本發(fā)明涉及一種用于對物體的激光加工進(jìn)行時間優(yōu)化的方法，特別是計算機(jī)實現(xiàn)的方法，其中，通過檢流計掃描系統(tǒng)能夠沿著物體上的預(yù)定加工路徑引導(dǎo)激光；其中，通過激光確定沿預(yù)定加工路徑進(jìn)入物體的位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)。此外，在該方法中確定激光沿加工路徑的位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)，并且基于位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)和位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)來計算位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)。此外，計算時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)，使得激光沿加工路徑的可實現(xiàn)的速度曲線v(s)受到位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)的限制，并且遵守檢流計掃描系統(tǒng)沿加工路徑的至少一個動態(tài)極限。計算時間相關(guān)的第二功率曲線l2(s(t))，其中，減小位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)，使得在加工路徑的可實現(xiàn)的速度曲線v(s)小于位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)的位置(s)處，實現(xiàn)位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)。

背景技術(shù)：

1、在激光加工或還有激光處理中通常追求盡可能高的加工生產(chǎn)量或盡可能短的加工時間。為此，可以根據(jù)激光的可用功率和激光過程的性能來選擇盡可能高的路徑速度，并將其規(guī)定為激光過程的激光速度。

2、同樣，對于在加工計劃的不同路徑區(qū)段之間的跳躍(伴隨激光關(guān)閉)，可以設(shè)置更高的速度(跳躍速度)以縮短整個加工時間。

3、檢流計掃描系統(tǒng)的實時控制典型地為該方法提供自動功能，所述自動功能在激光材料加工的執(zhí)行時間基于控制數(shù)據(jù)或傳感器值實施調(diào)整校正(例如，scanlab?rtc6自動激光控制/點距離控制功能)。

4、這些功能通?？梢杂捎脩粼O(shè)置。在此，一個或多個過程參數(shù)的過程的已知相關(guān)性可以存儲于特征曲線或參數(shù)表中，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)一個或更多個過程參數(shù)正確設(shè)置激光功率。例如，圖像的激光標(biāo)記像素的生成灰度值可以通過非線性函數(shù)(例如伽馬校正)與要使用的激光功率相關(guān)。例如，激光功率也可以根據(jù)激光的掃描位置和/或散焦來進(jìn)行校正。特別是，所需的激光功率也可能與掃描儀的路徑速度呈非線性關(guān)系。

5、通常，位置調(diào)節(jié)的檢流計掃描儀不會精確遵循預(yù)定的路徑，而是(受位置調(diào)節(jié)器性能限制)會出現(xiàn)時間上的拖曳失真。拖曳失真通常通過激光控制的時間延遲(“激光延遲”)來補償，從而可以很大程度上校正路徑偏差(拖曳誤差)，至少可以在恒定路徑速度下沿直線路徑進(jìn)行校正。

6、從wo?2020/025771?a1中已知一種用于對物體進(jìn)行激光加工的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是更快速地進(jìn)行激光加工或激光處理。

2、該目的通過具有獨立權(quán)利要求特征的方法、計算機(jī)程序、計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)和激光加工設(shè)備來實現(xiàn)。

3、提出了一種用于對物體的激光加工進(jìn)行時間優(yōu)化的方法，特別是計算機(jī)實現(xiàn)的方法，其中，通過檢流計掃描系統(tǒng)能夠沿著物體上的預(yù)定加工路徑引導(dǎo)激光。在引導(dǎo)激光時，激光束在物體上被引導(dǎo)并移動，從而對物體進(jìn)行加工。該物體可以是例如切割、焊接和/或雕刻的工件。此外，工件還可以以消融表面上的區(qū)域的方式進(jìn)行加工。另外或可替代地，如果激光加工用于醫(yī)療領(lǐng)域，則物體也可以是身體部位。此外，該物體也可以是待標(biāo)記的紡織片。在此，可以通過激光消除紡織片上的顏料，從而漂白相應(yīng)的地點。

4、在該方法中，通過激光確定沿預(yù)定加工路徑進(jìn)入物體的位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)。位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)表明能量輸入沿加工路徑哪些位置處有多高。如果例如要在工件上消融材料，則消融的材料量至少取決于能量輸入。因此，位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)是預(yù)設(shè)值曲線或根據(jù)預(yù)設(shè)值曲線計算得出。預(yù)設(shè)值曲線可以說明，在加工后被加工物體如何構(gòu)造。

5、在該方法中確定激光沿加工路徑的位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)，并且基于位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)和位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)來計算位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)。位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)可以確定為盡可能高，以便在短時間內(nèi)獲得高能量輸入。例如，位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)可以是最大激光功率或至少接近最大激光功率。位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)表明激光沿加工路徑的最大速度，在該速度下，在位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)的情況下正好達(dá)到該位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)。

