CN101596659A - 切割装置激光测距调高系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切割装置激光测距调高系统，本发明包括：键盘输入模块、显示模块、运动模块、通信模块、主控模块、传感器信号采集处理模块和异常处理模块，主控模块与键盘输入模块、运动模块、传感器信号采集处理模块、通信模块、显示模块相连。本发明在自动运动模式下，能使控制目标既准确又迅速的到达预定位置，本发明采用的是非接触式测距技术，能弥补接触式测距和弧压式测距的不足；提供手动与自动两种运动模式选择，以及两种不同的参数设定方式给使用者操作带来极大的弹性。本发明对定位技术是一大推进，不仅能提高定位准确性，又为用户大大提高了时间效率，从而为企业减少大量成本，提升企业竞争力。

Description

切割装置激光测距调高系统

技术领域

本发明涉及的是一种焊接切割技术领域的切割测距系统，特别是一种切割装置激光测距调高系统。

背景技术

在现代制造业尤其是汽车、船舶制造业中，切割是非常重要的加工手段，而在实际割枪的操作过程中，往往需要使割枪与工件的表面位置保持恒定高度。切割装置激光测距调高系统通过传感器反馈当前高度与期望值进行比较后，使割枪定位到预定高度。对于加工高精度零件，该系统对于加工前的准备工作尤其实用。切割装置激光测距调高系统，测距方式可分为接触式和非接触式。如果在加工中，突然出现大的坑洞，接触式测距将无法完成测距工作。在非接触式测距中，弧压测距应用广泛，通过测量切割时产生的电弧弧压来确定位置，但割枪在转角处，弧压会产生突变，导致测量值不准确。

经对现有技术的文献检索发现，公开号为：CN201037761的中国发明专利申请提出了一种测量高度简易数控装置，它包括：支架总成、发条弹簧总成、传感器、齿轮轴、弹簧轴、卷筒、钢丝绳，整个装置采用了机电一体化设计，但是该种方法使用大量的机械元件来达到高度定位目的，但是该结构复杂、体积庞大，而且机械元件在使用一段时间后会产生疲劳现象，而且应用范围狭小。公开号为：CN200990019的中国发明专利申请提出了一种切割机中自动调整切割高度的控制器，它包括切割高度检测单元、切割高度反馈单元、切割高度调整电路、切割高度对比单元。该方法通过检测割枪与切割材料之间的电容变化来判断割枪高度，再调整割枪高度，但电容可检测距离并不大，距离在5mm-100mm之间，当超出这个范围，电容传感器的非线性变得极差并且变化极小；因实际需要检测的距离一般是大于200mm的，所以检测并不能达到很理想的效果。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提出一种切割装置激光测距调高系统，采用非接触式测距技术及电子控制，提供手动与自动两种运动模式选择，以及两种不同的参数设定方式，弥补了接触式测距和弧压式测距的不足，给使用者操作带来极大的弹性；使定位更加准确，效率高，体积小巧，操作简便，检测距离大，成本低。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：键盘输入模块、显示模块、运动模块、通信模块、主控模块、传感器信号采集处理模块和异常处理模块，其中：

键盘输入模块与主控模块、显示模块分别相连，键盘输入模块将按键信息发送到主控模块，键盘输入模块将当前按键信息发送到显示模块显示当前的按键信息；键盘输入模块包括运动模式和参数设定模式，在运动模式下，直接将按键信息发送至主控模块；在参数设定模式下，通过按键选择所需设定的命令代码及修改该命令代码所对应的参数值；

显示模块与键盘输入模块、主控模块、异常处理模块分别相连，显示模块显示三种代码，在运动模式下，显示当前电机位置、键盘按键信息；在参数设定模式下，显示需要设定的命令代码及该命令代码所对应的参数值；当发生异常后显示异常代码；显示模块显示键盘输入模块的按键信息，在参数设定模式下，显示需要设定的命令代码及该命令代码所对应的参数值，主控模块将当前电机所在位置发送至显示模块，异常处理模块将异常代码发送至显示模块，显示模块显示异常信息；

