CN108581239B - 一种用于方管激光切割测定偏移和实时刀路补偿的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光切割领域，具体的说是一种用于方管激光切割测定偏移和实时刀路补偿的方法。包括位移传感器装置，所述位移传感器装置由一个方形框和四个位移传感器组成，所述四个位移传感器分别设在方形框的四条边中心处，其特征是包括如下步骤：S1，将位移传感器装置安装在检测工位，然后将待切割管材穿过位移传感器装置；S2，当旋转轴处于为0度相位、90度相位、180度相位或者270度相位时，采集各传感器与矩形管表面的距离，然后将测量结果换算到0度相位的工件偏移量，并将0度相位工件偏移量实时转换到加工过程中的任意角度偏移量；S3，进行实时刀路补偿。本发明同现有技术相比，测量结果较为准确，并且采用了后处理补偿方法，对整个Y轴行程进行实时刀路补偿；具有重复精度较高，测量时间短，实时性高等优良特点。

Description

一种用于方管激光切割测定偏移和实时刀路补偿的方法
技术领域
本发明涉及激光切割领域，具体的说是一种用于方管激光切割测定偏移和实时刀路补偿的方法。
背景技术
高精度的金属管材切割系统要求能够实时精确地测定工件在整个加工行程中每个位置的工件偏移量，并完成刀路补偿。目前较为先进的高精度三维激光切管系统中采用的电容调高器测定工件偏移量，并采用预处理计算补偿方法。这种测定方法缺点是复杂的测定动作，只能对若干点位进行测定，测量的点位很多导致耗时较长，而且每次重新测定需要重新预处理计算。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，设计一种用于方管激光切割测定偏移和实时刀路补偿的方法，其测量结果精确，并采用后处理补偿方法的对整个Y轴行程进行实时刀路补偿。
为实现上述目的，设计一种用于方管激光切割测定偏移和实时刀路补偿的方法，包括位移传感器装置，所述位移传感器装置由一个方形框和四个位移传感器组成，所述四个位移传感器分别设在方形框的四条边中心处，其特征是包括如下步骤：S1，将位移传感器装置安装在检测工位，然后将待切割管材穿过位移传感器装置；S2，当旋转轴处于为0度相位、90度相位、180度相位或者270度相位时，采集各传感器与矩形管表面的距离，然后将测量结果换算到0度相位的工件偏移量，并将0度相位工件偏移量实时转换到加工过程中的任意角度偏移量；S3，进行实时刀路补偿。
所述步骤S1还需要进行位移传感器装置首次安装后的标定，所述首次标定包括如下步骤：S11，通过系统的矫平功能，将宽度为W的标准管矫平；S12，利用位移传感器装置的四个位移传感器测量传感器到标准管对应面的距离A1、B1、C1、D1；S13，标准管旋转180°后，重复步骤S12，测得此时位移传感器距离标准管对应面的距离为A2、B2、C2、D2；S14，标定得到系统的机械旋转中心到传感器a的距离为(A1+A2)/2+ W/2，同理，系统的机械旋转中心到传感器b的距离为(B1+B2)/2+ W/2，系统的机械旋转中心到传感器c的距离为(C1+C2)/2+W/2，系统的机械旋转中心到传感器d的距离为(D1+D2)/2+ W/2。
所述步骤S2中换算到0度相位的工件偏移量的计算方法为：
1）若当前旋转轴为0度相位时： b传感器测得距离为B3， d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，所以，X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2;Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2+W/2-A3]/2- [(C1+C2)/2+W/2- C3]/2；
2）若当前旋转轴为90度相位时：b传感器测得距离为B3， d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，那么90度相位的X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2;同理Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2 + W/2- A3]/2 - [( C1+C2)/2+W/2- C3]/2，换算到0度相位的位置偏差为，X轴方向的偏移为[(A1+A2)/2+W/2-A3]/2- [(C1 +C2)/2+W/2-C3]/2；Z轴方向的偏移为-[(B1+B2)/2+W/2-B3]/2+[(D1+D2)/2+W/2- D3]/2；
3）若当前旋转轴为180度相位时：b传感器测得距离为B3， d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，那么90度相位的X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2；同理Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2 + W/2- A3]/2- [(C1+C2)/2+W/2- C3]/2；则换算到0度相位的位置偏差为，X轴方向的偏移为-[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2+ [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2；Z轴方向的偏移为-[(A1+A2)/2+W/2-A3]/2+[(C1+C2)/2+ W/2 - C3]/2；