6、此外，在該方法中計算時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)，使得激光沿加工路徑的可實現(xiàn)的速度曲線v(s)受到位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)的限制，并且遵守檢流計掃描系統(tǒng)沿加工路徑(4)的至少一個動態(tài)極限。雖然位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)代表了最佳值，但由于檢流計掃描系統(tǒng)的動態(tài)極限，無法實現(xiàn)該最佳值。為此，計算時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)，使得可實現(xiàn)的速度曲線v(s)包含動態(tài)極限。然后，該曲線受到位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)的限制，即位置相關(guān)的可實現(xiàn)速度曲線v(s)在任何位置都不超過位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)。

7、此外，可以根據(jù)時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)計算在物體上的加工路徑，其中可以將加工路徑表示為p(s(t))。在此，p(s(t))例如可以包括兩個分量，即是二維的。或者，p(s(t))也可以包括三個分量，即是三維的。p(s(t))表明激光在物體上的坐標(biāo)。例如，可以在笛卡爾坐標(biāo)系中設(shè)定p(s(t))，其描述激光在物體上的坐標(biāo)。p(s(t))也可以根據(jù)時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)表示為矢量。

8、為了補償受到位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)限制的位置相關(guān)的可實現(xiàn)的速度曲線v(s)，計算時間相關(guān)的第二功率曲線l2(s(t))，其中，減小位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)，使得在可實現(xiàn)的速度曲線v(s)小于位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)的加工路徑的位置處，獲得位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)。

9、位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)或簡單地目標(biāo)能量輸入或能量輸入描述了用戶希望在過程中對工件實現(xiàn)的效果。這里，為此所需的路程能量可以是恒定的(單位路程的能量)，從而激光的平均功率可以根據(jù)進(jìn)給速度(掃描速度)成比例選擇。然而，也可能涉及更復(fù)雜的情況，在其中例如可以通過激光的利用某些過程參數(shù)組合(如進(jìn)給、聚焦和/或激光功率)的相互作用來調(diào)節(jié)變色，在這些參數(shù)之間存在必須考慮的非線性關(guān)系，以確保所需的能量輸入。激光功率可以調(diào)節(jié)，特別是通過脈沖能量、脈沖持續(xù)時間和/或脈沖頻率來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

10、如果以最小化加工路徑的加工時間的方式來計算時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)，則是有利的。由此實現(xiàn)了激光加工的時間優(yōu)化。

11、如果以激光的可實現(xiàn)的速度曲線v(s)至少部分地最大的方式計算時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)，則是有利的。最大可實現(xiàn)速度曲線v(s)減少了加工路徑的加工時間。

12、如果使用優(yōu)化方法和/或優(yōu)化算法來計算時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)，則是有利的。為此，已知各種優(yōu)化方法。例如，在優(yōu)化方法中，可以確定幾個不同的時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)，并從中選擇提供了加工路徑的最短加工時間的時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)。此外或可替代地，可以用微分方程組計算時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)，在其中動態(tài)極限、位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)、位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)和/或位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)被合并為邊界條件。

13、如果以遵守激光的動態(tài)極限，特別是激光功率的動態(tài)極限方式來計算時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)，則是有利的。例如，激光的一個動態(tài)限制是激光功率不能無限快速地改變。例如，時間變化率dl(t)/dt或位置變化率dl(s)/ds是有限的。

14、如果計算時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)，使得遵守作為檢流計掃描系統(tǒng)的動態(tài)極限的加速度極限和/或急動度極限，則是有利的。加速度極限和/或急動極限有根據(jù)地特別存在于檢流計掃描系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)鏡的慣性、檢流計驅(qū)動器及其電流供應(yīng)的物理極限以及用于調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)鏡角位置的位置調(diào)節(jié)方法的特性。速度、加速度和/或急動度通常是矢量變量。在此，可以針對至少一個矢量分量來遵守上述對于加速度和/或急動度的動態(tài)極限。另外或可替代地，在遵守動態(tài)極限時，還可以考慮加速度矢量和/或急動矢量的值。這意味著至少一個，特別是所有矢量分量和/或相應(yīng)矢量的值都遵守動態(tài)極限。

15、動態(tài)極限特別是對p(s(t))的一階、二階和三階時間導(dǎo)數(shù)的取值范圍的限制。動態(tài)極限可以特別是p(s(t))矢量分量的二階和三階導(dǎo)數(shù)的取值范圍的限制。動態(tài)限制對應(yīng)于檢流計掃描儀中檢流計驅(qū)動器的急動度和/或加速度的上限。

16、當(dāng)使用具有無拖曳失真的調(diào)節(jié)器的掃描系統(tǒng)時，該過程是特別有利的，在其中可以很好地近似描述包括電流計掃描儀的加速度和/或急動度極限的動態(tài)極限，并且在執(zhí)行加速度和/或者急動度受限的軌跡時可以高精度地預(yù)測系統(tǒng)的時間行為。

