CN109530944B - 一种异形筒形零件激光切割精确定位系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异形筒形零件激光切割精确定位系统及方法。该系统包括激光位移传感器、摄像头、计算机、激光切割头、测量标志模块，所述计算机接收激光位移传感器、摄像头的信号，该方法，可实现三维空间快速精确定位；同时通过计算，可以提升对点的精度，也可大大提升其效率；其次每个零件只需装配一次，完成所有面的加工，从而避免多次装配带来的轨迹误差，可以提升图像的辨识度，避免强光对图像干扰。提高识别精度。

Description

一种异形筒形零件激光切割精确定位系统及方法
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域，具体地说是一种异形筒形零件激光切割精确定位系统及方法。
背景技术
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射处的材料迅即熔化，气化、烧蚀或达到燃点，同时借与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现割开工件的一种热切割方法。激光切割技术由于其切割速度快，热影响区小，工件变形小、光束无惯性，可实行高速切削、切缝边缘垂直度好等优势，已经在工件切割领域中得到了广泛的应用，其已经成为各种金属、非金属零件加工的常用手段之一。
采用激光切割/焊接技术进行大型薄壁异形筒类零件的制造具有明显的优势，目前正在大量推广使用。该类零件关键特征是，需要进行多次的翻转(或变换角度)才能完成切割零件，且由于异形且大型，难以采用常规的旋转类零件加工方法。现有的激光切割方法是，采用与零件一致的可以旋转或翻转的型面支撑结构的工装，切割轨迹采用划线器预先划好，再对线切割，这种方法具有两个缺点，一是由于采用划线器划线具有一定的误差，且在对线切割时也有误差，精度比较低；二是对于对面焊接边的切割需要多次装配，带来误差。
因此，采用现有的激光切割技术，需要解决如下几个难题：第一，空间精确定位；在多次翻转下，需要能够快速准确对零件在现有机床坐标系中进行准确定位，将定位测量值输入到工装和零件的三维数模中，定位并转化为新的轨迹进行切割。第二，目前利用切割头同轴的激光指示光进行定位，还存在一个可达性问题；第三，采用同轴对点，虽然使用摄像头，但是由于没有计算值，需要多次调整才能到位。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有激光切割大型异形筒形零件技术中，采用旋转(或翻转)工装存在的多次旋转(或翻转)中无法精确三维定位，且需要多次重新装配零件带来的误差等问题，提供一种提高激光切割大型异形筒形零件三维快速和精度定位系统和方法。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种异形筒形零件激光切割精确定位系统，包括激光位移传感器、摄像头、计算机、激光切割头、测量标志模块，所述计算机接收激光位移传感器、摄像头的信号，所述激光位移传感器和摄像头安装于激光切割头上，所述测量标志模块为六面体形，数量为三个以上，每个测量标志模块的五个面有十字形测量标志，另一个面为用于安装在工装上的工作面。
作为优选，所述激光位移传感器和摄像头安装于激光切割头上主轴旁的安装固定模块上。
作为优选，所述测量标志模块的数量为4个。
一种异形筒形零件激光切割精确定位方法，包括如下步骤：
步骤1：在工装出厂前安装测量标志模块，并对这些模块在三坐标测量机上进行标定，统一进入工装三维数模中；
步骤2：通过安装固定模块，将激光位移传感器、摄像头安装到已有激光切割头上，安装要求是激光位移传感器输出激光束与机床Z轴同轴，与切割激光在机床X轴或Y轴上同轴，在Y轴或X轴上根据安装的可操作性进行固定距离的安装；
步骤3：对安装好的激光位移传感器、摄像头进行位置标定，确定其与切割激光束的相对位置，包括激光位移传感器位移读数与切割焦点的Z轴差值，激光位移传感器激光束与切割激光束在Y轴或X轴上的差值，记录这些值进入图像分析算法中；
步骤4：将激光位移传感器、摄像头连接到计算机；根据工作目标确定图像分析算法；
步骤5：激光位移传感器的光点作为定位指示点，调整到十字形测量标志附近，按照位移量将Z轴调整到固定位置，通过图像计算出到十字形测量标志中心需要调整的X轴、Y轴的值；
步骤6：按照计算出的X轴、Y轴需要偏移量，移动激光切割头到位，按照移动后位置点的位移量精确移动Z轴到固定位置，再通过图像计算出到十字中心需要精确调整的X轴、Y轴的值；
步骤7：按照计算出的X轴、Y轴需要偏移量，移动激光切割头到位；
步骤8：将定位测量值输入到工装和零件的三维数模中，定位并转化为新的轨迹进行切割。
本发明技术方案的有益效果如下：
第一，采用该方法，可实现三维空间快速精确定位；同时通过计算，可以提升对点的精度，也可大大提升其效率；其次每个零件只需装配一次，完成所有面的加工，从而避免多次装配带来的轨迹误差。
