一种板材激光裁断方法、激光加工设备及存储介质与流程

1.本技术涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种板材激光裁断方法、激光加工设备及存储介质。


背景技术：

2.激光加工设备在对板材进行加工时，一般是采用激光头跟随运动的方式，也就是激光头在加工过程中会上下移动，使激光头保持与板材之间具有恒定的高度差。但是，当激光头切割到板材的边缘时，例如在板材下料时对边框进行裁断，或在板材余料裁断时，当激光头切割到板材边缘，容易发生激光头下方无板材导致激光头向下扎，如扎入支撑条之间的缝隙中或碰撞到支撑条，损坏割嘴或者激光头的情况。若采用激光头定高移动的方式，如图1所示，也就是激光头的高度不跟随板材的起伏改变，而是采用固定高度的方式加工，这种方式虽然能避免激光头向下扎，但当板材边缘上翘或有凸起时，容易导致激光头与板材碰撞，同样会损坏激光头。
3.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

4.本技术提供一种板材激光裁断方法、激光加工设备及存储介质，能在激光头切割到板材边缘时采取保护措施，避免激光头向下扎损坏割嘴或激光头。
5.为实现上述目的，提供以下技术方案：
6.一种板材激光裁断方法，包括如下步骤：
7.a、判断当前加工轨迹是否为边缘裁断轨迹，所述边缘裁断轨迹指板材裁断轨迹末端的轨迹；
8.b、若当前加工轨迹为边缘裁断轨迹，判断当前激光头的z坐标值是否低于预设阈值；若当前激光头的z坐标值低于预设阈值，则限制激光头下落，激光头维持当前z坐标值。
9.作为上述板材激光裁断方法的可选方案，所述步骤b具体包括步骤：
10.b1、若当前加工轨迹为边缘裁断轨迹，记录激光头进入边缘裁断轨迹时的初始z坐标值pos_1；
11.b2、实时采集激光头不同时刻的z坐标值pos_ti，并计算n个检测周期内激光头的平均z坐标值
12.b3、若某一时刻时小于pos_1-h0，则激光头维持该时刻的z坐标值不再下落；h0为设定的下落阈值。
13.作为上述板材激光裁断方法的可选方案，所述n个检测周期中每个周期为一个小周期，所述n个检测周期为一个大周期，相邻的两个大周期之间重叠至少1个小周期。
14.作为上述板材激光裁断方法的可选方案，所述步骤b还包括步骤：
15.b4、若大于等于pos_1-h0，则激光头进行常规的z轴跟随运动，使激光头与
加工板面维持恒定的高度差。
16.作为上述板材激光裁断方法的可选方案，所述步骤b3还包括：
17.若某一时刻pos_ti的值小于(pos_1-h0)，则降低激光头水平移动的速度。
18.作为上述板材激光裁断方法的可选方案，所述步骤a中，边缘裁断轨迹通过预先标识的方式在软件中进行标识，或在加工时系统实时判断，判断方式为：判断当前裁断轨迹的剩余长度是否小于长度阈值l，若当前裁断轨迹的剩余距离小于长度阈值l，则进入边缘裁断轨迹。
19.作为上述板材激光裁断方法的可选方案，所述步骤a包括：
20.a1、在进行板材下料时的边框裁断时，在软件中对边缘裁断轨迹进行标识；
21.a2、系统进行参数初始化设置，设置下落阈值h0及及进入边缘裁断轨迹时的加工速度v2；
22.a3、判断当前加工轨迹是否为标识的边缘裁断轨迹。
23.作为上述板材激光裁断方法的可选方案，所述步骤a包括：
24.a10、在进材板材余料裁断时，在软件中对裁断轨迹进行标识；
25.a20、系统进行参数初始化设置，设置下落阈值h0、进入边缘裁断轨迹时的加工速度v2及长度阈值l；
26.a30、判断当前加工轨迹是否为裁断轨迹，并判断裁断轨迹的剩余距离是否小于等于长度阈值l，若当前加工轨迹为裁断轨迹，且裁断轨迹的剩余距离小于等于长度阈值l，当前加工轨迹为边缘裁断轨迹。
27.一种激光加工设备，所述激光加工设备包括：
28.一个或多个处理器；
29.存储器，用于存储一个或多个程序；
30.当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的板材激光裁断方法。
31.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的板材激光裁断方法。
32.本技术实施例的有益效果为：首先检测激光头是否切割到了板材的边缘，并在激光头切割到板材边缘时采取保护措施，当激光头下降太多超过预设阈值时，限制激光头继续下降，使激光头保持在当前z坐标值位置不再下降，避免激光头向下扎，损坏割嘴或激光头。
