基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法、装置、处理器及其存储介质与流程

1.本发明涉及激光切割领域，尤其涉及大功率激光切割领域，具体是指一种数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。


背景技术：

2.激光切割技术是控制激光切割头产生的激光沿着一定的方向进行运动，从而实现对板材的切割，生产出所需的零件。
3.现有的相关技术中，切割锐角或小圆弧等拐角时对于切割头的移动速度和激光功率的设置要求十分精准，极易影响工件的加工质量。由于拐角的位置特殊，在运动控制方面需要进行减速处理，激光功率过高时极易造成转角过烧挂渣，导致工件不满足质量要求；而激光功率设置较低时非拐角处又容易出现切不透的现象，切割工件的报废率极高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足报废率低、质量高、操作简便、适用范围较为广泛的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
5.为了实现上述目的，本发明的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
6.该数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
7.(1)绘制切割图形，生成刀路；
8.(2)判断是否准备尖角工艺或圆弧工艺，如果是尖角工艺，则继续步骤(3)；否则，继续步骤(4)；
9.(3)计算每个拐点的尖角角度，插入尖角工艺的指令，继续步骤(5)；
10.(4)计算每段圆弧的半径长度，插入圆弧工艺的指令，继续步骤(5)；
11.(5)控制激光切割头根据切割运动轨迹运动，开始切割；
12.(6)判断是否启用尖角工艺或圆弧工艺，如果启用尖角工艺，则继续步骤(7)；否则，继续步骤(8)；
13.(7)启用尖角工艺，在拐角的尖角角度和拐角前距离符合条件时，控制激光切割头按尖角工艺出光，切割头退出拐角运动后，控制激光切割头按切割工艺出光；
14.(8)启用圆弧工艺，在圆弧半径和圆弧起点位置符合条件时，控制激光切割头按圆弧工艺出光，切割头到达圆弧终点位置时，控制激光切割头按切割工艺出光。
15.较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
16.(3.1)遍历图形中的每个点，对每个点p1(x1，y1)，根据点的类型，分别通过它的前
一个点p2(x2，y2)和后一个点p3(x3，y3)确定尖角的前半段向量v1和后半段向量v2；
17.(3.2)计算每个拐点的尖角角度；
18.(3.3)在生成的刀路中插入尖角工艺的指令，标记每个点所在拐角的角度θ，继续步骤(5)。
19.较佳地，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
20.(4.1)遍历图形中的每个点p1(x1，y1)；
21.(4.2)通过圆心o1(x4，y4)计算圆弧的半径长度；
22.(4.3)在生成的刀路中插入圆弧工艺开始的指令和圆弧工艺结束的指令，并标记圆弧的半径r，继续步骤(5)。
23.较佳地，所述的步骤(3.2)中计算拐点的尖角角度，具体为：
24.根据以下公式计算拐点的尖角角度：
[0025][0026]
θ＝arccos(cosθ)；
[0027]
其中，v1为尖角的前半段向量，v2为尖角的后半段向量。
[0028]
较佳地，所述的步骤(3.3)中每个点所在拐角的角度θ包括直线和直线的夹角，直线和圆弧的夹角、圆弧和直线的夹角以及圆弧和圆弧的夹角。
[0029]
较佳地，所述的步骤(4.2)中计算每段圆弧的半径长度，具体为：
[0030]
根据以下公式计算每段圆弧的半径长度：
[0031][0032]
其中，点为p1(x1，y1)，圆弧圆心为o1(x4，y4)。
[0033]
较佳地，所述的步骤(7)具体包括以下步骤：
[0034]
(7.1)判断切割的下个拐角角度是否小于等于设置的尖角角度，如果是，则继续步骤(7.2)；否则，继续步骤(7.1)；
[0035]
(7.2)判断是否到达拐角前的距离拐角等于尖角长度的位置，如果是，则控制切割头按尖角工艺出光，执行预设的尖角工艺的峰值功率、切割频率和占空比；否则，继续步骤(7.2)；
[0036]
(7.3)判断是否到达拐角后的距离拐角等于尖角长度的位置，如果是，则控制切割头按切割工艺出光，恢复切割工艺使用的峰值功率、切割频率和占空比，结束步骤；否则，继续步骤(7.3)。
[0037]
较佳地，所述的步骤(8)具体包括以下步骤：
[0038]
(8.1)判断切割的下段圆弧半径是否小于等于设置的圆弧半径，如果是，则继续步骤(8.2)；否则，继续步骤(8.1)；
[0039]
(8.2)判断是否到达圆弧起点位置，如果是，则控制切割头按圆弧工艺出光，执行预设的尖角工艺的峰值功率、切割频率和占空比；否则，继续步骤(8.2)；
[0040]
