CN109967893B - 一种激光切割补偿方法及激光切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光切割补偿方法及激光切割系统，涉及自动化生产技术领域，该激光切割补偿方法包括：控制激光切割头沿预设倾斜角度运动至型材的斜切面上，检测激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度；根据激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度以及激光切割头与所述斜切面理论接触点的高度计算所述型材的下垂高度；根据所述型材的下垂高度以及激光切割头相较于所述斜切面的倾斜角度计算激光切割的补偿量，并以所述补偿量修正所述激光切割头的切割轨迹。该过程使激光切割头在出光前根据补偿值调整好角度和位置，有效解决了激光坡口切割中因型材下垂引起的路径错位问题。

Description

一种激光切割补偿方法及激光切割系统

技术领域

本发明涉及自动化生产技术领域，尤其涉及一种激光切割补偿方法及激光切割系统。

背景技术

在激光切割加工过程中，对于截面非封闭的型材，如L型型材，其本身的刚性不高，在加工过程中很容易因自身的重力作用而下垂；然而对于型材激光坡口加工来说，激光器的切割头对于坡口的临近两个切面上一般同时有两个加工姿态，一个是切割头与直切面垂直，另一个则是切割头与斜切面非垂直且倾斜一个角度，当型材因自身的重力作用而下垂时，势必导致直切面与斜切面的切割路径错位，从而无法顺利切断型材。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：对于截面非封闭的型材容易因下垂导致无法顺利完成切割作业。

发明内容

为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种激光切割补偿方法及激光切割系统，解决截面非封闭的型材容易因下垂导致无法顺利完成切割作业的问题。

本发明提供了一种激光切割补偿方法，包括：

控制激光切割头沿预设倾斜角度运动至型材的斜切面上，检测激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度；

根据激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度以及激光切割头与所述斜切面理论接触点的高度计算所述型材的下垂高度；

根据所述型材的下垂高度以及激光切割头相较于所述斜切面的倾斜角度计算激光切割的补偿量，并以所述补偿量修正所述激光切割头的切割轨迹。

在某些实施方式中，所述计算所述型材的下垂高度具体包括：

确定激光切割头与所述斜切面实际接触点P₁投影至斜切面理论接触点所在平面上的点X₁，检测所述点P₁所在的高度并与所述激光切割头与所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₁的高度比较，所述点P₁与所述点X₁之间的距离即为所述下垂高度H。

在某些实施方式中，检测所述激光切割头与所述斜切面接触点的实际高度的方式包括：

通过在所述激光切割头上安装高度传感器检测所述激光切割头与所述斜切面接触点的实际高度，和/或通过激光测距传感器直接检测所述激光切割头与所述斜切面接触点的实际高度。

在某些实施方式中，所述根据所述型材的下垂高度以及激光切割头相较于所述斜切面的倾斜角度计算激光切割的补偿量具体包括：

所述激光切割的补偿量包括补偿角度以及补偿距离，令型材的支点为O，激光切割头的切割角度为α，所述补偿角度为γ，理论切割点为P₀，补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点为X₂，则有：

其中所述OP₀为理论切割点P₀到型材的支点O的距离。

在某些实施方式中，所述补偿距离通过如下公式计算获取：

其中，所述OX₂为补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₂到型材的支点O的距离。

本发明提供了一种激光切割系统，应用于上述任一项所述的激光切割补偿方法，包括：

激光切割头，用于输出激光对型材进行切割；

检测模块，用于检测激光切割头与型材的斜切面实际接触点的高度；

处理模块，用于根据激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度以及激光切割头与所述斜切面理论接触点的高度计算所述型材的下垂高度，以及根据所述型材的下垂高度以及激光切割头相较于所述斜切面的倾斜角度计算激光切割的补偿量；

运动控制组件，用于控制所述激光切割头的空间运动，并根据所述激光切割的补偿量修正所述激光切割头的切割轨迹。

在某些实施方式中，所述处理模块用于：

确定激光切割头与所述斜切面实际接触点P₁投影至斜切面理论接触点所在平面上的点X₁，并将检测到的所述点P₁所在的高度以及所述激光切割头与所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₁的高度比较，所述点P₁与所述点X₁之间的距离即为所述下垂高度H。

