CN107717219A - 五轴三维激光切割机rtcp精度误差补偿方法 - Google Patents

五轴三维激光切割机rtcp精度误差补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法，包括如下步骤：步骤1，固定检验平板；步骤2，执行切割程序，使激光束在检验平板上形成第一检验孔；步骤3，旋转切割机的A/C轴；步骤4，执行切割程序，使激光束在检验平板上形成第二检验孔；步骤5，获取第一检验孔与第二检验孔的孔心在X/Y轴方向上的间距，间距值的一半即为补偿值；步骤6，重复步骤2至步骤5，直至第一检验孔和第二检验孔的孔心的距离达到精度要求。本发明的有益效果如下：1、填补了五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法的空白，简便快速保证了五轴联动激光切割的加工精度；2、为其他五轴联动激光加工(激光焊接、激光雕刻、激光清洗等)精度控制提供了一种有效可行的借鉴方法。

Description

五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法
技术领域
本发明涉及一种三维激光切割机精度控制方法，更具体地，涉及一种五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法。
背景技术
激光切割是一种高能束流加工技术，相比于传统机械刀具切割和其他热切割方法具有以下优点：(1)切割质量好：切口宽度窄、热影响区小、切口光洁；(2)柔性高：可切割任意三维空间形状；(3)非接触式切割：不接触工件，不受切削力影响，消除机械加工的不利影响，且不存在工具的磨损；(4)切割速度快，加工效率高；(5)切割材料广泛：金属、复合材料、陶瓷、石英、木材及纤维等。在诸多优势支撑下，激光切割迅速广泛应用于航空航天、汽车制造、钣金加工、电子等行业，市场前景广阔。
随着激光切割技术与装备制造业的不断发展，三维激光切割加工设备相继推出，而五轴三维激光切割机则是其中的典型代表。该类型与机械加工五轴龙门式数控机床结构基本一致，在3个移动轴和2个旋转轴联动下实现三维激光加工。由于旋转轴运动的引入使得机床各轴运动合成的实际刀位点轨迹偏离编程刀位点轨迹，该偏差称为非线性运动误差。RTCP(绕刀具中心点旋转)功能可以实时补偿直线轴非线性运动误差，因此RTCP精度是衡量五轴机床动态特性的重要指标。2个旋转轴为A轴、C轴组合或者B轴、C轴组合。
误差补偿是指依据机床现有的几何误差，通过数控系统相应地在误差负方向设置补偿量进行抵消修正误差的过程。该方法检测便利，耗费成本低。机械加工五轴机床RTCP精度误差补偿采用“标准检查棒+千分表”组合工具检测，其应用形式为将标准检查棒代替刀具安装在主轴上，在不同旋转轴角度下触碰千分表计量误差。然而三维激光切割机旋转轴直接配装切割头，结构形式上不存在主轴，也并无配备与切割头相同外形尺寸的“切割头检棒”。显然，传统五轴机床RTCP精度误差补偿检测方法不适用三维激光切割机。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种克服三维激光切割机因结构限制而不能应用传统五轴机床RTCP精度误差补偿检测方法的局限的五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法，包括如下步骤：
步骤1，固定检验平板；
步骤2，执行切割程序，使激光束在检验平板上形成第一检验孔；
步骤3，旋转切割机的C轴；
步骤4，执行切割程序，使激光束在检验平板上形成第二检验孔；
步骤5，获取第一检验孔与第二检验孔的孔心在X轴方向上的间距，间距值的一半即为补偿值；
步骤6，重复步骤2至步骤5，直至第一检验孔和第二检验孔的孔心的距离达到精度要求。
优选地，步骤1包括：
步骤1.1，将检验平板固定在切割机内的工装上；
步骤1.2，调节检验平板，使检验平板的长、宽和高分别平行于切割机的X轴、Y轴和Z轴。
优选地，步骤3中，C轴的旋转角度为180°。
一种五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法，包括如下步骤：
步骤1，固定检验平板；
步骤2，执行切割程序，使激光束在检验平板上形成第一检验孔；
步骤3，旋转切割机的C轴和A轴；
步骤4，执行切割程序，使激光束在检验平板上形成第二检验孔；
步骤5，获取第一检验孔与第二检验孔的孔心在Y轴方向上的间距，间距值的一半即为补偿值；
步骤6，重复步骤2至步骤5，直至第一检验孔和第二检验孔的孔心的距离达到精度要求。
优选地，步骤1包括：
步骤1.1，将检验平板固定在切割机内的工装上；
步骤1.2，调节检验平板，使检验平板的长、宽和高分别平行于切割机的X轴、Y轴和Z轴。
优选地，步骤3中，A轴的旋转角度为5°～30°。
优选地，步骤3中，C轴的旋转角度为180°。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1、填补了五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法的空白，简便快速保证了五轴联动激光切割的加工精度；2、为其他五轴联动激光加工(激光焊接、激光雕刻、激光清洗等)精度控制提供了一种有效可行的借鉴方法。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法的切割机结构示意图；
图2为本发明五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法实施例一示意图一；
图3为本发明五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法实施例一示意图二；
图4为本发明五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法实施例二示意图。
图中：
1-C轴 2-A轴 3-检验平板
4-第一检验孔 5-第二检验孔