17、如果計算時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)是有利的，使得可實現(xiàn)的速度曲線和/或可由其導(dǎo)出的曲線，特別是通過時間導(dǎo)數(shù)，是連續(xù)和/或連續(xù)可微的，特別是平滑的。可由時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)導(dǎo)出的曲線例如是時間導(dǎo)數(shù)ds(t)/dt作為可實現(xiàn)的速度曲線，d2s(t)/dt2作為加速度曲線，d3s(t)/dt3作為急動度曲線，甚至更高階的導(dǎo)數(shù)。此外或可替代地，如果引用路徑進(jìn)程s(t)來計算另外的曲線，還可以從路徑進(jìn)程s(t)推導(dǎo)出其他曲線。如果所述曲線是連續(xù)和/或連續(xù)可微分的，特別是平滑的，則這些曲線具有有利的運動特性。

18、如果計算和/或規(guī)定位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)、根據(jù)時間相關(guān)的路徑進(jìn)程計算的可實現(xiàn)的速度曲線v(s)、可由時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)導(dǎo)出的曲線(特別是借助時間導(dǎo)數(shù))和/或時間相關(guān)的第二功率曲線l2(s(t))，使得他們是階梯形狀的和/或在沿加工路徑的至少一些路徑區(qū)段內(nèi)是恒定的。由此可以簡化了激光和/或檢流計掃描系統(tǒng)的計算和/或操控。

19、例如，可以階梯形地和/或恒定地計算或規(guī)定位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)、位置相關(guān)的第一功率曲線l1(s)和/或位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)，以便響應(yīng)特定的處理任務(wù)或如果對處理任務(wù)的限制是充分的。由此可以使優(yōu)化更容易進(jìn)行。此外，由于所述曲線或函數(shù)的階梯形地和/或部分式恒定的表現(xiàn)可以將所屬值存儲在和/或到值表中。通過離散值進(jìn)行的優(yōu)化允許更簡單的計算以及自適應(yīng)的計算。如果越小地選擇階梯形的和/或部分式恒定的部分，那么可以越精確地確定相應(yīng)的曲線和函數(shù)。如果越大地選擇階梯形的和/或部分式恒定的部分，那么計算所需的時間就越少。此外，可以這樣地選擇所述曲線或函數(shù)的部分式恒定的部分的大小，使得它們的加工或處理出于控制器的時鐘范圍內(nèi)。特別地，如果位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)是階梯形和/或在沿著加工路徑的至少一些路徑區(qū)段中恒定的，則是有利的。這種位置相關(guān)的能量輸入曲線e(s)可以作為輸入數(shù)據(jù)或預(yù)設(shè)值，例如在表格中的輸入數(shù)據(jù)或預(yù)設(shè)值，存在。這可以為特殊的客戶要求提供，其中利用離散的位置相關(guān)能量輸入曲線e(s)也可以用于以更簡單的方式進(jìn)行時間優(yōu)化。

20、如果在計算時間相關(guān)的第二功率曲線l2(s)和/或位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)時，將檢流計掃描系統(tǒng)相對于加工路徑的取向和/或定位一同計算，則是有利的。例如，如果物體相對于檢流計掃描系統(tǒng)傾斜，從而相對于激光傾斜，則激光會傾斜地落到物體上和加工路徑上。結(jié)果，全功率不再作用于加工路徑。此外，不能再以盡可能高的速度通過加工路徑，因此計算中還可以考慮位置相關(guān)的理想速度曲線vmax(s)。

21、如果根據(jù)時間相關(guān)的路徑進(jìn)程s(t)確定相對于檢流計掃描系統(tǒng)的加工路徑的時間相關(guān)的坐標(biāo)p(s(t))，以使激光沿著加工路徑(4)移動，則是有利的。例如，坐標(biāo)p(s(t))是二維矢量，其分量為px(s(t))和py(s(t))?；蛘?，p(s(t))也可以是三維矢量，從而可以描述激光在空間中的位置。這些表明物體上加工路徑的坐標(biāo)。這些然后可以由檢流計掃描系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為檢流計掃描系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)鏡的時間相關(guān)的角位置，從而使激光沿著加工路徑移動。

22、如果用于對物體的激光加工進(jìn)行時間優(yōu)化的方法由計算單元執(zhí)行，則是有利的。

23、如果將坐標(biāo)p(s(t))傳輸?shù)綑z流計掃描系統(tǒng)的電流控制單元，并且將時間相關(guān)的第二功率曲線l(s(t))傳輸?shù)郊す饪刂破?，則是有利的。激光控制器控制激光的功率，從而形成時間相關(guān)的第二功率曲線l(s(t))。如果在傳輸后加工物體，則是有利的。優(yōu)選地，在加工路徑的時間優(yōu)化之后加工物體。在此，整個加工任務(wù)或路徑區(qū)段的其他加工路徑的時間優(yōu)化可選地也可以與已經(jīng)計算出的路徑或路徑區(qū)段同時進(jìn)行。為此，整個加工任務(wù)可以分解為路徑區(qū)段，這些路徑區(qū)段代表了本發(fā)明方法意義上的加工路徑。在該過程中對用于時間優(yōu)化的方法的時間效率提出了較高的要求。