在某些实施方式中，所述检测模块包括安装在所述激光切割头上的高度传感器和/或激光测距传感器。

在某些实施方式中，所述处理模块根据所述型材的下垂高度以及激光切割头相较于所述斜切面的倾斜角度计算激光切割的补偿量具体包括：

所述激光切割的补偿量包括补偿角度以及补偿距离，令型材的支点为O，激光切割头的切割角度为α，所述补偿角度为γ，理论切割点为P₀，补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点为X₂，则有：

其中所述OP₀为理论切割点P₀到型材的支点O的距离。

在某些实施方式中，所述处理模块获取所述补偿距离的方式具体包括：

其中，所述OX₂为补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₂到型材的支点O的距离。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

本发明实施例通过检测激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度，并与激光切割头与所述斜切面理论接触点的高度比较计算出所述型材的下垂高度，从而确定激光切割的补偿量，并以所述补偿量修正所述激光切割头的切割轨迹，使所述型材能够顺利切断，该过程使激光切割头在出光前根据补偿值调整好角度和位置，有效解决了激光坡口切割中因型材下垂引起的路径错位问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述激光切割补偿方法的流程示意图；

图2为激光切割头分别作用在型材上直切面以及斜切面上的示意图；

图3为型材下垂时切割路径的示意图；

图4为型材补偿量的几何模型计算示意图；

图5为本发明所述激光切割系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1所示，所述激光切割补偿方法包括如下步骤：

S101：控制激光切割头沿预设倾斜角度运动至型材的斜切面上，检测激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度。

S102：根据激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度以及激光切割头与所述斜切面理论接触点的高度计算所述型材的下垂高度。

S103：根据所述型材的下垂高度以及激光切割头相较于所述斜切面的倾斜角度计算激光切割的补偿量，并以所述补偿量修正所述激光切割头的切割轨迹。

分别参阅图2和图3所示，图2为激光切割头分别作用在型材上直切面20以及斜切面10上的示意图，图3为型材下垂时切割路径的示意图，型材正常的切割过程中，激光切割头分别作用在型材上直切面20以及斜切面10上，其切割路径在直切面20以及斜切面10的交接处汇合，若所述型材位置稳定不变，则直切面20以及斜切面10上的两条路径会交汇，此时型材会被正常切断，然而当型材下垂时，若激光切割头不调整角度和位置，斜切面的路径会发生错位，直切面20以及斜切面10上的两条路径因此不会交汇，如图2所示，此时型材没有被顺利切断。

在控制激光切割头沿预设倾斜角度运动至型材的斜切面10后，可以根据检测到的激光切割头与所述斜切面10实际接触点的高度以及激光切割头与所述斜切面10理论接触点的高度计算所述型材的下垂高度，如图4所示，所述计算所述型材的下垂高度通过确定激光切割头与所述斜切面10实际接触点P₁投影至斜切面10理论接触点所在平面上的点X₁，检测所述点P₁所在的高度并与所述激光切割头与所述斜切面10理论接触点所在平面上的点X₁的高度比较，所述点P₁与所述点X₁之间的距离X₁P₁即为所述下垂高度H。

在本发明实施例中，所述激光切割头与所述斜切面10接触点的实际高度的方式包括通过在所述激光切割头上安装高度传感器检测所述激光切割头与所述斜切面10接触点的实际高度，和/或通过激光测距传感器直接检测所述激光切割头与所述斜切面10接触点的实际高度，所述激光测距传感器相较于所述高度传感器的测量精度更高，但所述激光测距传感器的使用需要更高的额外成本，因此，可以根据实际需求自行选择使用哪一种检测方式，在某些实施例中，也可以选择其他的检测方式，本发明实施例对此并无限制。

