1.激光切割头的控制方法,所述方法对激光切割头的行走路径以及切割过程中的激光发射功率进行实时优化控制,其特征在于,所述方法包括以下步骤:S1:获取需要得到的切割立体产品的CAD图纸,从中提取包括所述图纸的直线线段、圆弧和曲线的产品立体几何信息;
S2:进行激光切割路径规划;
S3:按照所述S2步骤规划的切割路径控制所述激光切割头实时行走,实时监测激光切割头工作环境温度、被切割材料表面温度,构建激光切割过程中最优激光发射功率计算模型;
S4:按照所述S3步骤计算得到的最优实时激光功率控制激光切割头的实时激光发射功率;
所述S1步骤包括:
S11:获取每个零件的多条直线线段的起点和终点坐标:
Ln为所述图纸的第n条直线线段, 为第n条直线线
段的起点坐标; 为第n条直线线段的终点;n=1,2,…,N;
S12:获取产品每个零件的多条圆弧的几何信息:
Cm为所述图纸的第m条圆弧,
为第m条圆弧所在圆的圆心坐标;rm为第m条圆弧所在圆的半径, 分别为第m条圆弧起始点和终止点相对于圆心的起始角和终止角;m=1,2,…,M;且S13:获取产品每个零件的多条曲线中的控制点坐标,对每条曲线形成控制点集合,对控制点集合中的多个控制点采用贝塞尔曲线插值方法进行拟合,形成曲线切割路径;
其中,Cp为第p条曲线的控制点集合, 为第p条曲线的第q个控制点,其在切割平面的坐标为 Q为第p条曲线的控制点总数,p=1,2,…,P;
所述S13步骤中对控制点集合中的多个控制点采用贝塞尔曲线插值方法进行拟合,形成曲线切割路径的方法为构建贝塞尔曲线在μ参数处的点坐标计算函数B(μ),计算得到多个贝塞尔曲线拟合点 对其拟合后形成曲线切割路径;μ为贝塞尔参数,0≤μ≤1;
点坐标计算函数B(μ)计算公式如下:
所述S3步骤构建的切割过程中最优激光发射功率计算模型如下:其中,Q(x,y,t)为被切割材料被表面吸收用于熔化或汽化的能量,(x0,y0)为激光切割初始点位置坐标,(x(t),y(t))为按照所述S2步骤规划的切割路径进行切割实时所处位置坐标,η为被切割材料对激光切割头发射的激光能量吸收效率;ω为激光束的半径;
其中,Qloss为激光发射的能量在被切割材料表面流失的能量;
A为激光在被切割材料表面形成的激光光斑面积,T(x(t),y(t))为实时监测得到的被切割材料表面温度, 为温度沿厚度方向的梯度;δ为材料的热导率;
其中,λ为激光波长;D为聚焦之前激光光束直径,D=2ω;K为光束质量参数。
2.根据权利要求1所述的激光切割头的控制方法,其特征在于,所述S2步骤包括:S21:查找所述图纸中第i个零件和第j个零件的直线线段、圆弧和曲线的产品立体几何信息中的共用边界并计算所述共用边界切割距离Ecommon‑ij,所述第i个零件的产品立体几何信息集合为Ri={Gi1,Gi2,…,GiI};所述第j个零件的产品立体几何信息集合为Rj={Gj1,Gj2,…,GjJ};Gi和Gj分别为第j个零件和第j个零件的,I和J分别为所述第i个零件和第j个零件的产品立体几何信息总数;
S22:优化计算第i个零件的切割路径Pathi:
Gih为所述第i个零件的产品立体几
何信息集合为Ri中的第h个产品立体几何信息,‖Gi1‑Gih‖2为计算第i个零件的第1个产品立体几何信息至第h个产品立体几何信息的范式距离;Line(Gih)为第i个零件的产品立体几何信息集合为Ri中的第h个产品立体几何信息的切割路径距离的计算函数;
S23:对于所述产品中的所有零件遍历所述S22步骤,得到每个零件的切割路径;
S24:对所述产品的多个零件之间的切割路径进行合并,得到所述产品的切割路径总距离Path: 其中,k为产品的零件总数;Pathj为按照所述S22步骤计算得到的第j个零件的切割路径。
3.根据权利要求2所述的激光切割头的控制方法,其特征在于,所述S21步骤中,判定产品共用边界为直线线段的规则为,若两条直线线段在平面上的方向向量相同,且有一段重叠,则这两条直线线段为所述图纸的产品立体几何信息中的共用边界;
判定产品共用边界为圆弧的规则为,两条圆弧的起始点、所在圆的圆心、终止点、起始角和终止角的参数信息均相同;
判定产品共用边界为曲线的规则为,两条曲线中控制点的重合度为70%以上,且两条曲线在相同控制点处的贝塞尔曲线插值权重相同。
4.根据权利要求2所述的激光切割头的控制方法,其特征在于,所述S22步骤中,当Gih为直线线段时,Line(Gih)的计算方式如下:∈为直线线段切割路径距
离计算权重,0≤∈≤1; 分别为第h条直线线段的起点的横坐标和纵坐标;
为第h条直线线段的终点;
当Gih为圆弧时: 其中,为圆弧切割路径距离计算权
重, rh为第h条圆弧所在圆的半径, 和 分别为第h条圆弧相对于切割平面圆点(x0,y0)的起始角和终止角;
当Gih为曲线时:
5.采用如权利要求1‑4任一所述方法的激光切割头的控制系统,所述系统包括位置监测传感器和温度传感器,所述位置监测传感器用于实时监测所述激光切割头实时位置,所述温度传感器用于实时监测被切割材料表面温度;其特征在于,所述系统还包括产品图纸信息获取模块、切割路径规划模块、最优激光发射功率计算模块和控制模块;
所述产品图纸信息获取模块,用于获取需要得到的切割立体产品的CAD图纸,从中提取包括所述图纸的直线线段、圆弧和曲线的产品立体几何信息;
所述切割路径规划模块,用于进行激光切割路径规划;
所述最优激光发射功率计算模块,实时监测被切割材料表面温度和激光切割头的实时位置,构建激光切割过程中最优激光功率计算模型;
所述控制模块,按照所述切割路径规划模块规划的切割路径控制所述激光切割头对被切割材料切割,同时按照所述最优激光发射功率计算模块计算得到的最优实时激光功率控制激光切割头的实时激光发射功率。