保护镜内腔结构优化方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种保护镜内腔结构优化方法和装置。
【背景技术】
[0002]在激光切割工艺中，厚板板材的良好切割断面质量是加工工艺中的难点。其中，切割气体对厚板板材的切割断面质量有重要的影响。而激光头保护镜(以下简称保护镜)内腔结构作为切割气体的传输通道，又会对切割气体的特性产生重要影响。因此，需要设计合理的保护镜内腔结构才能有效保证切割断面质量。对保护镜内腔结构的设计传统的方式是采用试错法，即通过多次的修正设计和实测循环后才能获得较好的设计方案。这种方法费时费力，且很难进行定量的分析。
【发明内容】
[0003]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够省时省力并且能够进行定量分析的保护镜内腔结构优化方法和装置。
[0004]—种保护镜内腔结构优化方法，所述方法包括:
[0005]获取保护镜内腔中切割气体的流场空间模型；
[0006]利用所述流场空间模型建立所述切割气体的流体动力学分析模型；
[0007]对所述流体动力学分析模型进行计算，得到相应的流场参数和气流图像；
[0008]若所述流场参数和气流图像不满足预设要求，则对所述保护镜内腔的结构进行改进，得到改进后的保护镜内腔，再次对改进后的保护镜内腔进行计算直到得到满足预设要求的流场参数和气流图像，将满足预设要求的流场参数和气流图像的改进后的保护镜内腔结构确定为优化后的保护镜内腔结构。
[0009]在其中一个实施例中，所述利用所述流场空间模型建立所述切割气体的流体动力学分析模型的步骤包括:
[0010]在所述流场空间模型上划分流体动力学分析网格；
[0011]利用所述流体动力学分析网格定义切割气体的材料属性；
[0012]定义所述流体动力学分析模型的多个模型参数和压力边界条件。
[0013]在其中一个实施例中，所述流场参数包括质量流率，所述对所述流体动力学分析模型进行计算得到相应的流场参数和气流图像的步骤包括:
[0014]对所述流体动力学分析模型进行计算，直至所述流体动力学分析模型收敛；
[0015]分别提取质量流率和切割气体的多个气流图像。
[0016]在其中一个实施例中，所述气流图像包括气流迹线图、气流速度分布图、气流密度分布图中的至少一项，其中，气流速度分布图包括保护镜内腔下方截面的气流速度分布图和保护镜内腔出气口截面的气流速度分布图，气流密度分布图包括保护镜内腔下方截面的气流密度分布图和保护镜内腔出气口截面的气流密度分布图。
[0017]在其中一个实施例中，在所述得到改进后的保护镜内腔的步骤之后，还包括:
[0018]利用改进后的保护镜内腔重复执行所述获取保护镜内腔中切割气体的流场空间模型的步骤，计算出改进后的流场参数和改进后的气流图像；
[0019]将改进后的流场参数与改进前的流场参数进行比较，并且将改进后的气流图像与改进前的气流图像进行比较；
[0020]若改进后的流场参数大于改进前的流场参数，并且改进后的气流图像中的气流分布比改进前的气流图像中的气流分布更为均匀，则表示改进后的保护镜内腔结构更接近预设要求。
[0021]—种保护镜内腔结构优化装置，所述装置包括:
[0022]获取模块，用于获取保护镜内腔中切割气体的流场空间模型；
[0023]建模模块，用于利用所述流场空间模型建立所述切割气体的流体动力学分析模型；
[0024]计算模块，用于对所述流体动力学分析模型进行计算，得到相应的流场参数和气流图像；
[0025]优化模块，用于若所述流场参数和气流图像不满足预设要求，则对所述保护镜内腔的结构进行改进，得到改进后的保护镜内腔，再次对改进后的保护镜内腔进行计算直到得到满足预设要求的流场参数和气流图像，将满足预设要求的流场参数和气流图像的改进后的保护镜内腔结构确定为优化后的保护镜内腔结构。
[0026]在其中一个实施例中，所述建模模块还用于在所述流场空间模型上划分流体动力学分析网格；利用所述流体动力学分析网格定义切割气体的材料属性；定义所述流体动力学分析模型的多个模型参数和压力边界条件。
[0027]在其中一个实施例中，所述流场参数包括质量流率，所述计算模块还用于对所述流体动力学分析模型进行计算，直至所述流体动力学分析模型收敛；分别提取质量流率和切割气体的多个气流图像。
[0028]在其中一个实施例中，所述气流图像包括气流迹线图、气流速度分布图、气流密度分布图中的至少一项，其中，气流速度分布图包括保护镜内腔下方截面的气流速度分布图和保护镜内腔出气口截面的气流速度分布图，气流密度分布图包括保护镜内腔下方截面的气流密度分布图和保护镜内腔出气口截面的气流密度分布图。
[0029]在其中一个实施例中，所述计算模块还用于利用改进后的保护镜内腔重复执行所述获取保护镜内腔中切割气体的流场空间模型的步骤，计算出改进后的流场参数和改进后的气流图像；
[0030]所述优化模块还用于将改进后的流场参数与改进前的流场参数进行比较，并且将改进后的气流图像与改进前的气流图像进行比较；若改进后的流场参数大于改进前的流场参数，并且改进后的气流图像中的气流分布比改进前的气流图像中的气流分布更为均匀，则表示改进后的保护镜内腔结构更接近预设要求。上述保护镜内腔结构优化方法和装置，通过获取保护镜内腔中切割气体的流场空间模型，以此利用所述流场空间模型建立所述切割气体的流体动力学分析模型；对所述流体动力学分析模型进行计算，得到相应的流场参数和气流图像。通过流场参数和气流图像来对保护镜内腔的结构进行定量分析，若所述流场参数和气流图像不满足预设要求，则对所述保护镜内腔的结构进行改进，得到改进后的保护镜内腔，再次对改进后的保护镜内腔进行计算直到得到满足预设要求的流场参数和气流图像，将满足预设要求的流场参数和气流图像的改进后的保护镜内腔结构确定为优化后的保护镜内腔结构。由此能够通过切割气体的流体动力学分析模型对改进后的保护镜内腔结构进行定量分析，避免了盲目的试制和测试，能够省时省力的得到优化后的保护镜内腔结构。
【附图说明】
[0031 ]图1为一个实施例中保护镜内腔结构优化方法的流程图；
[0032]图2为一个实施例中保护镜内腔的结构示意图；
[0033]图3为一个实施例中切割气体的流场空间模型的示意图；
[0034]图4为一个实施例中流体动力学分析网格的示意图；
[0035]图5为一个实施例中增加了引导气体分流结构的改进后的保护镜内腔的结构示意图；
[0036]图6为一个实施例中改进前的气流迹线图；
[0037]图7为一个实施例中改进后的气流迹线图；
[0038]图8为一个实施例中改进前的下方截面速度分布图；
[0039]图9为一个实施例中改进后的下方截面速度分布图；
[0040]图10为一个实施例中改进前的出气口截面速度分布