CN105589412A - 一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置 - Google Patents

一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105589412A
CN105589412A CN201610030505.1A CN201610030505A CN105589412A CN 105589412 A CN105589412 A CN 105589412A CN 201610030505 A CN201610030505 A CN 201610030505A CN 105589412 A CN105589412 A CN 105589412A
Authority
CN
China
Prior art keywords
height
laser cutting
workpiece
motion control
harvester
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610030505.1A
Other languages
English (en)
Inventor
徐海军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BEIJING RECI LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
BEIJING RECI LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BEIJING RECI LASER TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical BEIJING RECI LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201610030505.1A priority Critical patent/CN105589412A/zh
Publication of CN105589412A publication Critical patent/CN105589412A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/414—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller
    • G05B19/4142—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller characterised by the use of a microprocessor
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/36—Nc in input of data, input key till input tape
    • G05B2219/36199—Laser cutting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明提供一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置，其特征在于：所述的采集装置涉及三部分内容：硬件组成、高度信息采集方法、切割过程补偿方法。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：可用于非金属材料的加工高度调整，预先采集加工材料的高度信息，加工的过程当中可以根据预采集的高度信息和切割头运行轨迹对高度进行补偿，消除或减小了工件加工中容易出现的由于高度变化造成的激光聚焦不良产生的切割不彻底、工件粘连、切缝过宽的问题。