4）若当前旋转轴为270度相位时： b传感器测得距离为B3，d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，那么90度相位的X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2; 同理Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2 + W/2- A3]/2- [(C1+C2)/2+W/2- C3]/2，换算到0度相位的位置偏差为：X轴方向的偏移为-[(A1+A2)/2+W/2- A3]/2+ [(C1+C2)/2+W/2-C3]/2；Z轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2。
所述步骤S3中实时刀路补偿的方法为：S31，定义一个向量偏移向量offset=(x，z)，其中x和z为步骤S2采集偏移值换算到0度相位的偏移值；S32，确定加工过程中该向量按旋转轴旋转的角度b，则旋转后的向量为
Figure 607915DEST_PATH_IMAGE002
，即为刀路补偿量，其中X轴的刀路补偿值为
Figure 193617DEST_PATH_IMAGE004
，Z轴的刀路补偿量为
Figure 187243DEST_PATH_IMAGE006
。
本发明同现有技术相比，测量结果较为准确，并且采用了后处理补偿方法，对整个Y轴行程进行实时刀路补偿；具有重复精度较高，测量时间短，实时性高等优良特点。
附图说明
图1为本发明的位移传感器装置的结构示意图。
图2为本发明标定传感器位置的示意图。
具体实施方式
本发明的工作流程如下：
如图1所示是本发明位移传感器装置的结构示意图，位移传感器装置由一个方形框和四个位移传感器组成，所述四个位移传感器分别设在方形框的四条边中心处。
将位移传感器装置安装在检测工位，然后将一根宽度为W的标准管放在位移传感器装置中央，然后对位移传感器装置进行标定。如图2所示，利用位移传感器a、b、c、d四个传感器测量传感器到标准管对应面的距离A1、B1、C1、D1，然后标准管旋转180°后，再次测量传感器到对应面的距离为A2、B2、C2、D2，算得机械旋转中心到传感器a的距离为(A1+A2)/2+W/2, 系统的机械旋转中心到传感器b的距离为(B1+B2)/2+ W/2，系统的机械旋转中心到传感器c的距离为(C1+C2)/2+ W/2，系统的机械旋转中心到传感器d的距离为(D1+D2)/2+ W/2，得到标定值。
当旋转轴处于0度相位、90度相位、180度相位或者270度相位，采集各传感器与矩形管表面的距离，然后将测量结果换算到0度相位的工件偏移量，具体方法如下：
当旋转轴处在0度相位时，b传感器测得距离为B3，d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，所以，X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2;Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2+W/2- A3]/2-[(C1+C2)/2+W/2- C3]/2。
若当前旋转轴为90度相位时：b传感器测得距离为B3， d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，那么90度相位的X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2;同理Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2 + W/2- A3]/2 - [( C1+C2)/2+W/2- C3]/2。换算到0度相位的位置偏差为，X轴方向的偏移为[(A1+A2)/2+W/2-A3]/2- [(C1 +C2)/2+W/2-C3]/2；Z轴方向的偏移为-[(B1+B2)/2+W/2-B3]/2+[(D1+D2)/2+W/2- D3]/2。
若当前旋转轴为180度相位时：b传感器测得距离为B3， d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，那么90度相位的X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2；同理Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2 + W/2- A3]/2- [(C1+C2)/2+W/2- C3]/2；则换算到0度相位的位置偏差为，X轴方向的偏移为-[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2+ [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2；Z轴方向的偏移为-[(A1+A2)/2+W/2-A3]/2+[(C1+C2)/2+ W/2 - C3]/2。
若当前旋转轴为270度相位时： b传感器测得距离为B3，d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，那么90度相位的X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2; 同理Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2 + W/2- A3]/2- [(C1+C2)/2+W/2- C3]/2。换算到0度相位的位置偏差为：X轴方向的偏移为-[(A1+A2)/2+W/2- A3]/2+ [(C1+C2)/2+W/2-C3]/2；Z轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2。