所述激光切割的补偿量包括补偿角度以及补偿距离，如图4所示，令型材的支点为O，激光切割头的切割角度为α，理论切割角度为β，所述补偿角度为γ，理论切割点为P₀，补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点为X₂，分别以所述点X₂以及点P₁作竖直方向和水平方向的平行线并相交于点Q，其中，所述OP₀为理论切割点P₀到型材的支点O的距离，所述OX₂为补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₂到型材的支点O的距离，则有：

OX₁＝OP₀-X₁P₀＝OP₀-H*cotα (1)

通过所述式(3)可得：

OX₂＝OX₁+X₁X₂ (5)

则通过所述式(1)、(2)、(4)和(5)可得：

因此，在已知型材支点O所在的空间坐标后，通过所述OX₂即可确定补偿点补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₂所在的空间坐标，本发明实施例分别控制所述激光切割头运动至补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₂所在的位置，并转动至补偿角度γ对所述斜切面10进行激光切割加工。

本发明实施例所述的激光切割补偿方法通过检测激光切割头与所述斜切面10实际接触点的高度，并与激光切割头与所述斜切面10理论接触点的高度比较计算出所述型材的下垂高度，从而确定激光切割的补偿量，并以所述补偿量修正所述激光切割头的切割轨迹，使所述型材能够顺利切断，该过程使激光切割头在出光前根据补偿值调整好角度和位置，有效解决了激光坡口切割中因型材下垂引起的路径错位问题。

参阅图5所示，为本发明所述激光切割系统的结构示意图，所述激光切割系统应用于所述的激光切割补偿方法，包括激光切割头1、检测模块2、处理模块3以及运动控制组件4。

所述激光切割头1用于输出激光对型材进行切割。

所述检测模块2用于检测激光切割头1与型材的斜切面10实际接触点的高度；所述检测模块2包括安装在所述激光切割头1上的高度传感器和/或激光测距传感器；所述激光测距传感器相较于所述高度传感器的测量精度更高，但所述激光测距传感器的使用需要更高的额外成本，因此，可以根据实际需求自行选择使用哪一种检测方式，在某些实施例中，也可以选择其他的检测方式，本发明实施例对此并无限制。

如图4所示，所述处理模块3用于根据激光切割头1与所述斜切面10实际接触点的高度以及激光切割头1与所述斜切面10理论接触点的高度计算所述型材的下垂高度，以及根据所述型材的下垂高度以及激光切割头1相较于所述斜切面10的倾斜角度计算激光切割的补偿量；所述处理模块3用于确定激光切割头1与所述斜切面10实际接触点P₁投影至斜切面10理论接触点所在平面上的点X₁，并将检测到的所述点P₁所在的高度以及所述激光切割头1与所述斜切面10理论接触点所在平面上的点X₁的高度比较，所述点P₁与所述点X₁之间的距离即为所述下垂高度H。

所述激光切割的补偿量包括补偿角度以及补偿距离，令型材的支点为O，激光切割头1的切割角度为α，所述补偿角度为γ，理论切割点为P₀，补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点为X₂，则有：

其中所述OP₀为理论切割点P₀到型材的支点O的距离。

其中，所述OX₂为补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₂到型材的支点O的距离。

所述γ以及OX₂的计算过程具体查阅上述激光切割补偿方法的实施例，本发明实施例在此不在赘述。

所述运动控制组件4用于控制所述激光切割头1的空间运动，并根据所述激光切割的补偿量修正所述激光切割头1的切割轨迹；在已知型材支点O所在的空间坐标后，所述处理模块3通过所述OX₂即可确定补偿点补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₂所在的空间坐标，所述运动控制组件4分别控制所述激光切割头1运动至补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₂所在的位置，并转动至补偿角度γ对所述斜切面10进行激光切割加工。

