掃描振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種掃描振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃方法和 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光振鏡也稱掃描振鏡得到了廣泛應(yīng)用，如通過(guò)對(duì)掃描振 鏡的控制進(jìn)行高速掃描，可以進(jìn)行復(fù)雜的激光動(dòng)畫演示等。在高速掃描過(guò)程中，現(xiàn)有掃描振 鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡有兩種，一種是固定步長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，另一種則是采用傳統(tǒng)的軌跡規(guī)劃算法 規(guī)劃出來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，傳統(tǒng)的軌跡規(guī)劃算法如T速度曲線加減速軌跡規(guī)劃算法，S型曲線加 減速軌跡規(guī)劃算法等。
[0003] 固定步長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，有利于計(jì)算，缺點(diǎn)是掃描控制系統(tǒng)振動(dòng)大，不 適用于高速運(yùn)動(dòng)情況，不能充分發(fā)揮掃描振鏡的效率。T速度曲線加減速軌跡規(guī)劃算法由 于它采用恒定的加速度，在加減速階段的起點(diǎn)和終點(diǎn)處加速度會(huì)有突變，這將導(dǎo)致掃描控 制系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲，而且速度曲線不夠平滑，運(yùn)動(dòng)精度低，導(dǎo)致掃描振鏡的效率較低。 S型曲線加減速軌跡規(guī)劃算法通過(guò)控制加加速度值的大小來(lái)最大限度的減小對(duì)掃描控制系 統(tǒng)造成的沖擊，具有平滑的速度和加速度曲線，缺點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜，不能最大限度地發(fā)揮振鏡 的自身效率。如何通過(guò)一種計(jì)算簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)的方式讓掃描振鏡最大限度的發(fā)揮自身效 率成為目前的一個(gè)技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問題，提供一種能夠通過(guò)計(jì)算簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)的方 式讓掃描振鏡最大限度發(fā)揮自身效率的掃描振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃方法和裝置。
[0005] -種掃描振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃方法，所述方法包括：
[0006] 建立掃描振鏡的模型；
[0007] 計(jì)算所述模型對(duì)應(yīng)的輸入電壓并根據(jù)所述輸入電壓對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間對(duì)輸入電壓 進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)當(dāng)前輸入電壓；
[0008] 利用所述模型、所述掃描振鏡的當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前輸入電壓計(jì)算所述掃描振鏡的下 一個(gè)狀態(tài)，得到所述掃描振鏡的多個(gè)狀態(tài)，所述狀態(tài)中包括掃描振鏡的位置；
[0009] 根據(jù)所述多個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的位置生成所述掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0010] -種掃描振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃裝置，所述裝置包括：
[0011] 模型建立模塊，用于建立掃描振鏡的模型；
[0012] 電壓計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述模型對(duì)應(yīng)的輸入電壓并根據(jù)所述輸入電壓對(duì)應(yīng)的作 用時(shí)間對(duì)輸入電壓進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)當(dāng)前輸入電壓；
[0013] 狀態(tài)計(jì)算模塊，用于利用所述模型、所述掃描振鏡的當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前輸入電壓計(jì) 算所述掃描振鏡的下一個(gè)狀態(tài)，得到所述掃描振鏡的多個(gè)狀態(tài)，所述狀態(tài)中包括掃描振鏡 的位置；
[0014] 軌跡生成模塊，用于根據(jù)所述多個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的位置生成所述掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)軌 跡。