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法采用激光束照射平板形成检验孔的方法表征出激光束光轴在XY平面的相交点，并在A/C轴旋转变换下激光束照射形成的两检验孔在X/Y方向产生了一定间距，该间距相对应地表征出激光束光轴轴线与A轴旋转轴线在同一平面内的相交度或者激光束光轴轴线在垂直于水平位置与C轴旋转轴线的重合度，进而重复出光测量间距补偿直至该两项RTCP精度因素满足精度要求。
实施例一
本实施方式针对RTCP精度因素之激光束光轴轴线在垂直于水平位置与C轴旋转轴线的重合度。结合图2～图3，本实施方式的一种五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法按如下所述进行：
步骤一：将检验平板3定位固定在切割机内的工装上。检验平板3长、宽、高分别平行于切割机的X轴、Y轴、Z轴。检验平板3长、宽、高尺寸满足本实施方式中激光有效照射平板并形成圆心检验孔(凹孔)的应用要求；
步骤二：设置切割头工艺参数，工艺参数参照激光照射检验平板3形成圆形检验孔的各项工艺参数值。将A、C轴回零，此时A轴角度值为0°，C轴角度值为0°，切割机开启RTCP功能；
步骤三：执行激光发射程序，激光束照射平板形成第一检验孔4；
步骤四：A轴角度值不变，C轴旋转至180°，再次执行激光发射程序，激光束照射平板形成第二检验孔5；
步骤五：测量两检验孔孔心在X方向上的距离ΔX1，再将ΔX1值的一半作为光轴轴线与C轴旋转轴线的重合度误差在X方向上投影值，同时也作为补偿量输入至控制系统指定变量参数中；
步骤六：将检验平板3沿Y方向平移一定距离，移动距离大于检验孔直径2倍以上，再次定位固定。长、宽、高分别平行于切割机的X轴、Y轴、Z轴。
步骤七：再次将A、C轴回零，重复步骤二至六，直至距离ΔX1满足五轴联动激光切割精度要求为止；
步骤八：将A轴回零，C轴旋转至90°，开启RTCP功能，执行激光发射程序，激光束照射平板形成第一检验孔4；
步骤九：A轴角度值不变，C轴旋转至270°，再次执行激光发射程序，激光束照射平板形成第二检验孔5；
步骤十：测量两检验孔孔心在X方向上的距离ΔX2，再将ΔX2值的一半作为光轴轴线与C轴旋转轴线的重合度误差在Y方向上投影值，同时也作为补偿量输入至控制系统指定变量参数中；
步骤十一：将检验平板3沿X方向平移一定距离，移动距离大于检验孔直径2倍以上，再次定位固定。长、宽、高分别平行于切割机的X轴、Y轴、Z轴。
步骤十二：重复步骤八至十一，直至距离ΔX2满足五轴联动激光切割精度要求为止。
实施例二
本实施方式针对RTCP精度因素之激光束光轴轴线与A轴旋转轴线在同一平面内的相交度。结合图4，本实施方式的一种五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法按如下所述进行：
步骤一：将检验平板3定位固定在切割机内的工装上。平板长、宽、高分别平行于切割机的X轴、Y轴、Z轴。检验平板3长、宽、高尺寸满足本实施方式中激光有效照射检验平板3并形成圆心检验孔的应用要求；
步骤二：设置切割头工艺参数，工艺参数参照激光照射检验平板3形成圆形检验孔的各项工艺参数值。将C轴回零，A轴旋转至角度值α(α值范围介于5°～30°)，切割机开启RTCP功能；
步骤三：执行激光发射程序，激光束照射检验平板3形成第一检验孔4；
步骤四：将C轴旋转至180°，同时A轴旋转至角度值为-α，再次执行激光发射程序，激光束照射检验平板3形成第二检验孔5；
步骤五：测量两检验孔孔心在Y方向上的距离ΔY，再将ΔY值的一半作为光轴轴线与A轴旋转轴线相交度的误差补偿量，输入至控制系统指定变量参数中；
步骤六：将检验平板3沿Y方向平移一定距离，距离大于检验孔直径2倍以上，再次定位固定。长、宽、高分别平行于切割机的X轴、Y轴、Z轴。
步骤七：重复步骤二至六，A轴角度α保持数值不变，直至距离ΔY满足五轴联动激光切割精度要求为止。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，固定检验平板；
步骤2，执行切割程序，使激光束在检验平板上形成第一检验孔；
步骤3，旋转切割机的C轴；
步骤4，执行切割程序，使激光束在检验平板上形成第二检验孔；
步骤5，获取第一检验孔与第二检验孔的孔心在X轴方向上的间距，间距值的一半即为补偿值；
步骤6，重复步骤2至步骤5，直至第一检验孔和第二检验孔的孔心的距离达到精度要求。
2.根据权利要求1所述的五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法，其特征在于，步骤1包括：
步骤1.1，将检验平板固定在切割机内的工装上；
步骤1.2，调节检验平板，使检验平板的长、宽和高分别平行于切割机的X轴、Y轴和Z轴。
3.根据权利要求1所述的五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法，其特征在于，步骤3中，C轴的旋转角度为180°。
4.一种五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，固定检验平板；
步骤2，执行切割程序，使激光束在检验平板上形成第一检验孔；
步骤3，旋转切割机的C轴和A轴；
步骤4，执行切割程序，使激光束在检验平板上形成第二检验孔；
步骤5，获取第一检验孔与第二检验孔的孔心在Y轴方向上的间距，间距值的一半即为补偿值；
步骤6，重复步骤2至步骤5，直至第一检验孔和第二检验孔的孔心的距离达到精度要求。
5.根据权利要求4所述的五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法，其特征在于，步骤1包括：
步骤1.1，将检验平板固定在切割机内的工装上；
步骤1.2，调节检验平板，使检验平板的长、宽和高分别平行于切割机的X轴、Y轴和Z轴。
6.根据权利要求4所述的五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法，其特征在于，步骤3中，A轴的旋转角度为5°～30°。
7.根据权利要求4所述的五轴三维激光切割机RTCP精度误差补偿方法，其特征在于，步骤3中，C轴的旋转角度为180°。
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