(8.3)判断是否到达圆弧终点位置，如果是，则控制切割头按切割工艺出光，恢复切割工艺使用的峰值功率、切割频率和占空比，结束步骤；否则，继续步骤(8.3)。
[0041]
该用于实现数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺的避免拐角过烧挂渣缺陷的装置，其主要特点是，所述的装置包括：
[0042]
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
[0043]
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的各个步骤。
[0044]
该用于实现数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺的避免拐角过烧挂渣缺陷的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的各个步骤。
[0045]
该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的各个步骤。
[0046]
采用了本发明的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，基于尖角工艺和圆弧工艺的切割方法，切割头运动至拐角时，可控制切割头出光的峰值功率、切割频率和占空比，进而确保在切割经过拐角时精准调整具体的参数数值，避免因为运动减速导致激光功率过大，解决拐角位置容易过烧挂渣的问题，提高拐角处的切割效果，满足切割质量要求。
附图说明
[0047]
图1为本发明的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的流程图。
[0048]
图2为本发明的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的实施例的三点均在直线上的示意图。
[0049]
图3为本发明的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的实施例的前中的点在直线上且后面的点在圆弧上的示意图。
[0050]
图4为本发明的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的实施例的前中的点在圆弧上且后面的点在直线上的示意图。
[0051]
图5为本发明的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的实施例的三点在圆弧上的示意图。
具体实施方式
[0052]
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0053]
本发明的该数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法，其中包括以下步骤：
[0054]
(1)绘制切割图形，生成刀路；
[0055]
(2)判断是否准备尖角工艺或圆弧工艺，如果是尖角工艺，则继续步骤(3)；否则，继续步骤(4)；
[0056]
(3)计算每个拐点的尖角角度，插入尖角工艺的指令，继续步骤(5)；
[0057]
(4)计算每段圆弧的半径长度，插入圆弧工艺的指令，继续步骤(5)；
[0058]
(5)控制激光切割头根据切割运动轨迹运动，开始切割；
[0059]
(6)判断是否启用尖角工艺或圆弧工艺，如果启用尖角工艺，则继续步骤(7)；否则，继续步骤(8)；
[0060]
(7)启用尖角工艺，在拐角的尖角角度和拐角前距离符合条件时，控制激光切割头按尖角工艺出光，切割头退出拐角运动后，控制激光切割头按切割工艺出光；
[0061]
(8)启用圆弧工艺，在圆弧半径和圆弧起点位置符合条件时，控制激光切割头按圆弧工艺出光，切割头到达圆弧终点位置时，控制激光切割头按切割工艺出光。
[0062]
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
[0063]
(3.1)遍历图形中的每个点，对每个点p1(x1，y1)，根据点的类型，分别通过它的前一个点p2(x2，y2)和后一个点p3(x3，y3)确定尖角的前半段向量v1和后半段向量v2；
[0064]
(3.2)计算每个拐点的尖角角度；
[0065]
(3.3)在生成的刀路中插入尖角工艺的指令，标记每个点所在拐角的角度θ，继续步骤(5)。
[0066]
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
[0067]
(4.1)遍历图形中的每个点p1(x1，y1)；
[0068]
(4.2)通过圆心o1(x4，y4)计算圆弧的半径长度；
[0069]
(4.3)在生成的刀路中插入圆弧工艺开始的指令和圆弧工艺结束的指令，并标记圆弧的半径r，继续步骤(5)。
[0070]
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3.2)中计算拐点的尖角角度，具体为：
[0071]
根据以下公式计算拐点的尖角角度：