本发明实施例所述的激光切割系统通过检测模块2检测激光切割头1与所述斜切面10实际接触点的高度，处理模块3将其与激光切割头1与所述斜切面10理论接触点的高度比较计算出所述型材的下垂高度，从而确定激光切割的补偿量，并通过所述运动控制组件4以所述补偿量修正所述激光切割头1的切割轨迹，使所述型材能够顺利切断，该过程使激光切割头1在出光前根据补偿值调整好角度和位置，有效解决了激光坡口切割中因型材下垂引起的路径错位问题。

在本发明所提供的上述实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的模块或组件可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或组件显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块或组件来实现本实施例方案的目的。

以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光切割补偿方法，其特征在于，包括：

控制激光切割头沿预设倾斜角度运动至型材的斜切面上，检测激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度；

根据激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度以及激光切割头与所述斜切面理论接触点的高度计算所述型材的下垂高度；

根据所述型材的下垂高度以及激光切割头相较于所述斜切面的倾斜角度计算激光切割的补偿量，并以所述补偿量修正所述激光切割头的切割轨迹；

所述计算所述型材的下垂高度具体包括：

确定激光切割头与所述斜切面实际接触点P₁投影至斜切面理论接触点所在平面上的点X₁，检测所述点P₁所在的高度并与所述激光切割头与所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₁的高度比较，所述点P₁与所述点X₁之间的距离即为所述下垂高度H；

所述根据所述型材的下垂高度以及激光切割头相较于所述斜切面的倾斜角度计算激光切割的补偿量具体包括：

所述激光切割的补偿量包括补偿角度以及补偿距离，令型材的支点为O，激光切割头的切割角度为α，所述补偿角度为γ，理论切割点为P₀，补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点为X₂，则有：

其中，所述OP₀为理论切割点P₀到型材的支点O的距离；

所述补偿距离通过如下公式计算获取：

其中，所述OX₂为补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₂到型材的支点O的距离。

2.根据权利要求1所述的激光切割补偿方法，其特征在于，检测所述激光切割头与所述斜切面接触点的实际高度的方式包括：

通过在所述激光切割头上安装高度传感器检测所述激光切割头与所述斜切面接触点的实际高度，和/或通过激光测距传感器直接检测所述激光切割头与所述斜切面接触点的实际高度。

3.一种激光切割系统，应用于上述权利要求1或2所述的激光切割补偿方法，其特征在于，包括：

激光切割头，用于输出激光对型材进行切割；

检测模块，用于检测激光切割头与型材的斜切面实际接触点的高度；

处理模块，用于根据激光切割头与所述斜切面实际接触点的高度以及激光切割头与所述斜切面理论接触点的高度计算所述型材的下垂高度，以及根据所述型材的下垂高度以及激光切割头相较于所述斜切面的倾斜角度计算激光切割的补偿量；

运动控制组件，用于控制所述激光切割头的空间运动，并根据所述激光切割的补偿量修正所述激光切割头的切割轨迹。

4.根据权利要求3所述的激光切割系统，其特征在于，所述处理模块用于：

确定激光切割头与所述斜切面实际接触点P₁投影至斜切面理论接触点所在平面上的点X₁，并将检测到的所述点P₁所在的高度以及所述激光切割头与所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₁的高度比较，所述点P₁与所述点X₁之间的距离即为所述下垂高度H。

5.根据权利要求4所述的激光切割系统，其特征在于，所述检测模块包括安装在所述激光切割头上的高度传感器和/或激光测距传感器。

6.根据权利要求4所述的激光切割系统，其特征在于，所述处理模块根据所述型材的下垂高度以及激光切割头相较于所述斜切面的倾斜角度计算激光切割的补偿量具体包括：

所述激光切割的补偿量包括补偿角度以及补偿距离，令型材的支点为O，激光切割头的切割角度为α，所述补偿角度为γ，理论切割点为P₀，补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点为X₂，则有：

其中所述OP₀为理论切割点P₀到型材的支点O的距离。

7.根据权利要求6所述的激光切割系统，其特征在于，所述处理模块获取所述补偿距离的方式具体包括：

其中，所述OX₂为补偿后的切割点Q投影至所述斜切面理论接触点所在平面上的点X₂到型材的支点O的距离。

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