第二，利用激光位移传感器的结构和光特性，扩展或解决由于激光切割头体积所造成的测量基准的可达性问题。
第三，六面体的专用测量标志模块，测量标志的十字叉采用专门的激光位移传感器的激光波长吸收材料，可以提升图像的辨识度，避免强光对图像干扰。提高识别精度。
附图说明
图1是本发明一种异形筒形零件激光切割精确定位系统及方法的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作以详细说明。
如图1所示，本发明一种异形筒形零件激光切割精确定位系统，包括激光位移传感器1、摄像头2、计算机4、激光切割头5、测量标志模块6，所述计算机4接收激光位移传感器1、摄像头2的信号，所述激光位移传感器1和摄像头2安装于激光切割头5上，所述测量标志模块6为六面体形，每个测量标志模块6的五个面有十字形测量标志，另一个面为用于安装在工装上的工作面。所述测量标志模块6的数量根据零件和工装大小而定，至少三个以上，通常选4个。
作为优选，所述激光位移传感器1和摄像头2安装于激光切割头5上主轴旁的安装固定模块3上。
上述系统中所述激光位移传感器1、摄像头2与计算机4之间的信号连接属于现有技术，此处不再详述。
一种异形筒形零件激光切割精确定位方法，利用上述系统进行定位，包括如下步骤：
步骤1：在工装出厂前安装测量标志模块，并对这些模块在三坐标测量机上进行标定，统一进入工装三维数模中；
步骤2：通过安装固定模块3，将激光位移传感器1、摄像头2安装到已有激光切割头5上，安装要求是激光位移传感器1输出激光束与机床Z轴同轴，与切割激光在机床X(或Y轴)上同轴，在Y轴(或X轴)上根据安装的可操作性进行固定距离的安装；
步骤3：对安装好的激光位移传感器1、摄像头2进行位置标定，确定其与切割激光束的相对位置，包括激光位移传感器1位移读数与切割焦点的Z轴差值，激光位移传感器激光束与切割激光束在Y轴(或X轴)上的差值，记录这些值进入图像分析算法中；
步骤4：将激光位移传感器1、摄像头2连接到计算机；根据工作目标确定图像分析算法；该算法属于本领域的通用技术，算法本身并不是本发明创造性的重点，此处不再详述。
步骤5：激光位移传感器1的光点作为定位指示点，调整到十字形测量标志附近，按照位移量将Z轴调整到固定位置，通过图像计算出到十字形测量标志中心需要调整的X轴、Y轴的值；
步骤6：按照计算出的X轴、Y轴需要偏移量，移动激光切割头5到位，按照移动后位置点的位移量精确移动Z轴到固定位置，再通过图像计算出到十字中心需要精确调整的X轴、Y轴的值；
步骤7：按照计算出的X轴、Y轴需要偏移量，移动激光切割头5到位；
步骤8：将定位测量值输入到工装和零件的三维数模中，定位并转化为新的轨迹进行切割。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种异形筒形零件激光切割精确定位方法，其特征在于采用一种异形筒形零件激光切割精确定位系统进行定位，
所述异形筒形零件激光切割精确定位系统包括激光位移传感器、摄像头、计算机、激光切割头、测量标志模块，所述计算机接收激光位移传感器、摄像头的信号，所述激光位移传感器和摄像头安装于激光切割头上，所述测量标志模块为六面体形，数量为三个以上，每个测量标志模块的五个面有十字形测量标志，另一个面为用于安装在工装上的工作面，所述激光位移传感器和摄像头安装于激光切割头上主轴旁的安装固定模块上；
所述异形筒形零件激光切割精确定位方法，包括如下步骤：
步骤1：在工装出厂前安装测量标志模块，并对这些模块在三坐标测量机上进行标定，统一进入工装三维数模中；
步骤2：通过安装固定模块，将激光位移传感器、摄像头安装到已有激光切割头上，安装要求是激光位移传感器输出激光束与机床Z轴平行，与切割激光在机床Ｘ轴或Ｙ轴上同坐标，当激光位移传感器与切割激光在Ｘ轴上同坐标时，则在Ｙ轴上根据安装的可操作性进行固定距离的安装，当激光位移传感器与切割激光在Ｙ轴上同坐标时，则在Ｘ轴上根据安装的可操作性进行固定距离的安装；
步骤３：对安装好的激光位移传感器、摄像头进行位置标定，确定其与切割激光束的相对位置，包括激光位移传感器位移读数与切割焦点的Ｚ轴差值，激光位移传感器激光束与切割激光束在Ｙ轴或X轴上的差值，记录这些值进入图像分析算法中；
步骤４：将激光位移传感器、摄像头连接到计算机；根据工作目标确定图像分析算法；
步骤５：激光位移传感器的光点作为定位指示点，调整到十字形测量标志附近，按照位移量将Z轴调整到固定位置，通过图像计算出到十字形测量标志中心需要调整的X轴、Y轴的值；
步骤６：按照计算出的X轴、Y轴需要偏移量，移动激光切割头到位，按照移动后位置点的位移量精确移动Ｚ轴到固定位置，再通过图像计算出到十字中心需要精确调整的X轴、Y轴的值；
步骤７：按照计算出的X轴、Y轴需要偏移量，移动激光切割头到位；
步骤８：将定位测量值输入到工装和零件的三维数模中，定位并转化为新的轨迹进行切割。
2.根据权利要求1所述异形筒形零件激光切割精确定位方法，其特征在于：所述测量标志模块的数量为四个。
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