附图说明
33.图1为现有技术中不平整板面的裁断示意图；
34.图2为本技术一实施例中板材激光裁断方法的流程框图；
35.图3为本技术以实施例中激光加工装置的结构示意框图；
36.图4为本技术一实施例中通过板材激光裁断方法对板材进行下料边框裁断的流程框图；
37.图5为本技术一实施例中通过板材激光裁断方法对板材进行余料裁断的流程框图；
38.图6为本技术一实施例中平板板材裁断示意图；
39.图7为本技术一实施例中板材向下倾斜时的裁断示意图；
40.图8为本技术一实施例中板材向上倾斜时的裁断示意图；
41.图9为本技术一实施例中不平整板面的裁断示意图；
42.图10为本技术一实施例中板材下料时的边框裁断的示意图；
43.图11为本技术一实施例中板材余料裁断的示意图。
具体实施方式
44.以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
45.本实施例公开了一种板材激光裁断方法。图2为本技术一实施例中板材激光裁断方法的流程框图，如图2所示，板材激光裁断方法包括步骤：
46.s100、判断当前加工轨迹是否为边缘裁断轨迹，所述边缘裁断轨迹指板材裁断轨迹末端的轨迹；
47.s200、若当前加工轨迹为边缘裁断轨迹，判断当前激光头的z坐标值是否低于预设阈值；若当前激光头的z坐标值低于预设阈值，则限制激光头下落，激光头维持当前z坐标值。
48.具体的，本技术中采用激光头跟随运动的方式进行裁断，但在激光头移动到板材边缘时，也就是在加工边缘裁断轨迹时，若检测到当前激光头的z坐标值低于预设阈值，则限制激光头继续下落，使激光头维持在当前z坐标值不再下落。这样能避免当激光头下方无板材时激光头向下扎，损坏割嘴或激光头。
49.对板材进行激光加工时，激光加工设备或激光头上设置有传感器，传感器能检测激光头与加工板面的垂直距离，从而使激光头与加工板面保持相对恒定的高度差，控制激光头进行常规的跟随运动。但当激光头移动到板材外时，由于激光头下方无板材，传感器检测不到板材，或被支撑条上的熔渣干扰，导致激光头向下移动，最终碰撞到支撑条，甚至损坏激光头。而采用了本技术的板材激光裁断方法，就可以避免激光头向下扎，从而保护激光头。同时，本技术采用激光头跟随运动来裁断，避免激光头碰撞到板材边缘的上翘部分。
50.本技术的板材激光裁断方法主要用于板材下料时的边框裁断和板材余料裁断，当然也可以用于其它涉及到激光头下方可能无加工材料的激光加工中。
51.本技术中，首先判断当前加工轨迹是否为边缘裁断轨迹，边缘裁断轨迹也就是指板材裁断轨迹末端的轨迹。若当前加工轨迹为边缘裁断轨迹，则采用保护工艺来保护激光头，保护工艺也就是要判断当前激光头的z坐标值是否低于预设阈值，若当前激光头的z坐标值低于预设阈值，则限制激光头下落，使激光头维持当前z坐标值。本技术中，在当前加工轨迹为边缘裁断轨迹时才判断当前激光头的z坐标值是否低于预设阈值，而不是在加工过程中一直判断，这样可以减少计算量，降低需要占用的内存。同时，又可以达到保护激光头不向下扎的效果，因为激光头一般是在板材边缘以外激光头下方无板材时才会向下扎，因此，在当前加工轨迹为边缘裁断轨迹时才采取保护措施即可。
52.步骤s200中，在限制激光头下落的同时，还可以降低激光头水平移动的速度v1。
53.步骤s200之后还包括：
54.s300、若当前加工轨迹不是边缘裁断轨迹，或当前加工轨迹是边缘裁断轨迹，且当前激光头的z坐标值不低于预设阈值，则激光头进行常规的z轴跟随运动，激光头与加工板面维持相对恒定的高度差。
55.于一实施例中，步骤s200具体包括如下步骤：
56.s210、若当前加工轨迹为边缘裁断轨迹，记录激光头进入边缘裁断轨迹时的初始z坐标值pos_1；
57.s220、实时采集激光头不同时刻的z坐标值pos_ti，并计算n个检测周期内激光头的平均z坐标值
58.s230、若某一时刻时小于pos_1-h0，则激光头维持该时刻的z坐标值不再下落；h0为设定的下落阈值。
59.具体的，当激光头进入边缘裁断轨迹时，记录进入边缘裁断轨迹时的初始z坐标值pos_1，并每周期不断采集激光头跟随时刻的z坐标值pos_ti，计算n个检测周期(n＝1,2,3
……
