Алгоритмы для интегрированных САПР лазерных комплексов
Разработчики:
Буевич Артур Эдуардович,
Левошкина Анастасия Алексеевна,
Сопильник Павел Леонидович, студенты 3 курса ВГУ имени П.М. Машерова.
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
Актуальность работы.�
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
В обувном производстве для точной и быстрой перфорации деталей обуви, выжигания узоров на поверхности кожи используется лазерная технология. Для лазерного комплекса предлагается алгоритмы для интегрированных САПР, которые обеспечивают высокую точность обработки и максимальную производительность.
Тема работы соответствует приоритетным направлениям научной, научно-технической и инновационной деятельности на 2021-2025 годы, утвержденным Указом Президента Республики Беларусь 07.05.2020 №156
Цель работы.�
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
Область применения.
Разработать алгоритмы для интегрированных САПР лазерных комплексов, разработать автоматизированную технологию обработки деталей на лазерных комплексах.
Промышленные предприятия, изготавливающие изделия с перфорацией или использующие лазерную резку с помощью импульсных лазеров.
При обработке контура лазер работает в импульсном режиме. Задание режима работы импульсного лазера сводится к настройке двух параметров: скорости перемещения координатного устройства V [мм/c] и частоты импульсов N [импульсов/c]. Отношение N/V, согласно руководству пользователя лазера Sei Flexi 600 должно находиться в пределах от 0.1 до 0.2 мм, что соответствует диаметру светового пятна лазерного луча на материале. Таким образом, при скорости V=6000 мм/c и частоте N=30000 импульсов/с за один импульс участок воздействия луча лазера на материал составляет 0.2 мм.
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
Для повышения производительности скорость перемещения лазера следует увеличивать, а частоту импульсов N уменьшать. Так, при скорости V=6000 мм/c и частоте N=1000 импульсов/c линия воздействия луча на материал Lр будет составлять 6 мм. При этом такую же величину 6 мм составит перемещение лазера с выключенным лучом без воздействия на материал Lx. Луч лазера будет воздействовать на материал прерывисто.
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
Линия воздействия луча лазера на материал при установленных параметрах: V=6000 мм/c и N=1000 импульсов/c.
Где:
V – направление движения луча лазера.�Lр – длина рабочего хода.
Lx – длина холостого хода.
Для устранения прерывистого воздействия на материал, предлагается изменить характер движения луча лазера.
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
Подготовка траектории движения лазера выполняется в следующей последовательности.
1) Исходная траектория для обработки вычерчивается в любом графическом редакторе, который имеет возможность импорта и экспорта в формат dxf.
Исходная траектория
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
2) Реализуется алгоритм преобразования исходной траектории. Линия разбивается на участки равные Lx/2 (3 мм) и формируется новая траектория.
- начало – точка 1,
- движение вперед на величину Lр (6 мм) – точка 2,
- движение назад на величину Lx/2 (3 мм) – точка 3,
- движение вперед на величину Lx/2 (3 мм) – точка 2,
- начало – точка 2,
- движение вперед на величину Lр (6 мм) – точка 4,
- движение назад на величину Lx/2 (3 мм) – точка 5,
- движение вперед на величину Lx/2 (3 мм) – точка 2 и так далее
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
Время tс выполнения сквозной перфорации участка материала длиной L=100 мм с использованием существующей технологии, при которой луч лазера совершает число проходов n=10 со скоростью V=6000 мм/с, не изменяя направления движения от начальной до конечной точки траектории (длина траектории движения лазера L1 равна длине обрабатываемого участка материала L), рассчитывается по формуле:
tс=(L1/V)*n=(100/6000)*10=0.17 с.
Рассчитаем производительность лазерного комплекса при использовании СТАРОГО алгоритма
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
В результате преобразования траектории движения луча лазера, ее длина для обработки участка материала длиной L=100 мм составит L1=200 мм.
Время tн выполнения сквозной перфорации участка материала длиной L=100 мм с использованием новой технологии, при которой луч лазера совершает число проходов n=2 со скоростью V=6000 мм/с, с изменением направления движения при совершении холостых ходов, рассчитывается по формуле:
tн=(L1/V)*n=(200/6000)*2=0.07 с.
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
Производительность обработки деталей, при использовании разработанного алгоритма, возрастает на 30-40%. Кроме этого, материал не перегревается от многократных проходов луча, сохраняется его структура, исключаются пережоги, снижается нагар и копоть.
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
Представленный алгоритм является частью разработанной технологии для импульсных лазеров типа flexi 600
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
Разработанная технология включает в себя:
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
Технология использования лазерного комплекса flexi 600 прошла производственную апробацию на обувной фабрике «Марко».
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