Description

一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置
技术领域
本发明属于数控激光切割系统自动调高控制技术领域，尤其适应激光切割机床加工对高度要求较粗糙的材料，比如：亚克力。
背景技术
激光切割机利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的(如0.1mm左右)切缝，完成对材料的切割。
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。激光切割成形技术在非金属材料领域有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10％～12％，提高功效3倍以上。
激光切割机均采用数控加工系统，可实现极精细的加工轨迹和激光功率实时调节。激光切割机床必须保证激光束聚焦焦点正好落在被切割工件上，但是由于工件表面存在凹凸不平，这将导致激光加工出现加工不良的问题，切缝过宽、切割不彻底、工件粘连等实际加工问题，影响成品率。解决此类问题，系统需增加自动调高器。目前市场激光切割自动调高器大多采用电容检测式，此方法有效解决金属切割过程中高度自动调节问题。但由于依赖电容参数作为反馈值，所以不能用于非金属材料的切割。
发明内容
针对上述所述激光切割调高系统所存在的问题与不足之处，本发明提供一种加工工件表面高度预采集装置，事先采集工件信息，形成工件高度图，在接下来的切割过程中采用采集好的信息对加工高度进行Z轴补偿，实现数控系统精确的切割高度控制。此装置采用接触式电阻式位移传感器采集高度信息，可以用在加工材料为非金属材料，比如：亚克力板、木板。
本发明所述的工件平整度预采集系统包括三部分内容：硬件组成、高度信息采集方法、切割过程补偿方法。
(1)系统硬件组成
工件平整度预采集系统硬件由两大部分组成，一部分为Z轴调高系统，一部分为运动控制卡。两者通过通信相互配合。其中Z轴调高系统为主要硬件设计部分，负责高度信息采集和Z轴电机驱动，为从属执行机构。运动控制卡负责向Z轴调高系统发送高度采集指令和计算补偿值，并发送给Z轴调高系统进行补偿，实现控制中心功能。运动控制卡采用本公司已有产品。
Z轴调高系统由电机驱动部分、工件高度采集部分、信息传输部分组成。运动控制卡仅实现计算和通信，不做具体硬件说明。
Z轴调高系统电机驱动部分采用步进电机和丝杆组成，驱动采用基于矢量控制的三相步进电机细分驱动设计。采用矢量控制电流环响应速度快；速度环可以设置启动速度、加速度、运行速度等，根据不同的负载要求设置对应的参数；位置环采用梯形图运动轨迹，整个阶段由加速过程、匀速过程、减速过程构成，运转平稳。
Z轴调高系统工件高度采集部分采用电阻式位移传感器，位移行程50mm，可以适应大多数材料的切割高度变化，信号采集通过12位模数转换把模拟信号转换为数字信号，然后转换为高度信息。
Z轴调高系统信息传输部分包含两部分：
1.从Z轴调高系统到运动控制卡方向的传输，主要传输信号为装置采集到的高度信息，采用隔离电源供电的N-BUS总线实现采集到的高度信息传送到运动控制卡，N-BUS总线的最高传输速率可以达到1Mbit/s。
2.从运动控制卡到Z轴调高系统方向的传输，主要传输信号为下发到Z轴驱动器装置的高度补偿信号，这里可以采用三种方式传输，第一，采用脉宽调制信号，不同高度的补偿信息转换为相应占空比的脉宽信号发送到Z轴驱动器装置；第二，采用模拟电压信号，不同高度的补偿信息转换为相应大小的模拟电压值信息，传送到Z轴驱动器装置；第三，采用N-BUS总线信号，不同高度信息值通过总线直接把数字信息发送到Z轴驱动器装置。这里采用脉宽调制信号进行实际传输信号。
(2)高度信息采集方法
采集高度信息的过程，根据不同规格尺寸不同平整度的加工材料，设置高度采集点个数，所有高度采集位置均匀的分布在加工材料平面上，欲得到较详细的工件高度信息可以适当增加采集点密度，采集点越多需要运动控制卡处理的高度补偿信息计算量越大，工件切割效果越好。
(3)切割过程补偿方法
系统采集完所需的高度信息后，切割头回到加工原点，开始加工过程，加工过程中运动控制卡根据运行轨迹和高度信息对Z轴调高系统通过脉宽调制信号实时发送高度补偿信息，Z轴进行高度补偿。
此装置工作整体过程描述：进行加工之前，首先进行高度信息采集，运动控制卡通过N-BUS总线发送高度采集指令给Z轴调高系统，Z轴调高系统通过传感器采集完高度信息，通过N-BUS总线反馈给运动控制卡，运动控制卡记录下数据，此过程持续采集完所有需要采集的位置高度；接下来，运动控制卡计算整个加工区域的高度补偿信息；加工的过程中，运动控制卡通过脉宽调制信号把相应位置的高度补偿信息下发给Z轴调高系统，Z轴调高系统进行高度补偿。
附图说明：
图1为本发明的系统硬件整体框图；
图2为本发明的主要硬件Z轴调高系统框图；
图3为本发明Z轴调高系统里电机驱动部分电路框图；
图4为本发明Z轴调高系统里高度采集部分电路框图；
图5为本发明的采集方法说明示意图；
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明书，但不应以此限制本发明的保护范围。
1.系统硬件组成
工件平整度预采集系统硬件由两大部分组成，一部分为Z轴调高系统，一部分为运动控制卡。两者通过通信相互配合，框图结构见图1。其中Z轴调高系统为主要硬件设计部分，负责高度信息采集和Z轴电机驱动，为从属执行机构。运动控制卡负责向Z轴调高系统发送高度采集指令和计算补偿值，并发送给Z轴调高系统进行补偿，实现控制中心功能。
Z轴调高系统由电机驱动部分、工件高度采集部分、信息传输部分组成，结构关系见图2。
Z轴调高系统电机驱动部分采用TI数字信号处理器F2808作为控制核心，所有电机控制SVPWM等由此编写实现；三相电机逆变采用大电流MOSFET管75NF75搭建；电机电流闭环需采集电机相电流，采用双电阻法采集相电流；电机驱动部分还具有温度采集电路、过流保护电路、硬件刹车电路、电压监测电路；具体见图3。
Z轴调高系统工件高度采集部分采用电阻式位移传感器，位移行程50mm。传感器信号处理电路采用差分运算放大器，有效减小共模噪声，放大器输出添加幅值保护电路，确保信号不超过模数转换器的允许范围。模数转换器可以实现微秒级的采集速度，F2808芯片12位的采集分辨率有效保证高度信号的准确可靠。具体见图4。
Z轴调高系统信息传输部分由Z轴驱动器装置到运动控制卡的数据传输，采用自主发明的N-BUS总线实现。N-BUS总线采用隔离电源：5V直流电源，由主设备提供，用于主设备控制系统与N-BUS总线的信号隔离。从设备的控制系统与N-BUS总线是否信号隔离不做强制要求，如果信号隔离，需使用此路电源。
N-BUS总线具有3路输入信号和1路输出信号组成。输入、输出方向均以主设备方向确定。输入信号分别定义为急停信号、暂停信号和其它信号。输出信号功能定义为使能信号。
Z轴调高系统信息传输部分由运动控制卡到Z轴驱动器装置的补偿高度数据传输，采用脉宽调制信号实现，这里规定信号周期，补偿高度0值对应50％的占空比脉宽，正向补偿值和负向补偿值分别对应50％----100％占空比和0％----50％占空比。
2.高度信息采集方法
首先在运动控制卡端设置加工材料的尺寸和欲采集的高度点个数，运动控制卡根据这些信息确定高度点采集坐标。运动控制卡控制安装有位移传感器的切割头移动到第一个采集点，通过N-BUS总线发送采集高度的命令给Z轴调高系统，Z轴调高系统完成采集后把高度信息通过N-BUS总线传送回运动控制卡，控制卡记录下此坐标下高度值，继续移动到相邻另一个采集点，重复操作。直到所有采集点高度信息采集完成。
采集点分布说明：按照材料长度和宽度等距离划分，以方格形式采集。图5显示了具体的采集方法。
3.切割过程补偿方法
切割过程中，运动控制卡根据相邻4个采集点的高度信息计算在此区域内切割轨迹的高度补偿信息，切割头在沿轨迹进行切割过程中，运动控制卡实时通过脉宽信号发送补偿信息到Z轴调高系统，Z轴立刻进行高度跟随补偿。整个切割过程高度都会自动根据预存的高度信息进行自动调整。