24、如果在物體的實際激光加工的準(zhǔn)備階段用計算機(jī)輔助模擬激光加工，則是有利的。這里，例如，可以模擬激光加工的操作行為。借此例如可以模擬和確定，用可實現(xiàn)的速度曲線v(s)和/或時間相關(guān)的第二功率曲線l2(s(t))是否可以執(zhí)行激光加工。此外或可替代地，可以模擬和/或確定，利用所確定的曲線是否正確地或在公差規(guī)定范圍內(nèi)加工加工路徑。另外或可替代地，可以模擬和/或確定加工加工路徑所需的時間。該模擬的優(yōu)點是，如果在模擬過程中發(fā)現(xiàn)激光加工進(jìn)展不正確或不符合預(yù)期，則可以對其進(jìn)行校正。然后可以進(jìn)行激光加工或時間優(yōu)化方法的適配和調(diào)整。

25、如果物體的實際激光加工發(fā)生在激光加工的時間優(yōu)化之后，則是有利的。另外或可替代地，物體的實際激光加工可以在模擬激光加工后進(jìn)行。這具有的優(yōu)點是，激光加工過程是已知的，從而避免了加工過程中的誤差。

26、此外，提出一種用于優(yōu)化具有檢流計掃描系統(tǒng)和激光的激光加工設(shè)備的物體的激光加工時間的方法，特別是計算機(jī)實施的方法，在該方法中對于預(yù)定加工路徑的幾個路徑區(qū)段通過激光規(guī)定或預(yù)定激光的能量輸入，其中相應(yīng)的能量輸出取決于相應(yīng)路徑區(qū)段中激光的激光功率和激光速度。在該方法中，規(guī)定激光在路徑區(qū)段上的特別是恒定和/或最大的第一激光功率。隨后，在考慮到第一激光功率的條件下，為路徑區(qū)段確定相應(yīng)的理想激光速度，借助該理想激光速度實現(xiàn)路徑區(qū)段中的相應(yīng)能量輸入。此后，考慮檢流計掃描系統(tǒng)和/或激光的至少一個動態(tài)極限的條件下，將相應(yīng)的理想激光速度調(diào)整為相應(yīng)的可實現(xiàn)激光速度，特別是將其降低。隨后，在已經(jīng)調(diào)整到相應(yīng)的可實現(xiàn)的激光速度的那些路徑區(qū)段中，將第一激光功率調(diào)整到、特別是減少到第二激光功率，以實現(xiàn)相應(yīng)的能量輸入。如果能量輸入、激光功率，特別是第一和/或第二激光功率、激光速度，特別是理想和/或可實現(xiàn)的激光速度，優(yōu)選地作為時間和/或位置相關(guān)的數(shù)學(xué)函數(shù)存在，則是有利的。此外或可替代地，如果能量輸入、激光功率，特別是第一和/或第二激光功率、激光速度，特別是理想和/或可實現(xiàn)的激光速度，在至少一個路徑區(qū)段中是恒定的，或者時間和/或位置相關(guān)地變化，則是有利的。

27、優(yōu)選地，本發(fā)明另外或可替代地根據(jù)前面和/或后面的描述構(gòu)造，其中，所述特征可以單獨存在或以任何組合存在。

28、為了加工工件，可以用檢流計掃描儀沿著工件上的路徑引導(dǎo)激光。在此，可選地，可以利用可動態(tài)可變地調(diào)整的聚焦裝置同步調(diào)整焦點沿激光束的位置，以沿路徑在三個空間維度上引導(dǎo)激光焦點。在這種情況下，路徑p(s(t))用p的三個矢量分量來描述，例如p＝(px，py，pz)。加工結(jié)果可以是例如激光標(biāo)記、激光消融、激光焊接或激光切割。為了以高精度實現(xiàn)所需的加工結(jié)果，必須同步控制激光焦點相對于工件的路徑和激光束的特性，以調(diào)整局部能量輸入。例如，根據(jù)激光器的設(shè)計，可以通過改變脈沖的平均功率或能量、持續(xù)時間或頻率或調(diào)制期間的占空比來設(shè)置能量輸入的變化。激光可以在不需要加工的區(qū)域關(guān)閉，并在加工路徑上打開。

29、由于對同步性的高要求，由專門設(shè)計的實時控制系統(tǒng)(例如scanlab?rtc6)來操控激光器、檢流計掃描儀、聚焦裝置和/或必要時其他的運動軸。