)内对应的激光头的平均z坐标值)内对应的激光头的平均z坐标值这里每检测一次激光头的z坐标值pos_ti记为一个周期。若某一时刻的小于pos_1-h0，h0为设定的下落阈值，则限制激光头继续下落，使维持在该时刻的z坐标值不再下落，防止激光头向下扎损坏激光头。这里采用平均值的方式来判断激光头的下落是否超过阈值，可以避免检测过程中的误差。
60.上述n个检测周期中，每个周期定义为一个小周期，n个检测周期定义为一个大周期，相邻的两个大周期之间重叠至少1个小周期。举例而言，每检测一个激光头跟随运动的z坐标值pos_ti为一个小周期，n个这样的小周期为一个大周期，n个这样的小周期求一次平均值，每两个大周期之间重叠至少1个小周期。例如第1-5个小周期求一次平均值，第1-5个小周为第一个大周期，第4-8个小周期求一次平均值，第4-8个小周期为第二个大周期，那么第一个大周期和第二个大周期之间有第4、第5小周期是重复的。两个大周期之间重叠至少1个小周期可以进行滑动均值检测，同时也可以降低检测的误差。
61.请参考图6至图8，图6至图8分别示出了本技术实施例在平板板材、板材向下倾斜及板材向上倾斜时的裁断示意图。如图7所示，当板材边缘向下倾斜时，激光头移动到向下倾斜处时，下降一段距离后就不再下降，这样就不会向下扎。参考图8，当边裁边缘向上倾斜时，激光头跟随向上升，当激光头移动到板材外部后，会有一段下降，但下降一定距离后就不再下降了，不会向下扎。有图6至图8均可以看出，用本技术板材激光裁断方法加工时，激光头移动到板材外部当激光头下方无板材后，激光头也不会像向下扎。
62.另外，请参考图9，图9中在激光头的运动方向上，板材有两个向下倾斜的下坡段，在第一个下坡段时，下坡的高度在下降阈值h0范围内，因此，激光头保持正常的跟随运动。在第二个下坡段时，下坡的高度差大于下降阈值h0，因此，通过本技术的板材激光裁断方法采用激光头保护工艺，限制激光头的下降，如图9中的激光头运动轨迹所示，在第二下坡段时激光头并没有一直跟随板材的下倾而下降，而是在下降一段距离后不再下降。
63.于一实施例中，所述步骤s230还包括：
64.若某一时刻pos_ti的值小于(pos_1-h0)，则降低激光头水平移动的速度。
65.也就是说，在限制激光头下落的同时，还可以降低激光水平移动的速度v1，使激光头下降到一个小于v1的速度v2水平移动，从而进一步起到降低激光头碰到障碍物时的伤害程度。
66.所述步骤s230之后还包括步骤：
67.s240、若大于等于pos_1-h0，则激光头进行常规的z轴跟随运动，使激光头与加工板面维持相对恒定的高度差。
68.步骤s100中，边缘裁断轨迹通过预先标识的方式在软件中进行标识，或在加工时系统实时判断，判断方式为：判断当前裁断轨迹的剩余长度是否小于长度阈值l，若当前裁断轨迹的剩余距离小于长度阈值l，则进入边缘裁断轨迹。
69.具体的，边缘裁断轨迹可通过两种方式来识别。为便于说明，采用两种实施例来说明，也就是如图10和图11所示。如图10和图11所示，本技术应用至了两种场景中。图10示出的是将本技术板材激光裁断方法应用于板材下料时的边框裁断的场景，图11示出的是将本技术板材激光裁断方法应用于板材余料裁断的场景。图10中，裁断线是需要进行裁断的轨迹线，裁断线的左右两端的实线部分为标识的裁断线，也就是前文所说的边缘裁断轨迹。也就是说在软件中标识出边缘裁断轨迹。图11中，当需要按照裁断线将余料裁断时，图11中所示的入刀点即激光头开始裁断的点，从入刀点分别向左右两端裁切，裁断过程中，可实时检测裁断线的剩余长度，当前裁断线的剩余距离是否小于长度阈值l，若当前裁断轨迹的剩余距离小于长度阈值l，则进入边缘裁断轨迹，该段长度为l的裁断线即需要采用保护工艺裁断的边缘裁断轨迹。如图11所示，裁断线的左右两端各有一段长度为l的边缘裁断轨迹。保护长度l可根据生产需要进行动态修改。
70.如图10和图11所示，裁断线的左右两端会超出板材的边缘，裁断线的长度与板材的实际长度不一样。因为裁断线是预存在软件中的线，而不是在板材上实际的线，图10和图11中将裁断线和板材画在一起是为了便于说明方案，实际切割时，裁断线是存在在软件中的。至于为何裁断线与板材尺寸不一样，是由于板材的激光切割通常采用寻边进行加工定位，同时由于板材实际的尺寸和任务单的排单尺寸总会存在一定的差异，因此边框裁断或余料裁断时，无法准确获知边框的位置，所以裁断线不能做到与板材尺寸完全一致，且需要超出板材的可能范围，裁断线往往就需要设置的更长一些以保证完全切段。