Claims (8)

1.一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置，其特征在于：工件平整度预采集装置包括Z轴调高系统和运动控制卡，两者通过通信相互配合；其中Z轴调高系统负责高度信息采集和Z轴电机驱动，运动控制卡负责向Z轴调高系统发送高度采集指令和计算补偿值，并发送给Z轴调高系统进行补偿；Z轴调高系统由电机驱动部分、工件高度采集部分、信息传输部分组成；
其中，采集高度信息的过程为：设置高度采集点个数，所有高度采集位置均匀的分布在加工材料平面上；系统采集完所需的高度信息后，切割头回到加工原点，开始加工过程，加工过程中运动控制卡根据运行轨迹和高度信息对Z轴调高系统通过脉宽调制信号实时发送高度补偿信息，Z轴进行高度补偿。
2.根据权利要求1所述的用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置，其特征在于：被加工材料的高度信息是预先采集记录，通过N-BUS总线传送给运动控制卡。
3.根据权利要求1所述的用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置，其特征在于：运动控制卡根据采集的离散高度值，计算在相邻4个采集点构成的区域内的高度补偿信息。
4.根据权利要求1所述的用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置，其特征在于：系统可以根据被加工材料的平整度和尺寸信息，设定采集点间隔，适当调整采集密度。
5.根据权利要求1所述的用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置，其特征在于：所采集的高度信息通过N-BUS总线，以1Mbit/s的速率传送给运动控制卡。
6.根据权利要求1所述的用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置，其特征在于：在工件加工过程当中，运动控制卡在当前位置的高度补偿信息通过脉宽调制信号传输/模拟电压信号传输/N-BUS总线传输的方式下发给Z轴调高系统，进行高度调整。
7.根据权利要求1所述的用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置，其特征在于：系统高度传感器采用电阻式线性位移传感器。
8.根据权利要求1所述的用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置，其特征在于：Z轴调高系统电机驱动采用矢量控制算法的细分驱动。
CN201610030505.1A 2016-01-15 2016-01-15 一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置 Pending CN105589412A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610030505.1A CN105589412A (zh) 2016-01-15 2016-01-15 一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610030505.1A CN105589412A (zh) 2016-01-15 2016-01-15 一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105589412A true CN105589412A (zh) 2016-05-18