30、根據(jù)應(yīng)用，加工目的可以是，例如，沿著路徑的均勻能量輸入或目標(biāo)局部變化，例如在光柵化圖像的圖像行上用灰度信息(位圖)進(jìn)行激光標(biāo)記，該灰度信息可用于每個圖像點，即空間分辨。

31、因此，提出了一種具有以下一個或多個特征的方法：

32、-起點是加工路徑p(s)的預(yù)定幾何形狀和至少對于沿路徑的點處的支撐點的目標(biāo)能量輸入e(s)值。(s：路徑參數(shù)，即沿路徑的路程)；和/或

33、-使用帶有“軌跡調(diào)節(jié)器”的檢流計掃描系統(tǒng)(即具有無拖曳失真的位置調(diào)節(jié)方法)；和/或

34、-使用允許在調(diào)整范圍和激光動態(tài)極限內(nèi)對至少一個參數(shù)進(jìn)行可變調(diào)整的激光，以影響平均激光功率。實現(xiàn)能量輸入e所需的激光功率參數(shù)l由函數(shù)關(guān)系l(e)描述；和/或

35、-使用計算單元來優(yōu)化加工計劃；和/或

36、-通過使用優(yōu)化算法最大化路徑進(jìn)程速度曲線ds/dt來優(yōu)化路徑(軌跡)p(s(t))的執(zhí)行時間，

37、-其中，優(yōu)選不超過檢流計掃描系統(tǒng)的位置極限和動態(tài)極限(軸位置、速度、加速度，可能還有急動度)(對于算法必要的是：轉(zhuǎn)換為ds/dt和d2s/dt2、d3s/dt3的極限)；和/或

38、-不超過根據(jù)目標(biāo)能量輸入e(s)、最大可用激光功率l(e)和/或激光功率變化(dl/dt，…)的動態(tài)極限確定的最小所需加工時間，因此不超過取決于s的最大可能的路徑速度(即ds/dt的額外上限)；和/或

39、-利用這樣確定的函數(shù)s(t)計算計算掃描儀操控器p(s(t))的時間曲線和/或根據(jù)預(yù)定的路程能量輸入e(s)計算激光功率預(yù)設(shè)值l(e(s(t)))的時間曲線；和/或

40、-將預(yù)先計劃的軌跡p(s(t))和激光功率l(e(s(t)))的時間曲線傳輸?shù)綄崟r控制系統(tǒng)；和/或

41、-基于預(yù)先計算的軌跡和激光功率的時間曲線，同步輸出檢流計掃描系統(tǒng)和激光的操控數(shù)據(jù)(其中，這里激光和檢流計掃描儀的相應(yīng)信號的信號準(zhǔn)備/信號轉(zhuǎn)換/時間光柵化可以彼此獨立地進(jìn)行)。

42、根據(jù)過程和與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)(掃描儀)結(jié)合使用的激光，目標(biāo)能量輸入e和要調(diào)整的激光參數(shù)l之間會出現(xiàn)不同的關(guān)系，這些關(guān)系必須用函數(shù)l(e)來描述。這種通常特別是非線性關(guān)系可以借助特征曲線來近似。

43、函數(shù)l(e)特別取決于激光的路徑速度，因此可以是這兩個參數(shù)的函數(shù)l(e，v)。通常，在較高的路徑速度下，設(shè)置較高的激光功率l以實現(xiàn)相同的能量輸入。這種關(guān)系取決于激光與物體材料相互作用的物理性質(zhì)，與速度的關(guān)系可以大約為線性或非線性。

44、函數(shù)l(e)中可以包含取決于掃描系統(tǒng)產(chǎn)生的激光焦點的定位的校正(光學(xué)圖像補償)。

45、函數(shù)e(s)可以定義為部分式地恒定或線性和/或具有等距支撐點。例如，在位圖(灰度圖像)上或焊接過程的開始和終點時標(biāo)記行。

46、預(yù)定幾何路徑可以是灰度光柵化圖像的行，和/或預(yù)定目標(biāo)能量輸入可以是部分式地恒定且等距，以反映灰度圖像像素的灰度值。

47、對于具有軌跡調(diào)節(jié)器的檢流計掃描系統(tǒng)，預(yù)先計算的軌跡優(yōu)選地至少是速度和加速度受限的。通過額外的急動度限制可以提高路徑準(zhǔn)確度。

48、如果在基于路徑的幾何曲線的預(yù)先計劃中確定最大可能的速度曲線，則是有利的，在該速度曲線中能夠遵守檢流計掃描系統(tǒng)的所有動態(tài)極限。在路徑彎曲的情況下，可以確定局部最大速度，在該最大速度下，在任何軸方向上都不會超過檢流計掃描系統(tǒng)的加速度和急動度極限。

49、時間優(yōu)化的急動受限的軌跡的計算的復(fù)雜性很高。為了節(jié)省計算時間，在計算加速度和/或急動度受限的軌跡時可以使用平滑方法，特別是根據(jù)加速度受限的軌跡來計算急動度受限的軌跡。

