[發(fā)明專利]激光切割機(jī)尋軌路徑規(guī)劃優(yōu)化方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010568794.3
• 申請(qǐng)日: 2010-12-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102023611A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程良倫;程偉;薛航;張文武;張志剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/19
• 分類號(hào): G05B19/19;B23K26/36
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光切割技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及激光切割機(jī)尋軌路徑的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

鋼材切割是很多大型機(jī)械設(shè)備制造過(guò)程中最基本的工序，往往也是最先的工序，切割效率的高低會(huì)直接影響到后續(xù)工序。隨著對(duì)數(shù)控激光切割機(jī)使用的不斷增多，提高激光切割機(jī)的切割效率已經(jīng)成為研究的主要方向。數(shù)控激光切割機(jī)所使用程序的切割路徑規(guī)劃的好壞會(huì)直接影響到切割的效率，對(duì)切割路徑規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化則可以有效提高切割效率，路徑優(yōu)化方法是指建立有效的數(shù)學(xué)模型，從而使控制器按照此數(shù)學(xué)模型所設(shè)計(jì)的路徑發(fā)出指令來(lái)控制激光切割機(jī)的切割頭從而達(dá)到優(yōu)化切割路徑的目的。路徑優(yōu)化問(wèn)題的解決通常是在現(xiàn)有大型設(shè)備自動(dòng)編排軟件的基礎(chǔ)上，人為介入，引入數(shù)控激光切割手工排樣和編程技巧，進(jìn)行數(shù)控激光切割手工排樣和半自動(dòng)編程，然后生成最終的優(yōu)化路徑，但其具有自動(dòng)化程度和定位精度不高，激光切割機(jī)的空行程過(guò)長(zhǎng)，以及由此造成的切割時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述激光切割機(jī)的切割路徑規(guī)劃所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種激光切割機(jī)尋軌路徑規(guī)劃優(yōu)化方法，該方法能使激光切割機(jī)自動(dòng)化程度提高、定位準(zhǔn)確，最大程度的縮短空行程，縮短切割時(shí)間。

上述激光切割機(jī)尋軌路徑規(guī)劃優(yōu)化方法在數(shù)學(xué)上可以轉(zhuǎn)化為TSP問(wèn)題，TSP?問(wèn)題應(yīng)用廣泛，是最經(jīng)典的NP-hard?組合優(yōu)化問(wèn)題之一，由于其計(jì)算的復(fù)雜性較高,長(zhǎng)期以來(lái),研究者一直在尋求快速、高效的近似算法,以便在合理的時(shí)間內(nèi)解決問(wèn)題。為解決TSP問(wèn)題，現(xiàn)提出貪婪算法，并以貪婪算法解決尋軌路徑規(guī)劃的優(yōu)化問(wèn)題。

貪婪算法所遵循的原則如下：

數(shù)控激光切割先內(nèi)后外的原則。首先切割各單個(gè)工件內(nèi)部的廢料（孔），再切割工件的輪廓邊。這樣防止先切割輪廓邊后，工件脫離板料而使工件內(nèi)部的廢料無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確無(wú)誤的定位和切割。對(duì)于兩個(gè)工件之間有公用邊的情況則應(yīng)根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，慎重考慮，必要時(shí)，應(yīng)將公用邊處理成板料的內(nèi)部線條而優(yōu)先于輪廓邊進(jìn)行切割。在實(shí)際數(shù)控激光切割時(shí)一般很少采用公用邊的做法，盡管采用公共邊有利于減少實(shí)際切割長(zhǎng)度，但是不利于保持零件的完整性和不利于控制切割變形等方面的原因，故一般不采用公用邊的做法。

數(shù)控激光切割先小后大的原則。該原則對(duì)于接觸式隨動(dòng)結(jié)構(gòu)的數(shù)控激光切割尤為重要，往往應(yīng)用于工件內(nèi)部廢料（孔）的切割過(guò)程中。其考慮的出發(fā)點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，先割開(kāi)小的尺寸，這樣零件剛度下降較小，板料在熱變形等外力作用下的變形小，在保證質(zhì)量要求的同時(shí)，保護(hù)隨動(dòng)割炬不因變形的板料的阻隔而損壞。另一方面，隨動(dòng)割炬不易陷入割除廢料后形成的孔洞中，從而保護(hù)了隨動(dòng)裝置，保證了加工要求。

先線后孔的原則。該原則主要用于解決公用邊切割問(wèn)題。工件之間的公用邊通常要與輪廓線分離切割，這樣處理成線與孔兩種情形，基于上述同樣的考慮，應(yīng)考慮先線后孔的原則。

考慮板材熱變形趨勢(shì)。進(jìn)行數(shù)控激光切割時(shí)，板料受熱程度相對(duì)增大。因此，在路徑優(yōu)化時(shí)，應(yīng)使整個(gè)板料的受熱盡可能均勻，避免局部集中受熱引起板料變形和工件尺寸波動(dòng)。其中，主要涉及到切割順序的安排、切割層次的劃分等問(wèn)題。

路徑最短原則。路徑最短原則是所有板材切割路徑優(yōu)化的最基本的原則，是縮短切割時(shí)間和提高生產(chǎn)率的有效途徑。數(shù)控激光切割應(yīng)在考慮上述各原則的基礎(chǔ)上兼顧路徑最短原則。這也是我們要解決的問(wèn)題。

較少打孔次數(shù)原則。一個(gè)不可忽視的影響因素就是激光割炬的打孔次數(shù)限制，激光割炬的電極和氣體噴嘴的使用壽命隨著打孔次數(shù)的增多而急劇減少，特別是在大電流切割時(shí)，打孔瞬間電流沖擊大，電極損傷大。此類電極和噴嘴都是一次性的，用完即報(bào)廢，而且目前還依賴于進(jìn)口，價(jià)格高；因此從易耗品的使用經(jīng)濟(jì)性考慮要控制打孔的次數(shù)，并盡量減少打孔的次數(shù)。

所述激光切割機(jī)尋軌路徑規(guī)劃優(yōu)化方法是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：激光切割機(jī)在切割過(guò)程中，在X-Y?平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)定位，同時(shí)割炬在Z?軸方向進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)來(lái)確定切割的高度。一般割炬相對(duì)待割鋼板表面保持一定高度，因此割炬要隨著鋼板起伏不平而上下運(yùn)動(dòng)，這是獨(dú)立控制的。在切割優(yōu)化中，只需要確定X-Y?平面內(nèi)的坐標(biāo)即可。

將切割打孔的程序段從源程序中識(shí)別出來(lái)作為所要優(yōu)化的程序段，然后剔除其中的切割運(yùn)動(dòng)指令，再對(duì)快速定位指令進(jìn)行分析即可得到原路徑所有線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)。需要說(shuō)明的是：在打孔的時(shí)候?yàn)榱吮苊獯蚩讜r(shí)大電流沖擊導(dǎo)致割傷零件而設(shè)置了引割線（包括引入線和引出線），因此打孔點(diǎn)實(shí)際上有引入端點(diǎn)和引出端點(diǎn)的區(qū)別，即“打孔點(diǎn)”實(shí)際是從引入線端點(diǎn)進(jìn)，從引出線端點(diǎn)出的。這兩個(gè)端點(diǎn)之間的距離一般不超過(guò)50mm，不影響整體路徑的優(yōu)化程度。