71.在板材的激光加工完成后，需要借助机械手或其它下料装置进行下料。然而，板材加工时，板材的余料、外边框很容易翘起来，此时下料很容易出现工件上抬过程被余料勾住或卡住的情况，影响自动化下料。通过本技术的板材激光裁断方法对板材进行余料裁断，可以防止上述问题的发生。
72.同时，本技术中采用的是激光头跟随运动进行切割，激光头不会碰撞到余料板材边缘的上翘部分，保护了激光头和设备。
73.基于上述边缘裁断轨迹的两种设置方式，步骤s100具体包括：
74.s110、在进行板材下料时的边框裁断时，在软件中对边缘裁断轨迹进行标识；
75.s120、系统进行参数初始化设置，设置下落阈值h0及进入边缘裁断轨迹时的加工速度v2；
76.s120、判断当前加工轨迹是否为标识的边缘裁断轨迹。
77.步骤s100还可以包括：
78.s101、在进材板材余料裁断时，在软件中对裁断轨迹进行标识；
79.s102、系统进行参数初始化设置，设置下落阈值h0、进入边缘裁断轨迹时的加工速度v2及长度阈值l；
80.s103、判断当前加工轨迹是否为裁断轨迹，并判断裁断轨迹的剩余距离是否小于等于长度阈值l，若当前加工轨迹为裁断轨迹，且裁断轨迹的剩余距离小于等于长度阈值l，当前加工轨迹为边缘裁断轨迹。
81.本技术的板材激光裁断方法基于激光加工设备，如图3所示，激光加工设备包括cam套料软件、cnc系统、调高系统以及执行系统。加工前，将将生产任务导入cam套料软件，例如将cad图纸导入cam套料软件，同时设置板材大小尺寸。cnc系统加载任务程序，同时进行参数初始化。调高系统用于控制和调节激光头的高度。执行机构包括驱动模组、激光头等执行加工操作的机构。
82.参考图4和图5，图4和图5分别示出了通过本技术的板材激光裁断方法对板材进行下料时的边框裁断，以及余料裁断的流程示意图。
83.如图4所示，在板材下料时的边框裁断时：
84.1)在cam套料软件中对边缘裁断轨迹进行标识，用于区分正常的加工轨迹、裁断轨迹以及需要采用保护工艺进行保护裁断的边缘裁断轨迹，同时生成加工nc程序；
85.2)cnc系统加载任务程序，同时进行参数初始化(参数包括防落时间ti、防落高度h0、采用保护裁断时的加工速度v2等，h0＞0)、激光加工工艺参数写入(激光加工工艺参数包括加工速度v1、切割高度h1以及其它切割工艺参数等)；
86.3)进行nc程序编译，若当前加工轨迹shear＝ture，说明当前加工轨迹为边缘裁断轨迹，则进行步骤5)；若shear＝false，说明当前加工轨迹为正常加工轨迹，则进行步骤4)；
87.4)激光头进行正常的z轴跟随运动，保证激光头与加工板面维持在一个相对恒定的高度h1内，以通过正常的切割工艺进行加工；
88.5)若shear＝ture，说明明当前为边缘裁断轨迹，需要调用加工保护工艺，进入边缘裁断轨迹时记录激光头到位后的初始z坐标值pos_1，同时伺服轴继续执行cnc发出的插补指令，并每周期不断采集对应的激光头跟随时刻的z坐标pos_ti(i＝1，2，3
……
)，同时计算n个检测周期(n≥5，n＝1，2，3
……
)内对应的平均z坐标值同时每两个检测大周期之间的重复检测小周期数不少于2，从而进行滑动均值检测；
89.6)如果在轨迹插补运动过程中，的值大于等于(pos_1-h0)，则激光头进行正常的z轴跟随运动，保证激光头与加工板面维持在一个相对恒定的高度h1内，以通过正常的切割工艺进行轨迹加工；
90.7)如果在轨迹插补运动过程中某时刻的值小于(pos_1-h0)，则激光头进行限制下落运动，此时的激光头不再维持与加工板面相对恒定高度h1，而保持最后一个时刻的坐标pos_ti进行定切割，同时将切割速度切换为v0(v0＜v1)，直到当前轨迹插补完成，以防止激光头移动到板材外后往下扎，或者割嘴碰撞板材等事件的发生。
91.如图5所示，在板材余料裁断时：
92.1)在板材进行余料裁断时，cam软件会在程序中对裁断线进行标识，用于区分正常的加工轨迹和余料裁断线轨迹(裁断线)；
93.2)cnc系统加载任务程序，同时进行参数初始化(参数包括防落时间ti、防落高度h0、采用保护裁断时的加工速度v2、保护距离l等)、激光加工工艺参数写入(激光加工工艺参数包括加工速度v1、切割高度h1以及其它切割工艺参数等)；