Family

ID=55929072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610030505.1A Pending CN105589412A (zh) 2016-01-15 2016-01-15 一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105589412A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017120698A1 (zh) * 2016-01-15 2017-07-20 徐海军 一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置
CN107598384A (zh) * 2017-09-28 2018-01-19 惠州市洛玛科技有限公司 激光打标机及打标方法
CN109530939A (zh) * 2018-12-28 2019-03-29 北京中科镭特电子有限公司 一种激光加工晶圆的方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1762668A (zh) * 2004-10-18 2006-04-26 三发机电有限公司 划线器
CN102980551A (zh) * 2012-12-05 2013-03-20 杭州鼎热科技有限公司 一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统
CN202975534U (zh) * 2012-12-28 2013-06-05 京东方科技集团股份有限公司 针脚平整度检测装置
EP2624087A1 (en) * 2012-02-06 2013-08-07 National Formosa University Method of numerical-control scraping of a work piece
CN204545999U (zh) * 2015-01-16 2015-08-12 潘宇强 具有平整度测量的掩模板的切割夹具

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1762668A (zh) * 2004-10-18 2006-04-26 三发机电有限公司 划线器
EP2624087A1 (en) * 2012-02-06 2013-08-07 National Formosa University Method of numerical-control scraping of a work piece
CN102980551A (zh) * 2012-12-05 2013-03-20 杭州鼎热科技有限公司 一种基于激光超声融合扫描的无线定位平整度检测系统
CN202975534U (zh) * 2012-12-28 2013-06-05 京东方科技集团股份有限公司 针脚平整度检测装置
CN204545999U (zh) * 2015-01-16 2015-08-12 潘宇强 具有平整度测量的掩模板的切割夹具

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017120698A1 (zh) * 2016-01-15 2017-07-20 徐海军 一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置
CN107598384A (zh) * 2017-09-28 2018-01-19 惠州市洛玛科技有限公司 激光打标机及打标方法
CN109530939A (zh) * 2018-12-28 2019-03-29 北京中科镭特电子有限公司 一种激光加工晶圆的方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105589412A (zh) 一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置
CN102528288B (zh) 一种数字式闭环控制电容调高系统的方法
CN102629122B (zh) 一种大行程高速双重驱动纳米定位系统
CN104493332B (zh) 一种基于电弧摆动自调节传感机构的焊缝跟踪控制方法
CN105290548B (zh) 多轴联动超声调制微细电解加工系统
CN102166685B (zh) 一种三坐标振镜扫描式激光加工头
CN103252680A (zh) 一种铣削加工颤振主动控制系统及其方法
CN101751002A (zh) 一种用于大型数控机床的温度补偿系统及补偿方法
CN102139459A (zh) 一种用于微纳米级切削加工的刀具伺服补偿驱动装置
CN103963033A (zh) 基于应力刚化原理的刚度频率可调一维微动平台
CN102672540B (zh) 一种基于dsp航空薄壁盘类件表面形貌测量与夹具加工系统
WO2017120698A1 (zh) 一种用于数控激光切割系统的工件平整度预采集装置
CN110000611B (zh) 具备切削力在线感知功能的快刀伺服装置的控制方法
CN208513650U (zh) 一种中心高可调的精密超声车削装置
CN202114396U (zh) 一种三坐标振镜扫描式激光加工头
CN201936164U (zh) 一种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制装置
CN111843190A (zh) 激光加工设备和激光加工设备的校准方法
CN202114562U (zh) 端面磨床磨削砂轮自动补正控制系统
CN103846731A (zh) 数控立式车床控制系统
CN113495527B (zh) 一种快-慢速刀具伺服主-从协同切削方法
CN213629141U (zh) 一种数字式伺服比例阀控制器
CN111380467B (zh) 一种激光位移传感器自校准方法
CN109530938B (zh) 一种激光加工晶圆的方法及系统
CN202006340U (zh) 用于大幅面金属薄板切割的龙门式激光切割机
CN207267248U (zh) 基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Li Xiaofeng

Document name: Notice of the First Examination Opinion

DD01 Delivery of document by public notice
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Li Xiaofeng

Document name: Deemed withdrawal notice

DD01 Delivery of document by public notice
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160518

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication