[发明专利]一种基于激光加工技术的位置随动方法

说明书

本发明提出了一种基于激光加工技术的位置随动方法，获取激光头部与工件表面的位置变化量；判断所述位置变化量与位置变化量阈值的关系；若所述位置变化量小于或等于所述位置变化量阈值，则判断为表面缺陷，并分析表面缺陷深度，将所述缺陷深度反馈给主控制器，对激光光束的强度和会聚透镜的位置进行调节；若所述位置变化量大于所述位置变化量阈值，则判断为工件曲度，将所述位置变化量反馈给主控制器，通过控制伺服电机对激光头部与工件表面的距离进行调节。

技术领域

本发明属于激光加工系统控制技术领域，具体涉及到一种基于激光加工技术的位置随动方法。

背景技术

目前所使用的位置随动系统中，大都采用经典的PID控制器，因其结构相对简单，概念容易理解，并且不依赖于对象模型。但是，随着科技进步和控制品质要求的提高，经典PID控制器中微分器很难物理实现，因此无法很好地发挥误差的微分反馈作用；经典的PID控制器利用误差的现在、过去和变化趋势的线性加权组合作为误差反馈控制律不一定是最合理的形式，并且还会产生快速性与超调量之间的矛盾，这就需要开发出性能比经典采用PID控制器的位置随动系统更优良的位置随动系统来为新的高、精、尖科技领域服务。

例如专利文献CN2666594Y，涉及一种用于激光焊接以及激光表面热处理、表面溶凝强化等激光加工的激光焦点位置随动控制焊接头。通过压缩弹簧置于连接法兰与过渡法兰之间，激光头下方与焊接头喷嘴螺纹连接，焊接喷嘴中部拖罩螺纹连接。用导向支撑轮稳定控制离焦量和拖罩与工件间的距离，实现对焊缝因板厚或变形等原因造成的焊接过程离焦量和拖罩与工件间的距离的变化进行的补偿。该技术方案仍处于简单的机械调整方式，距离变化的补偿精度远远不足。

再例如专利文献CN102380730A，涉及一种激光复合焊接头调整机构，其包括焊枪、激光头、铝合金板、螺旋套、套筒座、导柱、齿条、齿轮、旋钮及夹套；所述螺旋套装在铝合金板孔内，激光头安装在螺旋套上，套筒座通过螺钉固定在铝合金板上，导柱和齿条安装在套筒座的套筒内，齿轮镶嵌在旋钮上，夹套通过第一蝶形螺母与导柱相连，焊枪装在夹套上，通过第二蝶形螺母固定。可根据不同的焊接工艺要求，灵活调整激光头和焊枪的位置关系。该技术方案的调整机构，并不是基于激光头与工件位置之间的距离变化而进行的调整，无法保证加工焦点位置的稳定性。

国内外专家对位置随动系统的研究多侧重于反馈信号以及误差延迟等的改进与创新，并提出了大量的控制策略来提高位置随动系统的性能。有学者提出应用于位置随动系统控制的双模控制算法，有学者提出一种位置随动系统载体扰动补偿模型，又有学者利用模糊控制算法来实现位置随动系统的位置控制，但这些控制策略对提高位置随动系统的控制精度有一定的效果，但由于控制算法较复杂，在实际工程应用中受到限制。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于激光加工技术的位置随动方法，用于控制激光焦点相对于工件表面的位置固定，包括：

获取激光头部与工件表面的位置变化量；

判断所述位置变化量与位置变化量阈值的关系；

若所述位置变化量小于或等于所述位置变化量阈值，则判断为表面缺陷，并分析表面缺陷深度，将所述缺陷深度反馈给主控制器，对激光光束的强度和会聚透镜的位置进行调节；

若所述位置变化量大于所述位置变化量阈值，则判断为工件曲度，将所述位置变化量反馈给主控制器，通过控制伺服电机对激光头部与工件表面的距离进行调节。

根据本发明的一个可选实施例，所述伺服电机通过公式（1）的极性PID控制算法实现位置随动控制，

u(δ)＝K_P·h₀+ T_I·f(δ)+ T_D·f(δ) （1）