激光轴控制方法、装置、激光设备和存储介质与流程

1.本技术涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种激光轴控制方法、装置、激光设备和存储介质。


背景技术：

2.现有激光轴控制方法主要是通过速度规划(velocity planning)控制或通过比例积分微分控制(proportional integral derivative，pid)来完成整个加工运动过程。一方面，利用速度规划进行控制，具体为每周期计算当前高度距离目标高度的剩余距离可达最大速度，通过逼近目标速度去进行控制，缺点为反馈信号抖动过大时，激光轴抖动也会较为明显；另一方面，通过比例积分微分控制，即通过对控制量的增量进行pid控制，其中该增量是本次控制量和上次控制量的差值，缺点为整个加工运动过程中量程外检测到的控制量为恒定值，容易在进入量程的瞬间速度过大导致过冲。
3.综上所述，亟需一种新的激光轴控制方法，其既可抑制反馈信号误差导致的激光轴抖动，又可防止位移量过大导致的过冲。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种既可抑制反馈信号误差导致的激光轴抖动，又可防止位移量过大导致的过冲的激光轴控制方法、装置、激光设备和存储介质。
5.第一方面、提供了一种激光轴控制方法，所述方法包括：
6.接收开始加工指令后，检测当前反馈信号对应的当前高度，所述当前反馈信号用于控制激光轴高度的信号；
7.实时获取本周期的高度差值，所述高度差值是所述当前高度与目标高度的差值；
8.根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制。
9.在其中一个实施例中，所述根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制具体：
10.若所述高度差值小于预设精度，获得本周期位移量，对所述激光轴进行上抬控制；
11.若所述高度差值大于预设精度，且所述当前高度大于等于量程，则获得减速距离可达最大速度，以规划速度对所述激光轴进行下落控制；若所述高度差值大于预设精度，且所述当前高度小于量程，则获得本周期实时位移量，对所述激光轴进行下落控制；
12.若所述高度差值等于预设精度，获得本周期位移量，对所述激光轴的高度进行稳定控制。
13.在其中一个实施例中，所述若所述高度差值小于预设精度，获得本周期位移量，对所述激光轴进行上抬控制具体：
14.若所述高度差值小于预设精度，计算本周期第一差值系数和上一周期第一差值系数，通过增量式pid计算本周期位移量，以所述本周期位移量控制所述激光轴进行上抬。
15.在其中一个实施例中，所述若所述高度差值等于预设精度，获得本周期位移量，对所述激光轴的高度进行稳定控制具体：
16.若所述高度差值等于预设精度，计算本周期第二差值系数和上一周期第二差值系数，通过增量式pid计算本周期位移量，若所述第二位移量大于等于预设最小位移值，则以所述本周期位移量控制对所述激光轴的高度进行稳定控制；若所述本周期位移量小于预设最小位移值，则保持对所述机关激光轴的高度控制不变。
17.在其中一个实施例中，所述若所述高度差值大于预设精度，且所述当前高度大于等于量程，则获得减速距离可达最大速度，以规划速度对所述激光轴进行下落控制；若所述高度差值大于预设精度，且所述当前高度小于量程，则获得本周期实时位移量，对所述激光轴进行下落控制具体：
18.若所述高度差值大于预设精度，判断所述当前高度是否大于等于量程；
19.若所述当前高度是否大于等于所述量程，获得减速距离可达最大速度，通过速度规划进行控制，逼近减速距离可达最大速度，直至达到匀速；
20.若所述当前高度小于所述量程，计算本周期第三差值系数和上一周期第三差值系数，通过增量式pid计算本周期位移量，以所述本周期位移量控制所述激光轴进行下落。
21.第二方面、提供了一种激光轴控制装置，所述装置包括：
22.高度检测单元，用于接收开始加工指令后，检测当前反馈信号对应的当前高度，所述当前反馈信号用于控制激光轴高度的信号；
23.差值获取单元，用于实时获取本周期的高度差值，所述高度差值是所述当前高度与目标高度的差值；
24.高度控制单元，用于根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制。
25.在其中一个实施例中，所述高度控制单元包括：
26.第一控制子单元，用于若所述高度差值小于预设精度，获得本周期位移量，对所述激光轴进行上抬控制；
27.第二控制子单元，用于若所述高度差值大于预设精度，且所述当前高度大于等于量程，则获得减速距离可达最大速度，以规划速度对所述激光轴进行下落控制；若所述高度差值大于预设精度，且所述当前高度小于量程，则获得本周期实时位移量，对所述激光轴进行下落控制；
