基于点集贝塞尔曲线优化的多参量协同规划激光振镜加工系统研究

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激光振镜加工凭借其效率高、稳定性好、精度高的优点,广泛应用于激光标刻、切割、焊接等领域。目前,传统的振镜控制参量模型多采用延时参量模型,简单实用,但对于速度、加速度等关键参量的描述缺乏,这使得对于振镜加工中经常出现的激光烧蚀和线段缺失等问题只能通过反复尝试调节延时大小来解决,费时费力,效果也不好。另外,激光振镜加工中还存在着对高密集点集图形加工低效、变倍率加工精度不一致、高速加工状态下激光能量注入不均等问题,以现有控制方式很难解决。本文旨在提出一种结合图形曲线描述、振镜速度加速度控制、激光功率控制的多参量协同激光振镜加工控制优化模型,从而大幅度提高激光振镜加工的精度和效率。本文研究的主要内容分为以下几点:(1)搭建一套包括激光器、扫描振镜、控制板卡、相机的激光振镜加工硬件系统,结合振镜XY2-100协议对振镜控制模型和板卡编程进行优化,建立软硬件平台。(2)设计出一套算法流程,将密集点集转换成仅由少量贝塞尔曲线和直线构成的实体,并保存为自定义的SVF文件,既压缩了数据容量,又为后续高效高质量激光加工提供了匹配数据。(3)对拟合实体分别从加工路径、振镜速度、激光功率三个方面进行规划,提出弦高误差分割法保证不同放大倍率下曲线分割误差,以最大速度、拐角速度、宏观加速度三个限制来进行速度规划,建立速度分段功率分段模型提高加工轨迹的能量均匀度。(4)对贝塞尔曲线拟合算法和加工路径、振镜速度、激光功率多参量协同规划模型进行仿真和实验验证,并对比处理前后的加工效果,对拟合误差、分割误差、加工质量、加工效率进行分析。
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