50、檢流計掃描系統(tǒng)可以包括兩個檢流計軸，并且路徑可以是位于焦平面中的加工平面中的2d路徑。

51、檢流計掃描系統(tǒng)可以包括動態(tài)聚焦系統(tǒng)，并且路徑可以是3d路徑，特別是布置在工件的非平面表面上的路徑。

52、檢流計掃描系統(tǒng)可以與其他較慢的冗余軸組合，其中計劃可以包括檢流計掃描儀的軸和冗余軸之間的運動劃分。其他軸可以使工件相對于檢流計掃描系統(tǒng)移動，或者使檢流計掃描系統(tǒng)相對于工件移動。

53、檢流計掃描系統(tǒng)可以包括四個檢流計軸，以在兩個軸上動態(tài)調(diào)整光束位置和光束方向。那么，過程參數(shù)特別還包括激光束的攻角。這個4軸系統(tǒng)可以圍繞聚焦單元進(jìn)行擴(kuò)展，因此加工距離也是可變的。

54、在預(yù)先計劃中，由于聚焦裝置的受限的動態(tài)功能而可能發(fā)生的光束散焦可以通過調(diào)整(增加)激光功率來補償?；蛘?，可以提供激光功率的緩沖設(shè)置范圍，該緩沖設(shè)置范圍是在預(yù)先計劃中預(yù)備，以便能夠在加工的執(zhí)行期間進(jìn)行實時補償。

55、確定性預(yù)先計劃和控制比實時補償或通過試錯法迭代優(yōu)化操控更有利。有利地，以較高的掃描速度沿著路徑以較低的目標(biāo)能量輸入到地點來進(jìn)行加工。此外，如果通過根據(jù)局部目標(biāo)能量輸入計算局部最大速度的曲線來考慮可用激光功率的極限(在中間步驟中)，則是有利的。此外，如果考慮到掃描系統(tǒng)和/或激光的動態(tài)極限來優(yōu)化執(zhí)行時間，則是有利的。

56、如果使用檢流計掃描系統(tǒng)的無拖曳失真的調(diào)節(jié)器，則是有利的，當(dāng)使用時，優(yōu)選地需要預(yù)先計算目標(biāo)值曲線(軌跡規(guī)劃)，以沿路徑限制加速度和/或急動度。由于拖曳失真，實際上幾乎不可能正確地預(yù)先計算變速時掃描系統(tǒng)的激光功率的時間曲線，因為調(diào)節(jié)器的時間行為難以建模，從而無法合理預(yù)先計算目標(biāo)能量輸入的精確的路徑相關(guān)的引入。在這樣的情況下，這種系統(tǒng)可以選擇迭代過程來進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，特別是通過以下步驟中的至少一個：速度變化和記錄曲線，計算和驗證參數(shù)l，檢查優(yōu)化性和/或再次檢查速度變化或接受解決方案。此外，對于掃描速度的快速變化，具有經(jīng)典調(diào)節(jié)器的掃描系統(tǒng)的動態(tài)僅在有限的范圍內(nèi)可以使用。

57、上述發(fā)明的一種應(yīng)用例如是使用激光創(chuàng)建位圖(具有灰度信息的光柵化圖像)，例如特別是用于在紡織品上創(chuàng)建圖案或在智能卡id上生成照片，如下所述。優(yōu)選地，本發(fā)明另外或可替代地根據(jù)以下描述構(gòu)成，其中所述特征可以單獨存在或以任何組合存在。位圖由大量像素組成，利用激光掃描儀，特別是檢流計掃描系統(tǒng)，逐行單向或雙向標(biāo)記位圖。典型地，行速保持恒定并且每像素的激光能量根據(jù)所需的灰度值而變化。掃描系統(tǒng)的動態(tài)與圖像質(zhì)量無關(guān)，因為加速相位在位圖范圍之外。通過行偏移可以補償拖曳失真。通過這種方式，可以精確地激光打印高分辨率位圖。為了在給定的激光功率下節(jié)省過程時間并提高生產(chǎn)率，可以使行內(nèi)的掃描速度與灰度值曲線適配。所需的激光能量由像素的灰度值確定，根據(jù)該值可以連同最大可用激光功率計算像素位置的最大可能像素速度。對于每行像素行，可以確定時間優(yōu)化軌跡，即時間相關(guān)的位置曲線。必須考慮系統(tǒng)的加速度極限和急動度極限。軌跡在每個像素位置的速度必須小于根據(jù)灰度值計算的最大可能像素速度，否則無法實現(xiàn)灰度值。