28.第三控制子单元，用于若所述高度差值等于预设精度，获得本周期位移量，对所述激光轴的高度进行稳定控制。
29.在其中一个实施例中，所述第一控制子单元具体用于若所述高度差值小于预设精度，计算本周期第一差值系数和上一周期第一差值系数，通过增量式pid计算本周期位移量，以所述本周期位移量控制所述激光轴进行上抬。
30.第三方面、提供了一种激光设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
31.接收开始加工指令后，检测当前反馈信号对应的当前高度，所述当前反馈信号用于控制激光轴高度的信号；
32.实时获取本周期的高度差值，所述高度差值是所述当前高度与目标高度的差值；
33.根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制。
34.第四方面、提供了一种计算机可读存储介质，其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以下步骤：
35.接收开始加工指令后，检测当前反馈信号对应的当前高度，所述当前反馈信号用于控制激光轴高度的信号；
36.实时获取本周期的高度差值，所述高度差值是所述当前高度与目标高度的差值；
37.根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制。
38.上述激光轴控制方法、装置、激光设备和存储介质，通过接收开始加工指令后，检测当前反馈信号对应的当前高度，所述当前反馈信号用于控制激光轴高度的信号；实时获取本周期的高度差值，所述高度差值是所述当前高度与目标高度的差值；根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制，本技术通过分不同的情形采用速度规划控制或通过比例积分微分控制来实现对激光轴控制，既可抑制反馈信号误差导致的激光轴抖动，又可防止位移量过大导致的过冲。
附图说明
39.图1为一个实施例中激光轴控制方法的流程示意图；
40.图2为一个实施例中激光轴控制装置的结构框图；
41.图3为一个实施例中激光设备的内部结构图。
具体实施方式
42.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
43.本技术提供的激光轴控制方法，可以应用激光设备的应用环境中。
44.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种激光轴控制方法，以该方法应用于激光设备为例进行说明，包括以下步骤：
45.步骤s11，接收开始加工指令后，检测当前反馈信号对应的当前高度，所述当前反馈信号用于控制激光轴高度的信号。
46.在本发明实施例中，所述开始加工指令是用于启动激光设备开始加工的指令。所述当前反馈信号用于激光设备工作过程中控制激光轴高度的信号，初始当前反馈信号对应的激光轴高度可根据需要预设。接收开始加工指令之后，检测当前反馈信号对应的本周期
当前高度。
47.步骤s12，实时获取本周期的高度差值，所述高度差值是所述当前高度与目标高度的差值。
48.在本发明实施例中，所述高度差值是本周期的当前高度与目标高度的差值。所述预设精度是预设的系统高度差的临界值。根据检测到的当前高度与目标高度，获得高度差值，以便于判断本周期高度差值与预设精度的大小关系。
49.步骤s13，根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期实时位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制。
50.在本发明实施例中，所述高度差值与预设精度的大小关系分三种情况，三种情况下对激光轴的控制具体如下：
51.第一情况是，若所述高度差值小于预设精度，获得本周期实时位移量，对所述激光轴进行上抬控制。
52.具体的，若所述高度差值小于预设精度，计算本周期第一差值系数kp1和上一周期第一差值系数ki1，通过增量式pid计算本周期位移量l1，以所述本周期位移量l1控制所述激光轴进行上抬，其中
53.kp1＝(s/100)*(vsmax1/vmax1)；
54.ki1＝kp1/r；
55.l1＝kp1*d11 ki1*d12；
56.其中，s为灵敏度，vsmax1为第一剩余路径可达最大速度，vmax1为第一减速距离可达最大速度，r为抑震系数，第一高度差值d11，上一周期第一高度差值d12。灵敏度是在上抬过程加快系统的反应避免反应过慢导致碰撞的参数。抑震系数是减小反馈信号对系统的影响系数。该情况下通过灵敏度和抑振系数搭配使用，既可以加快反应，又可以能够抑制反馈信号导致的激光轴抖动，且在加工板面突然靠近时，根据系统算出来的差值系数会更快地远离板面。