运动模块与主控模块、异常处理模块分别相连；运动模块在正常工作时，根据从主控模块发送来的信息控制电机启停、转速及转向；当有信息从异常模块发送过来，则立即使电机停止运转，并将异常代码发送到显示模块；

通信模块与主控模块、传感器信号采集处理模块分别相连，根据确定好的通信协议，进行接收信息或发送信息，并进行数据校验；

主控模块与键盘输入模块、运动模块、传感器信号采集处理模块、通信模块、显示模块分别相连，主控模块通过从键盘输入模块传来的数据信息查找所需执行的命令；主控模块根据从传感器信号采集处理模块传来的有效信息，计算当前所在位置并将该位置信息发送到运动模块，并将需要发送的数据交由通信模块发送；

传感器信号采集处理模块与主控模块、通信模块相连，当需向传感器发送命令时，将命令数据交给通信模块进行发送；传感器会向通信模块发送反馈消息；

异常处理模块与显示模块、运动模块分别相连；异常处理模块包括以下三种功能：限位报警、无效命令异常、参数无效异常。

所述键盘输入模块提供四个按键的接口，键盘输入模块其中一个按键在运动模式和参数设定模式之间进行切换；在运动模式下，直接将按键信息发送至主控模块；在参数设定模式下，通过按键选择所需设定的命令代码及修改该命令代码所对应的参数值，并将这些数据一方面送入主控模块，为后续的运动模块操作提供参数信息，另一方面对设定、修改的参数进行保存。

所述运动模式包括手动运动模式和自动运动模式，在手动运动模式下，通过得到的按键信息人为的控制电机方向、运动距离，并将运动方向参数值发送给运动模块；在自动运动模式下通过按键调整控制目标运动距离，根据所设定的运动距离参数值，与当前传感器返回的数值进行比较后，对电机运动速度大小、方向参数进行修改、保存，并将修改后的值发送给运动模块。

所述数据校验包括数据格式校验和数据有效性校验，数据格式校验是由通信模块在接收信息后完成的，通信模块对数据格式校验是根据通信协议仅对数据长度校验；数据有效性校验工作是由主控模块或传感器信号采集处理模块来完成。

所述通信模块包含两部分，第一部分为与传感器的通信部分，该部分使用RS485串行通信方式实现，通过向传感器发送命令，使传感器返回所测得的数值，并完成对数据有效性校验工作，第一部分仅能在运动模式下进行；第二部分为与主机通信的部分，数据有效性校验是在主控模块完成，该部分使用RS232串行通信方式实现，除了通过键盘输入模块对控制参数进行设定外，本发明还支持通过串行通信方式对参数进行设定，第二部分仅能在参数设定模式下进行。

所述传感器信号采集处理模块进行的数据有效性校验包括地址匹配校验、指令校验，只有当所有校验工作符合要求后，才是有效数值。

所述限位报警包括正、负限位，当限位产生后，则电机不能往该方向运动；无效命令异常产生后，会丢弃该命令，并予以提示；参数无效异常产生后，会不对该参数进行修改。

所述参数设定模式通过两种方式实现，第一是通过键盘按键逐个对所需参数进行设定；第二是通过串行通信方式，通过发送一系列命令，对所需要设定的参数进行修改。

所述通信协议指：根据与其他模块预先确定的协议进行数据传输，当发生与外界通信时，接收或发送的指令格式为从机地址、指令长度、命令代码、命令代码参数、指令校验码，指令校验码为从机地址、指令长度、命令代码参数进行异或后的值。

本发明系统的具体工作过程为：系统开机后首先进行初始化，检测与外部连接的设备是否出现异常，当有异常，则直接进入异常处理模块；若无异常，系统默认进入工作模式。当通过键盘输入模块上的按键选择自动运动模式时，主控模块比较预先设置的控制目标运动距离及当前从传感器信号采集处理模块得到的实际距离，自动控制电机转速，转向。电机最高转速不超过预先设定的转动最高频率。此外在自动运动模式下，通过组合按键可以调整目标控制运动距离，每按一次，目标距离按照预先设定的运动距离增量值进行调整。当按键选择手动运动模式时，主控模块根据按键确定电机运动方向，电机根据预先设置的手动转速值转动。在工作模式下，当无异常发生时，显示模块时刻显示当前电机所在的位置；若异常发生则进入异常处理模块，只有当异常全部消除后才能继续控制电机。