得到了X轴、Z轴的偏移量之后，进行激光切割的实时刀路补偿。首先定义一个向量偏移向量offset=(x，z)，其中x和z分别为X轴、Z轴的偏移量，随后确定加工过程中该向量按旋转轴旋转的角度b，则旋转后的向量为
Figure 225606DEST_PATH_IMAGE002
，通过公式得知X轴的刀路补偿值为
Figure 828626DEST_PATH_IMAGE004
，Z轴的刀路补偿量为
Figure 472097DEST_PATH_IMAGE006
。

Claims (1)

1.一种用于方管激光切割测定偏移和实时刀路补偿的方法，包括位移传感器装置，所述位移传感器装置由一个方形框和四个位移传感器组成，所述四个位移传感器分别设在方形框的四条边中心处，其特征是包括如下步骤：S1，将位移传感器装置安装在检测工位，然后将待切割管材穿过位移传感器装置；S2，当旋转轴处于为0度相位、90度相位、180度相位或者270度相位时，采集各传感器与矩形管表面的距离，然后将测量结果换算到0度相位的工件偏移量，并将0度相位工件偏移量实时转换到加工过程中的任意角度偏移量；S3，进行实时刀路补偿；
所述步骤S1还需要进行位移传感器装置首次安装后的标定，所述首次标定包括如下步骤：S11，通过系统的矫平功能，将宽度为W的标准管矫平；S12，利用位移传感器装置的四个位移传感器测量传感器到标准管对应面的距离A1、B1、C1、D1；S13，标准管旋转180°后，重复步骤S12，测得此时位移传感器距离标准管对应面的距离为A2、B2、C2、D2；S14，标定得到系统的机械旋转中心到传感器a的距离为(A1+A2)/2+ W/2，同理，系统的机械旋转中心到传感器b的距离为(B1+B2)/2+ W/2，系统的机械旋转中心到传感器c的距离为(C1+C2)/2+ W/2，系统的机械旋转中心到传感器d的距离为(D1+D2)/2+ W/2；
所述步骤S2中换算到0度相位的工件偏移量的计算方法为：
若当前旋转轴为0度相位时： b传感器测得距离为B3，d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，所以，X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2;Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2+W/2- A3]/2-[(C1+C2)/2+W/2- C3]/2；
若当前旋转轴为90度相位时：b传感器测得距离为B3， d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，那么90度相位的X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2;同理Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2 + W/2- A3]/2 - [( C1+C2)/2+W/2- C3]/2；换算到0度相位的位置偏差为，X轴方向的偏移为[(A1+A2)/2+W/2-A3]/2- [(C1 +C2)/2+W/2-C3]/2；Z轴方向的偏移为-[(B1+B2)/2+W/2-B3]/2+[(D1+D2)/2+W/2- D3]/2；
若当前旋转轴为180度相位时：b传感器测得距离为B3， d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，那么90度相位的X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2；同理Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2 + W/2- A3]/2- [(C1+C2)/2+W/2- C3]/2；则换算到0度相位的位置偏差为，X轴方向的偏移为-[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2+ [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2；Z轴方向的偏移为-[(A1+A2)/2+W/2-A3]/2+[(C1+C2)/2+ W/2 - C3]/2；
若当前旋转轴为270度相位时： b传感器测得距离为B3，d传感器测得距离为D3，那么当前方管右侧表面距离旋转中心距离为:(B1+B2)/2+W/2- B3，那么90度相位的X轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2; 同理Z轴方向的偏移为[(A1+A2)/2 + W/2- A3]/2- [(C1+C2)/2+W/2- C3]/2；换算到0度相位的位置偏差为：X轴方向的偏移为-[(A1+A2)/2+W/2- A3]/2+ [(C1+C2)/2+W/2-C3]/2；Z轴方向的偏移为[(B1+B2)/2+W/2- B3]/2- [(D1+D2)/2+W/2- D3]/2；
所述步骤S3中实时刀路补偿的方法为：S31，定义一个向量偏移向量offset=(x，z)，其中x和z为步骤S2采集偏移值换算到0度相位的偏移值；S32，确定加工过程中该向量按旋转轴旋转的角度b，则旋转后的向量为
Figure 746960DEST_PATH_IMAGE001
，即为刀路补偿量，其中X轴的刀路补偿值为
Figure 726417DEST_PATH_IMAGE002
，Z轴的刀路补偿量为
Figure 817739DEST_PATH_IMAGE003
。
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