[0015] 上述掃描振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃方法和裝置，通過(guò)建立掃描振鏡的模型；計(jì)算模型 對(duì)應(yīng)的輸入電壓并根據(jù)輸入電壓對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間對(duì)輸入電壓進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)當(dāng)前輸入 電壓；利用模型、掃描振鏡的當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前輸入電壓得到掃描振鏡的多個(gè)狀態(tài)；根據(jù)多 個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的位置生成掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡。由于掃描振鏡的下一個(gè)狀態(tài)是根據(jù)該模型、 掃描振鏡的當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前輸入電壓得到的，每個(gè)狀態(tài)中包括掃描振鏡的位置，因此通過(guò) 這種簡(jiǎn)單的計(jì)算方法即可得到每個(gè)掃描振鏡的位置。當(dāng)前輸入電壓是根據(jù)掃描振鏡的模型 計(jì)算并迭代優(yōu)化后得到的，從而使得當(dāng)前輸入電壓是最優(yōu)的，進(jìn)而能夠以最短的時(shí)間使得 掃描振鏡在每個(gè)狀態(tài)處于對(duì)應(yīng)的位置，由此能夠通過(guò)計(jì)算簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)的方式讓掃描振 鏡最大限度的發(fā)揮自身效率。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為一個(gè)實(shí)施例中掃描振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃方法的流程圖；
[0017] 圖2-1為一個(gè)實(shí)施例中X振鏡的位置曲線；
[0018] 圖2-2為一個(gè)實(shí)施例中X振鏡的速度曲線；
[0019] 圖2-3為一個(gè)實(shí)施例中X振鏡的加速度曲線；
[0020] 圖3為一個(gè)實(shí)施例中掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡；
[0021] 圖4為一個(gè)實(shí)施例中掃描振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖5為一個(gè)實(shí)施例中電壓計(jì)算模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖6為另一個(gè)實(shí)施例中掃描振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1所示，提供了一種掃描振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃方法，該方法 具體包括：
[0025] 步驟102,建立掃描振鏡的模型。
[0026] 掃描振鏡包括X振鏡和Y振鏡，其中X振鏡具有相連的X鏡片，Y振鏡具有相連的 Y鏡片?？刂瓶ㄅcX振鏡裝置（包括X振鏡驅(qū)動(dòng)器和X振鏡）、Y振鏡裝置（包括Y振鏡驅(qū) 動(dòng)器和Y振鏡）組成掃描控制系統(tǒng)?？刂瓶ㄒ?guī)劃X振鏡與Y振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡并向X振鏡驅(qū) 動(dòng)器與Y振鏡驅(qū)動(dòng)器下發(fā)運(yùn)動(dòng)指令，X振鏡驅(qū)動(dòng)器與Y振鏡驅(qū)動(dòng)器分別響應(yīng)運(yùn)動(dòng)指令，分別 驅(qū)動(dòng)X振鏡和Y振鏡按照運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)激光打印或者演示激光動(dòng)畫等。
[0027] 在不考慮掃描振鏡的摩擦力、諧振、環(huán)境等非線性因素的情況下，建立掃描振鏡的 模型。具體的，可以用二階微分方程來(lái)表達(dá)，如下所示：
[0028]
[0029]
[0030] 其中U為掃描控制系統(tǒng)的輸入電壓（即控制卡的輸入電壓）；T為力矩常數(shù)；L為 掃描振鏡的電感；R為掃描振鏡的電阻；J為掃描振鏡和鏡片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Q為掃描振鏡轉(zhuǎn) 軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度；I為隨時(shí)間變化的流過(guò)掃描振鏡的電流。
[0031] 步驟104,計(jì)算模型對(duì)應(yīng)的輸入電壓并根據(jù)輸入電壓對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間對(duì)輸入電壓 進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)當(dāng)前輸入電壓。