若操作者通过键盘输入模块选择参数设定模式，此时主控模块令电机停转后，操作者可以通过键盘上的按键确定所需设定的命令代码，并对该代码所对应参数进行修改，保存。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在自动运动模式下，能使控制目标既准确又迅速的到达预定位置。以传感器量程200～750mm，传感器返回数值0～4095为例；当处于自动运动模式下其距离目标位置最大误差仅为0.134mm。本发明采用的是非接触式测距技术，能弥补接触式测距和弧压式测距的不足；提供手动与自动两种运动模式选择，以及两种不同的参数设定方式给使用者操作带来极大的弹性。总体上来说，本发明对定位技术是一大推进，不仅能提高定位准确性，又为用户大大提高了时间效率，从而为企业减少大量成本，提升企业竞争力。

附图说明

图1本发明系统示意框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：键盘输入模块、显示模块、运动模块、通信模块、主控模块、传感器信号采集处理模块和异常处理模块，其中：

键盘输入模块直接与主控模块，显示模块相连。键盘输入模块将按键信息发送到主控模块。键盘输入模块其中一个按键可以在运动模式和参数设定模式间进行切换。在运动模式下，直接将按键信息发送至主控模块；在参数设定模式下，通过按键可以选择所需设定的命令代码及修改该命令代码对应的参数值，并将这些数据一方面送入主控模块，为后续的运动模块操作提供参数信息，另一方面对设定或修改的参数进行保存。键盘输入模块会将当前按键信息发送到显示模块显示当前按键信息。

显示模块给操作给予提示。其与键盘输入模块、主控模块、异常处理模块相连。当信息从键盘输入模块发送来后，会将按键信息进行显示，其中在参数设定模式下，显示需要设定的命令代码及该命令代码所对应的参数值；主控模块将当前电机所在位置发送至显示模块；当发生异常后，显示异常代码。

运动模块与主控模块、异常处理模块及显示模块相连。运动模块在正常工作时，根据从主控模块发送来的信息控制电机启停、转速及转向。当有信息从异常模块发送过来，则立即使电机停止运转，并将异常代码发送到显示模块。

通信模块与主控模块及传感器信号采集处理模块相连。根据确定好的通信协议，进行接收信息和发送信息，在接收信息后对数据格式进行校验。接收信息后对数据格式校验是根据通信协议仅对数据长度校验，数据有效性校验工作交给主控模块或传感器信号采集处理进行。发送信息按照通信协议对数据处理后，再进行发送工作。通信模块包含两部分。第一部分为与传感器的通信部分，该部分使用RS485串行通信方式实现，通过向传感器发送命令，使传感器返回所测得的数值，并完成对数据有效性校验工作。第一部分仅能在运动模式下进行。第二部分为与主机通信部分，数据有效性校验工作在主控模块完成。该部分使用RS232串行通信方式实现，除了通过键盘输入模块对控制参数进行设定外，本发明还支持通过串行通信方式对参数进行设定。第二部分仅能在参数设定模式下进行。

主控模块与键盘输入模块、运动模块、传感器信号采集处理模块、通信模块。主控模块通过从键盘输入模块传来的数据信息查找所需执行的命令。据从传感器信号采集处理模块传来的有效信息，计算当前所在位置并将位置信息发送到运动模块；将需要发送的数据交由通信模块发送；当在RS232串行通信模式时，还会根据通信协议对数据有效性进行校验。在运动模式下，通过按键选择手动运动模式和自动运动模式。其中在手动运动模式下，通过得到的按键信息人为的控制电机方向，运动距离并将运动方向参数值发送给运动模块；在自动模式下可以通过按键调整控制目标运动距离。根据所设定的运动距离参数值，与当前传感器返回的数值进行比较后，对电机运动速度大小，方向参数进行修改，保存，然后将这些值发送给运动模块。其基本原理是当比较值与预定值相差较大时，使电机快速的接近目标，当两者差值较小时，电机以低度转动。在参数设定模式下，对修改后的参数进行保存。