58、只要一直使用最大激光功率，并且灰度值僅通過掃描速度實現(xiàn)，就可以優(yōu)化地使用激光功率?；叶戎悼梢栽谙袼刂g任意變化，這將需要掃描系統(tǒng)的非常高的加速度?，F(xiàn)在的任務(wù)是，在給定的邊界條件下確定時間優(yōu)化的軌跡。可能的時間節(jié)省在很大程度上取決于位圖的灰度值分布，在織物結(jié)構(gòu)化的情況下條件通常是有利的。

59、為了能夠精確地遵循計算出的軌跡，需要對掃描儀調(diào)節(jié)器進(jìn)行預(yù)控制。這可以通過掃描系統(tǒng)(如scanlab?exceliscan)或離線完成。像素的激光控制必須在每個像素位置精確完成。由于激光的通電時間和像素速度，像素在小于像素距離的特定長度上擴(kuò)展。激光控制應(yīng)這樣地進(jìn)行，使得像素位于期望的像素柵格的中心。

60、在下文中，行內(nèi)像素i的灰度值稱為值。g的值范圍介于0和1之間。位圖文件通常使用8位灰度值，即灰度值必須首先歸一化為1?；叶戎?對應(yīng)于“白色”，因此對應(yīng)最大激光能量。然而，根據(jù)方法的不同，也可能存在相反的關(guān)系。

61、當(dāng)使用具有最大功率pmax的激光器，特別是cw激光二極管時，會產(chǎn)生最大的像素能量ei＝pmax·d/vi，其中d是像素距離并且vi在像素i處的速度。這只是一個近似值，因為速度不是恒定的。然而，由于像素間距和像素間的速度變化很小，因此可以使用這種近似值。

62、假設(shè)灰度值和像素能量之間存在線性關(guān)系，則可以由此確定像素i處的最大可能速度vi。emax表示灰度值為0所需的像素能量。實際速度通常較低，灰度值必須通過降低激光功率或短暫關(guān)閉來實現(xiàn)?；叶戎禐?將允許無限高的速度，但這受到動態(tài)極限的限制，即，例如，優(yōu)選地，通過微矢量模式的rtc控制卡，只能產(chǎn)生100khz的像素頻率：vlimit＝d·100khz

63、ei＝(1-gi)·emax

64、

65、可以使用co2激光器。例如，這些由0-100khz頻率范圍內(nèi)的pwm信號操控，典型地，占空比不得超過例如55％的值。由于時間常數(shù)很高，特別是大約60μs，可以假設(shè)激光開啟時間和像素能量之間存在非線性關(guān)系，因此使用例如伽馬校正γ進(jìn)行校正。

66、根據(jù)白色像素的灰度值和最大激光開啟時間計算像素i上的激光開啟時間laseroni。

67、laseroni＝(1-gi)γ·laseronmax

68、利用允許的最大占空比計算最大脈沖頻率，并且利用像素距離計算最大可能像素速度。

69、

70、軌跡可以在加速度和/或急動度受限地條件下來計算，借此它也可以由掃描系統(tǒng)執(zhí)行。由于軌道規(guī)劃的三階導(dǎo)數(shù)相對復(fù)雜且耗時，對于某些應(yīng)用可以選擇更簡單的公式。首先，計算軌跡的二階導(dǎo)數(shù)。然后，通過形成平滑的平均值來實現(xiàn)急動限制。該方法要簡單得多并且快得多，但并不能提供最優(yōu)化的解決方案。

71、速度計劃可以在位置區(qū)域內(nèi)，即取決于位置進(jìn)行。

72、

73、距離為d的兩個相鄰像素之間的最大可能速度變化可以通過積分來確定。

74、

75、通過沿像素行的單程的向前計劃和向后計劃，可以非?？焖俚赝瓿墒芗铀俣认拗频乃俣扔媱?。在此確定vi+1，并將其與最大可能的像素速度進(jìn)行比較。如果速度被允許，則將其用于該像素，否則將使用最大可能的速度。

76、根據(jù)像素行上的優(yōu)化的位置相關(guān)的速度曲線，現(xiàn)在可以很容易地計算出軌跡x(t)。

77、用于行內(nèi)軌跡計劃的掃描系統(tǒng)的最大可能加速度不一定必須使用。一個減小的值可以足以實現(xiàn)期望的性能提高。

78、如果需要急動度限制，則可以將平滑平均值應(yīng)用于軌跡。在2·m+1個時間步長內(nèi)進(jìn)行平均，符號j在此表明10微秒時間步長內(nèi)的位置。加速度跳躍因此分布在2·m+1個時間步長內(nèi)并且限制急動度。

79、

80、平均值形成就像作用在像素速度上的低通濾波器，由此速度能夠在某些位置升高，并略微超過最大可能的速度。這也可以通過適當(dāng)改進(jìn)計劃方法來避免。

81、此外，必須在行的起點和終點添加超行程。長度由第一個和最后一個像素處的像素速度乘以m·10μs的繼續(xù)通行時間得出?，F(xiàn)在可以根據(jù)軌跡確定像素的激光控制信號，在此必須考慮信號運行時間。