[0072][0073]
θ＝arccos(cosθ)；
[0074]
其中，v1为尖角的前半段向量，v2为尖角的后半段向量。
[0075]
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3.3)中每个点所在拐角的角度θ包括直线和直线的夹角，直线和圆弧的夹角、圆弧和直线的夹角以及圆弧和圆弧的夹角。
[0076]
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4.2)中计算每段圆弧的半径长度，具体为：
[0077]
根据以下公式计算每段圆弧的半径长度：
[0078][0079]
其中，点为p1(x1，y1)，圆弧圆心为o1(x4，y4)。
[0080]
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(7)具体包括以下步骤：
[0081]
(7.1)判断切割的下个拐角角度是否小于等于设置的尖角角度，如果是，则继续步骤(7.2)；否则，继续步骤(7.1)；
[0082]
(7.2)判断是否到达拐角前的距离拐角等于尖角长度的位置，如果是，则控制切割头按尖角工艺出光，执行预设的尖角工艺的峰值功率、切割频率和占空比；否则，继续步骤(7.2)；
[0083]
(7.3)判断是否到达拐角后的距离拐角等于尖角长度的位置，如果是，则控制切割头按切割工艺出光，恢复切割工艺使用的峰值功率、切割频率和占空比，结束步骤；否则，继
续步骤(7.3)。
[0084]
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(8)具体包括以下步骤：
[0085]
(8.1)判断切割的下段圆弧半径是否小于等于设置的圆弧半径，如果是，则继续步骤(8.2)；否则，继续步骤(8.1)；
[0086]
(8.2)判断是否到达圆弧起点位置，如果是，则控制切割头按圆弧工艺出光，执行预设的尖角工艺的峰值功率、切割频率和占空比；否则，继续步骤(8.2)；
[0087]
(8.3)判断是否到达圆弧终点位置，如果是，则控制切割头按切割工艺出光，恢复切割工艺使用的峰值功率、切割频率和占空比，结束步骤；否则，继续步骤(8.3)。
[0088]
本发明的该用于实现数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺的避免拐角过烧挂渣缺陷的装置，其中，所述的装置包括：
[0089]
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
[0090]
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的各个步骤。
[0091]
本发明的该用于实现数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺的避免拐角过烧挂渣缺陷的处理器，其中，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的各个步骤。
[0092]
本发明的该计算机可读存储介质，其中，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法的各个步骤。
[0093]
本发明的目的是提供一种基于尖角工艺和圆弧工艺的切割方法，解决拐角位置容易过烧挂渣的问题，提高拐角处的切割效果。
[0094]
本发明通过计算拐角角度在刀路中插入尖角工艺的指令，通过计算圆弧的半径在刀路中插入圆弧工艺的指令，在控制激光切割头进行加工时，通过尖角工艺和圆弧工艺在指定的位置精准调节切割头出光的峰值功率、切割频率和占空比，解决因运动减速造成拐角位置激光功率过大过烧挂渣的问题，提高拐角处的切割效果。
[0095]
如图1所示，本发明的目的通过设置尖角或小圆弧处的峰值功率、切割频率和占空比对特定的尖角或圆弧进行调节，解决拐角处过烧挂渣的现象，具体步骤如下：
[0096]
(1)将绘制的待切割图形转换成刀路时，遍历图形中的每一个点，计算每一个拐点的尖角角度。
[0097]
其中，步骤(1)中确定尖角的前半段向量v1和后半段向量v2，具体为：
[0098]
遍历图形中的每一个点，对每一个点p1(x1，y1)，根据点的类型，分别通过它的前一个点p2(x2，y2)和后一个点p3(x3，y3)，确定尖角的前半段向量v1和后半段向量v2。
[0099]
若p1点在直线上，则若p1点在圆弧上且圆心为o1(x4，y4)，则使用该点在圆弧上的切线来表示向量v1，若圆弧为顺时针，v1＝(y4-y1，x1-x4)，若圆弧为逆时针，则v1＝(y1-y4，x4-x1)。
[0100]
同理可得，若p3点在直线上，在若p3点在圆弧
上且圆心为o2(x5，y5)，若圆弧为顺时针，v2＝(y1-y5，x5-x1)，若圆弧为逆时针，则v2＝(y5-y1，x1-x5)。
[0101]
其中，步骤(1)中计算拐点尖角角度，具体为：
[0102]
根据以下公式计算向量v1和向量v2之间的夹角θ：
[0103][0104]
θ＝arccos9cosθ)；