[0032] 獲取掃描振鏡的初始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)。其中初始狀態(tài)表示為Z(0)，結(jié)束狀態(tài)表示 為Z(n)。在掃描控制系統(tǒng)上電后掃描振鏡開始工作時(shí)的初始狀態(tài)是已知的，在掃描振鏡完 成工作時(shí)的結(jié)束狀態(tài)也是已知的。初始狀態(tài)與結(jié)束狀態(tài)對(duì)應(yīng)的值可以相同。例如，X振鏡 的初始狀態(tài)Z(0) = (0. 05, 100, 0)，其中X振鏡的初始位置坐標(biāo)為0. 05m，初始運(yùn)動(dòng)速度為 100m/s，初始輸入電流為0A。X振鏡的結(jié)束狀態(tài)Z(n) = (0. 05，100,0)。Y振鏡的初始狀態(tài) Z(0) = (0? 05, 100, 0)，Y振鏡的結(jié)束狀態(tài)Z(n) = (0? 05, -100, 0)。
[0033] 將掃描振鏡的初始狀態(tài)、結(jié)束狀態(tài)代入該模型對(duì)應(yīng)的離散狀態(tài)空間方程計(jì)算掃描 控制系統(tǒng)的輸入電壓，也就是掃描振鏡的模型對(duì)應(yīng)的輸入電壓。如果計(jì)算出的輸入電壓大 于掃描控制系統(tǒng)的預(yù)設(shè)最大輸入電壓，則表明作用在掃描控制系統(tǒng)上的輸入電壓是變化 的，而且該輸入電壓對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間也是變化的。對(duì)輸入電壓對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，得 到調(diào)整后的作用時(shí)間和對(duì)應(yīng)的精度。根據(jù)調(diào)整后的作用時(shí)間對(duì)輸入電壓進(jìn)行優(yōu)化，得到當(dāng) 前輸入電壓。通過(guò)對(duì)輸入電壓進(jìn)行優(yōu)化，可以使得當(dāng)前輸入電壓最優(yōu)。
[0034] 步驟106,利用模型、掃描振鏡的當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前輸入電壓計(jì)算掃描振鏡的下一個(gè) 狀態(tài)，得到掃描振鏡的多個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)中包括掃描振鏡的位置。
[0035] 通過(guò)拉普拉斯變換將將該模型的方程用連續(xù)狀態(tài)空間方程來(lái)表示，進(jìn)而根據(jù)輸入 電壓對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間將該連續(xù)狀態(tài)空間方程離散化，得到該模型對(duì)應(yīng)的離散狀態(tài)空間方 程。根據(jù)離散狀態(tài)空間方程能夠計(jì)算出在離散過(guò)程中掃描振鏡在每個(gè)采樣點(diǎn)的狀態(tài)，掃描 振鏡的狀態(tài)中包括掃描振鏡的位置、運(yùn)動(dòng)速度和輸入電流。當(dāng)前輸入電壓為最優(yōu)時(shí)，當(dāng)前狀 態(tài)的加速度最大，加速時(shí)間也就最短，掃描振鏡能夠在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)下一個(gè)狀態(tài)所處 的位置，進(jìn)而能夠以最短的時(shí)間使得掃描振鏡在每個(gè)狀態(tài)處于對(duì)應(yīng)的位置，讓掃描振鏡最 大限度的發(fā)揮自身效率。如圖2-1所示，為其中一個(gè)實(shí)施例中X振鏡的位置曲線，如圖2-2 所示，為其中一個(gè)實(shí)施例中X振鏡的速度曲線，如圖2-3所示為其中一個(gè)實(shí)施例中X振鏡的 加速度曲線。
[0036] 步驟108,根據(jù)多個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的位置生成掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0037] 多個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的位置也就是在掃描振鏡在多個(gè)采樣點(diǎn)的位置。根據(jù)掃描振鏡在多 個(gè)采樣點(diǎn)的位置生成掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡，具體包括：根據(jù)X振鏡在多個(gè)采樣點(diǎn)的位置生 成X振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)Y振鏡在多個(gè)米樣點(diǎn)的位置生成Y振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡，將X振鏡的 運(yùn)動(dòng)軌跡與Y振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行合成得到掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而得到掃描振鏡最優(yōu) 的運(yùn)動(dòng)軌跡。如圖3所示，為其中一個(gè)實(shí)施例中掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡。其中X振鏡跟隨X 軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，Y振鏡跟隨Y軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
[0038] 本實(shí)施例中，建立掃描振鏡的模型；計(jì)算模型對(duì)應(yīng)的輸入電壓并根據(jù)輸入