57.第二情况是，若所述高度差值等于预设精度，获得本周期实时位移量，对所述激光轴的高度进行稳定控制。
58.具体的，若所述高度差值等于预设精度，计算本周期第二差值系数kp2和上一周期第二差值系数ki2，通过增量式pid计算本周期位移量l2，若所述第二位移量l2大于等于预设最小位移值，则以所述本周期位移量l2控制对所述激光轴的高度进行稳定控制；若所述本周期位移量l2小于预设最小位移值，则保持对所述机关激光轴的高度控制不变，即本周期位移量为零，其中，最小位移值是预设的激光轴最小位移值，
59.kp2＝0.01*(vsmax2/vmax2)；
60.ki2＝kp2/r；
61.l2＝kp2*d21 ki2*d22；
62.其中，s为灵敏度，vsmax2为第二剩余路径可达最大速度，vmax2为第二减速距离可达最大速度，r为抑震系数，第二高度差值d21，上一周期第二高度差值d22。在若所述高度差值等于预设精度情况下，通过灵敏度和抑振系数搭配使用，既可以加快反应，又可以能够抑制反馈信号导致的激光轴抖动，且在越接近目标高度时，位移量越小，防止位移量过大导致
的过冲。
63.第三情况是，若所述高度差值大于预设精度，且所述当前高度大于等于量程，则获得减速距离可达最大速度，以规划速度对所述激光轴进行下落控制；若所述高度差值大于预设精度，且所述当前高度小于量程，则获得本周期实时位移量，对所述激光轴进行下落控制。
64.具体，若所述高度差值大于预设精度，判断所述当前高度是否大于等于量程；
65.若所述当前高度是否大于等于所述量程，获得减速距离可达最大速度，通过速度规划进行控制，逼近减速距离可达最大速度，直至达到匀速；
66.若所述当前高度小于所述量程，计算本周期第三差值系数kp3和上一周期第三差值系数ki3，通过增量式pid计算本周期位移量l3，以所述本周期位移量l3控制所述激光轴进行下落，
67.kp3＝0.01*(vsmax3/vmax3)；
68.ki3＝kp3/r；
69.l3＝kp3*d31 ki3*d32；
70.其中，s为灵敏度，vsmax3为第三剩余路径可达最大速度，vmax3为第三减速距离可达最大速度，r为抑震系数，第三高度差值d31，上一周期第三高度差值都d32。在该种情况下，通过灵敏度和抑振系数搭配使用，既可以加快反应，又可以能够抑制反馈信号导致的激光轴抖动；通过剩余路径可达最大速度与减速距离可达最大速度进行比较，每周期自动调整比例和差值系数，从而在加工板面突然远离时，根据系统算出来的差值系数会更快地逼近目标高度。
71.上述激光轴控制方法中，接收开始加工指令后，检测当前反馈信号对应的当前高度，所述当前反馈信号用于控制激光轴高度的信号；实时获取本周期的高度差值，所述高度差值是所述当前高度与目标高度的差值；根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制，本技术通过分不同的情形采用速度规划控制或通过比例积分微分控制来实现对激光轴控制，既可抑制反馈信号误差导致的激光轴抖动，又可防止位移量过大导致的过冲。
72.应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
73.在一个实施例中，如图2所示，提供了一种激光轴控制装置，包括：高度检测单元21、差值获取单元22和高度控制单元23，其中：
74.高度检测单元21，用于接收开始加工指令后，检测当前反馈信号对应的当前高度，所述当前反馈信号用于控制激光轴高度的信号；
75.差值获取单元22，用于实时获取本周期的高度差值，所述高度差值是所述当前高度与目标高度的差值；
76.高度控制单元23，用于根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制。
77.在其中一个实施例中，所述高度控制单元23包括：
78.第一控制子单元，用于若所述高度差值小于预设精度，获得本周期位移量，对所述激光轴进行上抬控制；
79.第二控制子单元，用于若所述高度差值大于预设精度，且所述当前高度大于等于量程，则获得减速距离可达最大速度，以规划速度对所述激光轴进行下落控制；若所述高度差值大于预设精度，且所述当前高度小于量程，则获得本周期实时位移量，对所述激光轴进行下落控制；
80.第三控制子单元，用于若所述高度差值等于预设精度，获得本周期位移量，对所述激光轴的高度进行稳定控制。
81.在其中一个实施例中，所述第一控制子单元具体用于若所述高度差值小于预设精度，计算本周期第一差值系数kp1和上一周期第一差值系数ki1，通过增量式pid计算本周期位移量l1，以所述本周期位移量l1控制所述激光轴进行上抬，其中
82.kp1＝(s/100)*(vsmax1/vmax1)；