[0105]
(2)在生成的刀路中插入尖角工艺的指令，标记每个点所在拐角的角度θ，其中包括直线和直线的夹角，直线和圆弧的夹角、圆弧和直线的夹角以及圆弧和圆弧的夹角。
[0106]
(3)将绘制的待切割图形转换成刀路时，遍历图形中的每一个点p1，计算每一段圆弧的半径长度。
[0107]
其中，所述的步骤(3)中计算圆弧半径长度，具体为：
[0108]
遍历图形中的每一个点p1，如果p1点在圆弧上，通过圆心o1计算圆弧的半径r，具体公式如下：
[0109][0110]
(4)在生成的刀路中插入圆弧工艺开始的指令和圆弧工艺结束的指令，并标记圆弧的半径r。
[0111]
(5)启用尖角工艺时，设置期望的最大尖角角度α、尖角长度β以及尖角处使用的峰值功率、切割频率和占空比，表示对角度小于等于α的所有拐角，从拐点前βmm处执行尖角工艺直至拐点后βmm。
[0112]
(6)启用圆弧工艺时，设置期望的最大圆弧半径γ以及圆弧处使用的峰值功率、切割频率和占空比，表示对半径小于等于γ的所有圆弧段，从圆弧起点处执行圆弧工艺直至圆弧段结束。
[0113]
(7)启用加工对板材进行切割时控制激光切割头根据切割运动轨迹运动。
[0114]
(8)在切割头进入拐角时，若启用了尖角工艺且下一个拐角的尖角角度满足尖角工艺的要求，当切割头运动到距离拐点刚好等于尖角长度的位置时，则控制激光切割头调整激光，开始执行预先设定的尖角工艺的峰值功率、切割频率和占空比；当切割头退出拐角运动到距离拐点刚好等于尖角长度的位置时，再次控制激光切割头调整激光，恢复为切割工艺使用的峰值功率、切割频率和占空比。
[0115]
(9)当启用了圆弧工艺且下一段圆弧的半径满足圆弧工艺的要求时，在切割头运动到圆弧段起点的位置时，则控制激光切割头调整激光，开始执行预先设定的圆弧工艺的峰值功率、切割频率和占空比；在切割头运动到圆弧段终点的位置时，再次控制激光切割头调整激光，恢复为切割工艺使用的峰值功率、切割频率和占空比。
[0116]
本发明的具体实施方式中，进行向量计算具体包括以下步骤：
[0117]
1、若p1、p2、p3点均在直线上，如图2所示，则1、若p1、p2、p3点均在直线上，如图2所示，则
[0118]
2、若p1、p2点在直线上，p3点在圆弧上且圆心为o2(x5，y5)，如图3所示，则2、若p1、p2点在直线上，p3点在圆弧上且圆心为o2(x5，y5)，如图3所示，则使用p1点在圆弧上的切线来表示向量v2，若圆弧为顺时针，v2
＝(y1-y5，x5-x1)，若圆弧为逆时针，则v2＝(y5-y1，x1-x5)；
[0119]
3、若p1、p2点在圆弧上且圆心为o1(x4，y4)，p3点在直线上，如图4所示，则使用p1点在圆弧上的切线来表示向量v1，若圆弧为顺时针，v1＝(y4-y1，x1-x4)，若圆弧为逆时针，则v1＝(y1-y4，x4-x1)，
[0120]
4、若p1、p2、p3点均在圆弧上，圆心分别为o1(x4，y4)和o2(x5，y5)，如图5所示。若第一段圆弧为顺时针，v1＝(y4-y1，x1-x4)，若第一段圆弧为逆时针，则v1＝(y1-y4，x4-x1)，若第二段圆弧为顺时针，v2＝(y1-y5，x5-x1)，若第二段圆弧为逆时针，则v2＝(y5-y1，x1-x5)。
[0121]
本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
[0122]
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0123]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0124]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0125]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0126]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0127]
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0128]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0129]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0130]
采用了本发明的数控系统中基于尖角工艺和圆弧工艺实现避免拐角过烧挂渣缺陷的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，基于尖角工艺和圆弧工艺的切割方法，切割头运动至拐角时，可控制切割头出光的峰值功率、切割频率和占空比，进而确保在切割经过拐角时精准调整具体的参数数值，避免因为运动减速导致激光功率过大，解决拐角位置容易过烧挂渣的问题，提高拐角处的切割效果，满足切割质量要求。
[0131]
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。