[发明专利]激光加工的控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种激光加工的控制方法及系统。

背景技术

激光加工技术是一种先进的制造技术，它采用光、机、电技术相结合的形式，具有适用材料范围广、易于实现自动化等特点。激光加工系统作为一种精确、可靠的加工工具，其开发和研制受到广泛关注。

激光加工的传统做法为：将激光光源固定，待加工工件置于伺服平台上，通过伺服电机驱动伺服平台运动进而带动工件运动，利用光束与工件的相对运动加工出各种图形。一般伺服平台可以实现较大范围的平面运动，但是伺服电机受到现有技术的限制，其加速度和速度都较慢（一般高端直线电机的速度可达到3m/s，加速度可达10m/s²）。由于伺服平台的质量较大，大的加速度需要很大的推力才可实现，在用于激光加工时造成系统的震动等会对工件的加工产生不良影响。所以传统方法很难实现高速(速度5m/s–50m/s)、高动态(加速度100m/s²以上)的精密激光加工。

近年来，一些基于高速矢量扫描设备的激光加工方法和系统被提出和应用，比较典型的有扫描振镜、电光或声光调制晶体。扫描振镜通过微电机驱动的镜片旋转配合实现超越运动台的速度和加速度，可以实现10/s的扫描速度，在驱动软件的带动下，可以实现复杂的高速精密扫描，但是其直接工作范围有限，比如，焦距为100毫米的扫描振境，其有效工作范围一般小于100毫米。随着高重复频率激光器的成熟，需要实现更高的激光扫描速度。这可以通过电光或声光调控晶体来实现。基本上，可以通过电信号或电信号产生的声波信号，调制晶体对入射激光的偏折角度，实现超高速扫描。这种方法几乎没有移动质量，扫描速度之取决于电信号的反应速度。

上述方法存在的最大问题是加工范围有限，比如扫描振镜其偏转角度通常只有±20度，其加工范围一般在300mm以内，对于大尺度的加工很不方便。

为了实现大尺度的高速、高动态的激光加工，通常将伺服平台与扫描振镜结合，利用拼接的方法来加工大尺度的工件。此种方法将加工路径分散成多个部分，给编程带来了困难。拼接对伺服平台和扫描振镜的精度要求非常高，极易导致拼接错位、加工效果变差的情况。

目前国际上已有公司（如美国AEROTECH公司）推出了结合伺服平台和扫描振镜的加工技术，实现了对扫描振境和运动台的统一编程，但存在一些不足：控制方法复杂，需要针对具体图案设置加速度和速度等参数，扩展至大尺度时系统不稳定，响应速度偏慢等问题。

要发挥高重复频率（大于50KHz）激光器的潜力，需要对其进行大尺度范围的高速度和高加速度传输控制。目前尚缺乏高效率的算法和硬件系统，满足这一要求。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种激光加工的控制方法及系统，能够实现工件的大尺度高速、高动态加工，解决了传统拼接方法带来的拼接错位和编程工作量大的问题，且加工精度高、控制方法简单，无需针对具体图案来设置加速度、速度等参数。

一种激光加工的控制方法，包括以下步骤：

在计算机中输入G代码，并进行参数设置；

对所述的G代码进行解释、插补、规划，并输出位置指令和I/O控制指令；

将所述位置指令分解为低动态特性的指令信号和高动态特性的指令信号；

将所述低动态特性的指令信号传输给伺服平台，将所述高动态特性的指令信号传输给矢量扫描设备，所述伺服平台根据接收到的低动态特性的指令信号进行动作，所述矢量扫描设备根据接收到的高动态特性的指令信号进行动作；

将所述I/O控制指令传输给激光器，控制激光器的通断。

在其中一个实施例中，所述矢量扫描设备为扫描振镜或导电晶体。

在其中一个实施例中，在将所述高动态特性的指令信号的动作指令传输给矢量扫描设备之前，进行错误检测，若所述高动态特性的指令信号超过所述矢量扫描设备的加工范围，则发出报错信息。

在其中一个实施例中，将所述位置指令分解为低动态特性的指令信号和高动态特性的指令信号，包括以下步骤：

将所述位置指令分为两路信号，一路存入第一缓冲区实现信号的延迟，另一路经低通滤波后得到所述低动态特性的指令信号；

将经过延迟的位置指令与所述低动态特性的指令信号相减，得到的差值即为所述高动态特性的指令信号。

在其中一个实施例中，在将所述位置指令存入第一缓冲区的同时，将所述I/O控制指令也存入所述第一缓冲区。

在其中一个实施例中，所述位置指令在所述第一缓冲区的延迟时间与所述位置指令经低通滤波后的滞后时间相等。