83.ki1＝kp1/r；
84.l1＝kp1*d11 ki1*d12；
85.其中，s为灵敏度，vsmax1为第一剩余路径可达最大速度，vmax1为第一减速距离可达最大速度，r为抑震系数，第一高度差值d11，上一周期第一高度差值d12。
86.在其中一个实施例中，所述第二控制子单元具体用于若所述高度差值大于预设精度，判断所述当前高度是否大于等于量程；
87.若所述当前高度是否大于等于所述量程，获得减速距离可达最大速度，通过速度规划进行控制，逼近减速距离可达最大速度，直至达到匀速；
88.若所述当前高度小于所述量程，计算本周期第三差值系数kp3和上一周期第三差值系数ki3，通过增量式pid计算本周期位移量l3，以所述本周期位移量l3控制所述激光轴进行下落，
89.kp3＝0.01*(vsmax3/vmax3)；
90.ki3＝kp3/r；
91.l3＝kp3*d31 ki3*d32；
92.其中，s为灵敏度，vsmax3为第三剩余路径可达最大速度，vmax3为第三减速距离可达最大速度，r为抑震系数，第三高度差值d31，上一周期第三高度差值都d32。
93.在其中一个实施例中，所述第三控制子单元具体用于若所述高度差值等于预设精度，计算本周期第二差值系数kp2和上一周期第二差值系数ki2，通过增量式pid计算本周期位移量l2，若所述第二位移量l2大于等于预设最小位移值，则以所述本周期位移量l2控制对所述激光轴的高度进行稳定控制；若所述本周期位移量l2小于预设最小位移值，则保持对所述机关激光轴的高度控制不变，
94.kp2＝0.01*(vsmax2/vmax2)；
95.ki2＝kp2/r；
96.l2＝kp2*d21 ki2*d22；
97.其中，s为灵敏度，vsmax2为第二剩余路径可达最大速度，vmax2为第二减速距离可达最大速度，r为抑震系数，第二高度差值d21，上一周期第二高度差值d22。
98.关于激光轴控制装置的具体限定可以参见上文中对于激光轴控制方法的限定，在此不再赘述。上述激光轴控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于激光设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于激光设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
99.在一个实施例中，提供了一种激光设备，其内部结构图可以如图3所示。该激光设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器。其中，该激光设备的处理器用于提供计算和控制能力。该激光设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机程序被处理器执行时以实现一种激光轴控制方法。
100.本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的激光设备的限定，具体的激光设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
101.在一个实施例中，提供了一种激光设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
102.接收开始加工指令后，检测当前反馈信号对应的当前高度，所述当前反馈信号用于控制激光轴高度的信号；
103.实时获取本周期的高度差值，所述高度差值是所述当前高度与目标高度的差值；
104.根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制。
105.在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
106.接收开始加工指令后，检测当前反馈信号对应的当前高度，所述当前反馈信号用于控制激光轴高度的信号；
107.实时获取本周期的高度差值，所述高度差值是所述当前高度与目标高度的差值；
108.根据所述高度差值与预设精度的大小关系，及所述当前高度与量程的关系，获得本周期位移量或减速距离可达最大速度，对所述激光轴的高度进行上抬控制、下落控制或者稳定控制。
109.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强
型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
110.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
111.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。