异常处理模块与显示模块、运动模块相连；异常处理模块，当出现异常时，立刻使电机停止运转，并将异常代码发送给显示模块，由操作者排除异常；异常处理模块包括，限位报警、无效命令异常、参数无效异常等；限位报警包含正、负限位，当限位产生后，则电机不能往该方向运动；无效命令异常产生后，丢弃该命令，并予以提示；参数无效异常产生后，不对该参数进行修改；

传感器信号采集处理模块与主控模块相连，当需向传感器发送命令时，将命令数据交给通信模块进行发送；传感器向通信模块发送反馈消息，当通信模块完成对数据格式校验，会将反馈信息送到本模块。本模块进行数据有效性校验，当数据有效将测得数值发送到主控模块。传感器数据有效性校验工作包括地址匹配校验、指令校验等，只有当所有校验工作符合要求后，才是有效数值。

本发明采用直流电机来对割枪与钢板的距离进行单独控制，因此控制模块可以将对电机的控制转换成对割枪的控制。

命令代码包括：控制目标运动距离、手动模式时转动频率、自动模式时运动距离增量值及电机转动最高频率等。

运动模式包括：手动运动模式和自动运动模式。在手动运动模式下，直接通过按键对电机运动方向进行选择，如果需要改变速度可以通过进入参数设定模式后，修改手动模式时转动频率。在自动运动模式下，系统根据预先设定好的目标运动距离与当前所在位置，控制电机运动。目标运动距离可以通过按键进行调整。

通信协议指：根据与其他模块预先确定的协议进行数据传输。当发生与外界通信时，接收或发送的指令格式为从机地址、指令长度、命令代码、命令代码参数、指令校验码。指令校验码为从机地址、指令长度、命令代码参数进行异或后的值。

本发明系统的具体工作过程为：系统开机后首先进行初始化，检测与外部连接的设备是否出现异常，当有异常，则直接进入异常处理模块；若无异常，系统默认进入工作模式。当通过键盘输入模块上的按键选择自动运动模式时，主控模块比较预先设置的控制目标运动距离及当前从传感器信号采集处理模块得到的实际距离，自动控制电机转速，转向。电机最高转速不超过预先设定的转动最高频率。此外在自动运动模式下，通过组合按键可以调整目标控制运动距离，每按一次，目标距离按照预先设定的运动距离增量值进行调整。当按键选择手动运动模式时，主控模块根据按键确定电机运动方向，电机根据预先设置的手动转速值转动。在工作模式下，当无异常发生时，显示模块时刻显示当前电机所在的位置；若异常发生则进入异常处理模块，只有当异常全部消除后才能继续控制电机。

若操作者通过键盘输入模块选择参数设定模式，此时主控模块令电机停转后，操作者可以通过键盘上的按键确定所需设定的命令代码，并对该代码所对应参数进行修改，保存。

Claims (9)

1、切割装置激光测距调高系统，其特征在于，包括：键盘输入模块、显示模块、运动模块、通信模块、主控模块、传感器信号采集处理模块和异常处理模块，其中：

键盘输入模块与主控模块、显示模块分别相连，键盘输入模块将按键信息发送到主控模块，键盘输入模块将当前按键信息发送到显示模块显示当前的按键信息；键盘输入模块包括运动模式和参数设定模式，在运动模式下，直接将按键信息发送至主控模块；在参数设定模式下，通过按键选择所需设定的命令代码及修改该命令代码所对应的参数值；

显示模块与键盘输入模块、主控模块、异常处理模块分别相连，显示模块显示三种代码，在运动模式下，显示当前电机位置、键盘按键信息；在参数设定模式下，显示需要设定的命令代码及该命令代码所对应的参数值；当发生异常后显示异常代码；显示模块显示键盘输入模块的按键信息，在参数设定模式下，显示需要设定的命令代码及该命令代码所对应的参数值，主控模块将当前电机所在位置发送至显示模块，异常处理模块将异常代码发送至显示模块，显示模块显示异常信息；