94.3)进行nc程序编译并执行插补运动，若当前加工轨迹shear＝ture且轨迹剩余距离小于等于l，则进行步骤5)；若shear＝false，或shear＝ture且轨迹剩余距离大于l，则执行步骤4)；
95.4)激光头进行正常的z轴跟随运动，保证激光头与加工板面维持在一个相对恒定的高度h1内，以通过正常的切割工艺进行加工；当轨迹剩余距离大于小于l时，则执行步骤5)；
96.5)此时进入保护轨迹段内，需要调用加工保护工艺；记录激光头此刻的初始z坐标值pos_1，同时伺服轴继续执行cnc发出的插补指令，cnc每周期不断采集对应的激光头跟随运动的z坐标pos_ti(i＝1，2，3
……
)，同时计算n个检测周期(n≥5，n＝1，2，3
……
)内对应的平均z坐标值的平均z坐标值的平均z坐标值同时每两个检测大周期之间的重复检测小周期数不少于2，从而进行滑动均值检测；
97.6)如果在轨迹插补运动过程中，的值大于等于(pos_1-h0)，则激光头进行正常的z轴跟随运动，保证激光头与加工板面维持在一个相对恒定的高度h1内，以通过正常的切割工艺进行轨迹加工；
98.7)如果在轨迹插补运动过程中某时刻的值小于(pos_1-h0)，则激光头进行限制下落运动，此时的激光头不再维持与加工板面相对恒定高度h1，而保持最后一个时刻的坐标pos_ti进行定切割，同时将切割速度切换为v0(v0＜v1)，直到当前轨迹插补完成，以防止激光头移动到板材外后往下扎，或者割嘴碰撞板材等事件的发生。
99.本技术实施例还在于提供一种激光加工设备，激光加工设备可以包括但不限于：一个或者多个处理器，存储器。
100.存储器作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本技术实施例中的板材激光裁断方法对应的程序指令。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、指令以及模块，从而执行激光加工设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的板材激光裁断方法。
101.存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至激光加工设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
102.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种板材激光裁断方法，该板材激光裁断方法包括如下步骤：
103.s100、判断当前加工轨迹是否为边缘裁断轨迹，所述边缘裁断轨迹指板材裁断轨迹末端的轨迹；
104.s200、若当前加工轨迹为边缘裁断轨迹，判断当前激光头的z坐标值是否低于预设
阈值；若当前激光头的z坐标值低于预设阈值，则限制激光头下落，激光头维持当前z坐标值。
105.当然，本技术实施例所提供的一种计算机可读存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本技术任意实施例所提供的板材激光裁断方法中的相关操作。
106.通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本技术可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-only memory,rom)、随机存取存储器(random access memory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述的方法。
107.注意，上述仅为本技术的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本技术不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本技术的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本技术进行了较为详细的说明，但是本技术不仅仅限于以上实施例，在不脱离本技术构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本技术的范围由所附的权利要求范围决定。