激光加工头与工件发生碰撞。同时，由于能够根据实时获取的工件表面局部坡度角校正激光加工头的当前俯仰角，可始终保证加工嘴与工件表面保持垂直，进而使激光焦点位置和辅助气体流向维持在最佳状态，显著提升斜坡或曲面区域的加工质量与工艺稳定性。