运动模块与主控模块、异常处理模块分别相连；运动模块在正常工作时，根据从主控模块发送来的信息控制电机启停、转速及转向；当有信息从异常模块发送过来，则立即使电机停止运转，并将异常代码发送到显示模块；

通信模块与主控模块、传感器信号采集处理模块分别相连，根据确定好的通信协议，进行接收信息或发送信息，并进行数据校验；

主控模块与键盘输入模块、运动模块、传感器信号采集处理模块、通信模块、显示模块分别相连，主控模块通过从键盘输入模块传来的数据信息查找所需执行的命令；主控模块根据从传感器信号采集处理模块传来的有效信息，计算当前所在位置并将该位置信息发送到运动模块，并将需要发送的数据交由通信模块发送；

传感器信号采集处理模块与主控模块、通信模块相连，当需向传感器发送命令时，将命令数据交给通信模块进行发送；传感器会向通信模块发送反馈消息；

异常处理模块与显示模块、运动模块分别相连；异常处理模块包括以下三种功能：限位报警、无效命令异常、参数无效异常。

2、根据权利要求1的切割装置激光测距调高系统，其特征是，所述键盘输入模块包括运动模式和参数设定模式，在运动模式下，直接将按键信息发送至主控模块；在参数设定模式下，通过按键选择所需设定的命令代码及修改该命令代码所对应的参数值。

3、根据权利要求1的切割装置激光测距调高系统，其特征是，所述键盘输入模块提供四个按键的接口，键盘输入模块其中一个按键在运动模式和参数设定模式之间进行切换；在运动模式下，直接将按键信息发送至主控模块；在参数设定模式下，通过按键选择所需设定的命令代码及修改该命令代码所对应的参数值，并将这些数据一方面送入主控模块，为后续的运动模块操作提供参数信息，另一方面对设定、修改的参数进行保存。

4、根据权利要求1或2的切割装置激光测距调高系统，其特征是，所述运动模式包括手动运动模式和自动运动模式，在手动运动模式下，通过得到的按键信息人为的控制电机方向、运动距离，并将运动方向参数值发送给运动模块；在自动运动模式下通过按键调整控制目标运动距离，根据所设定的运动距离参数值，与当前传感器返回的数值进行比较后，对电机运动速度大小、方向参数进行修改、保存，并将修改后的值发送给运动模块。

5、根据权利要求1的切割装置激光测距调高系统，其特征是，所述数据校验包括数据格式校验和数据有效性校验，数据格式校验是由通信模块在接收信息后完成的，通信模块对数据格式校验是根据通信协议仅对数据长度校验；数据有效性校验工作是由主控模块或传感器信号采集处理模块来完成。

6、根据权利要求1的切割装置激光测距调高系统，其特征是，所述通信模块包含两部分，第一部分为与传感器的通信部分，该部分使用RS485串行通信方式实现，通过向传感器发送命令，使传感器返回所测得的数值，并完成对数据有效性校验工作，第一部分仅能在运动模式下进行；第二部分为与主机通信的部分，数据有效性校验是在主控模块完成。

7、根据权利要求1的切割装置激光测距调高系统，其特征是，所述传感器信号采集处理模块进行的数据有效性校验包括地址匹配校验、指令校验，只有当所有校验工作符合要求后，才是有效数值。

8、根据权利要求1的切割装置激光测距调高系统，其特征是，所述在参数设定模式下，通过两种方式实现，第一是通过键盘按键逐个对所需参数进行设定；第二是通过串行通信方式，通过发送一系列命令，对所需要设定的参数进行修改。

9、根据权利要求1的切割装置激光测距调高系统，其特征是，所述通信协议指：根据与其他模块预先确定的协议进行数据传输，当发生与外界通信时，接收或发送的指令格式为从机地址、指令长度、命令代码、命令代码参数、指令校验码，指令校验码为从机地址、指令长度、命令代码参数进行异或后的值。

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