82、從一行的終點跳到下一行的起點也應(yīng)該進(jìn)行時間優(yōu)化。計算可以通過3階或2階和平均濾波器實現(xiàn)。像素行的起點速度和終點速度必須單獨考慮。此外，行的起點位置和終點位置可能改變。由于時間原因，這些行是雙向標(biāo)記的?？焖偎惴梢砸陨虡I(yè)或免費庫的形式提供給跳躍計劃使用。取決于掃描系統(tǒng)的動態(tài)極限和激光功率的可用調(diào)節(jié)范圍，也可能必須明確限制速度，而不僅僅是通過像素行的灰度值隱含地限制。

83、在沿著位圖的行以這里闡述的計劃操控掃描儀和激光操控之前，可選地也可以根據(jù)圖像內(nèi)容進(jìn)行路徑的優(yōu)化計劃。這可能意味著，圖像的行不一定具有相同的長度并且也不一定總是具有相同的方向/取向。圖像也可以由幾個具有不同加工策略的區(qū)域組成。這些區(qū)域也可以重疊或互鎖。然而，這里闡述的用于計劃掃描儀運動和激光操控的方法可以這里以相同或類似的方式應(yīng)用。

84、為了避免由于激光動態(tài)而錯過第一行中的第一個像素，應(yīng)適當(dāng)計劃激光操控，以便將激光在這樣的狀態(tài)下安全地移動到行首：該狀態(tài)能夠準(zhǔn)時地實現(xiàn)行的開始。

85、此外，提出了一種計算機(jī)程序，當(dāng)由計算單元執(zhí)行時，該計算機(jī)程序促使其根據(jù)前面和/或后續(xù)描述中描述的一個或多個方法步驟執(zhí)行用于時間優(yōu)化的方法的至少一部分方法步驟。例如，計算機(jī)程序可以存儲在計算單元中的存儲器上和/或可以由計算單元執(zhí)行。計算單元也可以通過計算機(jī)構(gòu)成。

86、還提出了一種包括計算機(jī)程序的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中，當(dāng)通過計算機(jī)執(zhí)行時，該計算機(jī)程序促使其根據(jù)前面和/或后續(xù)描述中描述的一個或多個方法步驟執(zhí)行用于時間優(yōu)化的方法。計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)可以是上述存儲器?？梢愿鶕?jù)前述和/或后續(xù)描述的特征來設(shè)計計算機(jī)程序。

87、此外，提出了一種具有用于激光加工的激光、用于用激光加工物體的激光加工設(shè)備。在此，激光可以由激光單元產(chǎn)生。

88、此外，激光加工設(shè)備包括用于在物體上引導(dǎo)激光的檢流計掃描系統(tǒng)。

89、此外，激光加工設(shè)備包括計算單元，其中，計算單元被設(shè)計為根據(jù)前面和/或后續(xù)描述中描述的至少一個方法步驟來執(zhí)行方法。

90、在下文中，給出了用于時間優(yōu)化地通過或加工物體上的加工路徑的可能計算。

91、幾何路線設(shè)定為：

92、

93、其中，x(s),y(s),z(s)是關(guān)于之前的弧長s∈[0,l]的路線坐標(biāo)借此，矢量速度、加速度和急動度可以表示如下。

94、

95、

96、其中

97、

98、優(yōu)化問題通過速度最大化來設(shè)定。

99、

100、解受到最大可實現(xiàn)速度、加速度和急動度的限制。

101、

102、由于t是未知的，因而無法明確計算和所以進(jìn)行了替換。對于得到，

103、

104、根據(jù)定義，限定為正的，因此q也限定為正的。如果現(xiàn)在將q限定為b樣條的二階導(dǎo)數(shù)，則在樣條的支撐點[a1,a2…ak]上導(dǎo)數(shù)q',q”可以視為是線性的。

105、

106、其中，ni,2(s)是樣條的基本函數(shù)。這些借助de?boor算法確定。

107、支撐點[a1,a2…ak]現(xiàn)在是優(yōu)化參數(shù)。為了使優(yōu)化任務(wù)完全線性化，必須為找到一個近似值。為此，解決了沒有急動限制的優(yōu)化問題。由此確定的q*表示所有可實現(xiàn)的急動度受限的軌跡的上限。問題的解空間可能由于附加條件(急動度)更小或等于已經(jīng)確定的q*。借助這種近似，可以在第二優(yōu)化步驟中將條件引入為偽急動度。

108、

109、因為q*≥q并且得出兩個必要步驟，用于確定急動度受限的軌跡，

110、步驟1：

111、

112、且

113、

114、步驟2；

115、

116、且

117、

118、在使用b樣條的矩陣表示的情況下，

119、

120、可以使用有效的lp求解器。通過這種表示，現(xiàn)在還可以為每個路線參數(shù)s預(yù)定一個明確的vmax,i。

121、