CN110421269A - 一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光切割技术领域，具体地说是一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法。一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法，包括可以转动的摆轴、电容式调高器、编码器。同现有技术相比，提供一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法，利用电容式调高器测定摆轴在4个特定角度下的跟随高度，矫正了摆轴与底部平面的垂直度；在摆轴与底部平面完全垂直的基础上，通过编码器在不同的摆角处进行跟随，获取跟随高度，可以进一步计算得到摆轴的真实长度，用于带摆轴的机械进行精密切割。

Description

一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域，具体地说是一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法。
背景技术
在带摆轴的激光切割运动控制领域，能够在平面或者管材上进行高精度加工的必要条件有两个：一是摆轴长度需要保证准确，二是摆轴在回中时需要与底部的平面保持垂直。当摆轴长度不准时，容易造成切割图形的内缩或者外扩；而当摆轴回中时与底部平面不垂直时，将会导致切割面的角度不准。为了让这一类机型能够快速精确地按照原图形切割，操作工需要通过各种手段来精确测量这两个值。通常，摆轴长度可以通过高精度的测量仪器，如游标卡尺，来进行测量，但是人工操作往往精度有限，当摆头进行调整后又需要重新测量，相当耗费人力和时间，并不实用；摆轴与底部平面的垂直度因为没有比较好的测量方法，往往需要通过人肉眼来判断垂直关系，垂直度完全没有保证。为了能够提高带摆轴机型的切割精度，本专利提供了一个不需要人工干预，可以准确、自动地获取摆轴长度和与底面的垂直度的标定方法。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法，利用电容式调高器测定摆轴在4个特定角度下的跟随高度，矫正了摆轴与底部平面的垂直度；在摆轴与底部平面完全垂直的基础上，通过编码器在不同的摆角处进行跟随，获取跟随高度，可以进一步计算得到摆轴的真实长度，用于带摆轴的机械进行精密切割。
为实现上述目的，设计一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法，包括可以转动的摆轴、电容式调高器、编码器，其特征在于：
测定摆轴垂直度的方法如下：
（11）在金属平面位于摆轴正下方的前提下，将激光切割头转到竖直位置附近，确保激光切割头指向与竖直方向的角度偏差在 5°以内，并且该角度为θa；
（12）将电容式调高器上抬到安全位置，控制摆轴逆时针转动 θr 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离 H1,1；
（13）将摆轴顺时针转动 2θr 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离 H1,2；
（14）将摆轴恢复到步骤（11）的位置，将电容式调高器上抬到安全位置，控制摆轴顺时针转动θb 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离H2,1；
（15）将摆轴顺时针转动2θb角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离 H2,2；
（16）根据四个跟随高度H1,1 、H1,2 、H2,1 和H2,2 计算获得摆轴在步骤（11）时的最原始位置的夹角θa，，其中，；
（17）计算得出夹角θa的数值后，将该角度补偿到摆轴坐标系中，若θa为正数，则摆轴顺时针旋转θa角度，若θa为负数，则摆轴逆时针旋转θa角度；
测定摆轴长度的方法如下：
（21）当摆轴根据步骤（11）至（17）调整到竖直状态后，电容式调高器跟随，获取一个最大的跟随高度 Hmax；
（22）选定一组从小到大的角度，并逆时针旋转摆轴θ1、θ2、…、θN，其中 N ≥ 2；
（23）摆轴在逆时针旋转的同时，摆轴上的编码器跟随摆轴，并获得摆轴在角度 θi 时，摆轴顶部距离摆轴底部的Z轴坐标值Hi；
（24）根据步骤（22）及步骤（23）获得N 个跟随Z轴坐标值H1、H2、…、HN；
（25）根据不同角度下的跟随Z轴坐标值 H1、H2、…、HN 即可计算出摆轴长度 L，。
所述的摆轴的顶部固定在可以上下移动的Z轴上，并且摆轴在Y0Z平面做圆弧摆动，摆轴逆时针转动为正，摆轴顺时针转动为负；位于摆轴底部一侧连接激光切割头，激光切割头上连接电容式调高器；位于摆轴的顶部连接编码器。
本发明同现有技术相比，提供一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法，利用电容式调高器测定摆轴在4个特定角度下的跟随高度，矫正了摆轴与底部平面的垂直度；在摆轴与底部平面完全垂直的基础上，通过编码器在不同的摆角处进行跟随，获取跟随高度，可以进一步计算得到摆轴的真实长度，用于带摆轴的机械进行精密切割。
附图说明
图1为摆轴不偏转示意图。
图2为摆轴偏转示意图。
图3为摆轴垂直度标定示意图。
图4为摆轴长度标定示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步的说明。
摆轴的顶部固定在可以上下移动的Z轴上，并且摆轴在Y0Z平面做圆弧摆动，摆轴逆时针转动为正，摆轴顺时针转动为负；位于摆轴底部一侧连接激光切割头，激光切割头上连接电容式调高器；位于摆轴的顶部连接编码器。
带摆轴的机械结构如图1所示，其中摆轴顶部可以在X和Y方向上自由移动；摆轴可以在YOZ平面进行自由摆动，如图2所示。
首先，通过人工点动各轴，确保摆轴在金属平面的正上方，防止摆轴跟随时与金属平面发生碰撞。然后转动摆轴，使得摆轴与底部平面的夹角在5°以内，这点需要通过操作工肉眼判断。
测定摆轴垂直度的方法如下：
（11）在金属平面位于摆轴正下方的前提下，将激光切割头转到竖直位置附近，确保激光切割头指向与竖直方向的角度偏差在 5°以内，并且该角度为θa；
（12）将电容式调高器上抬到安全位置，控制摆轴逆时针转动 θr 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离 H1,1；
（13）将摆轴顺时针转动 2θr 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离 H1,2；
（14）将摆轴恢复到步骤（11）的位置，将电容式调高器上抬到安全位置，控制摆轴顺时针转动θb 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离H2,1；
（15）将摆轴顺时针转动 2θb 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离 H2,2；
（16）根据四个跟随高度H1,1 、H1,2 、H2,1 和H2,2 计算获得摆轴在步骤（11）时的最原始位置的夹角θa，，其中，；
（17）计算得出夹角θa的数值后，将该角度补偿到摆轴坐标系中，若θa为正数，则摆轴顺时针旋转θa角度，若θa为负数，则摆轴逆时针旋转θa角度。
计算摆轴与底部金属平面垂直度：
在上面的标定过程中，切割系统获取到了四个跟随高度，通过这四个跟随高度可以计算得到当前摆轴与垂直于底部平面直线的夹角。
假设摆轴的长度为 L，那么根据三角函数公式有：
；
同理可以得到计算公式：
；
上述两个公式化简可以得到：
（1）；
（2）；
上述（1）和（2）两式相除可以得到（当角度很小时 sin(θ)≈θ）：
；
进而解出：
；
这里的θa 就是垂直度的偏移量，将它补回到摆轴的回中位置，就能做到摆轴与底部平面完全垂直。
测定摆轴长度的方法如下：
（21）当摆轴根据步骤（11）至（17）调整到竖直状态后，电容式调高器跟随，获取一个最大的跟随高度 Hmax；
（22）选定一组从小到大的角度，并逆时针旋转摆轴θ1、θ2、…、θN，其中 N ≥ 2；
（23）摆轴在逆时针旋转的同时，摆轴上的编码器跟随摆轴，并获得摆轴在角度 θi 时，摆轴顶部距离摆轴底部的Z轴坐标值Hi ；
（24）根据步骤（22）及步骤（23）获得N 个跟随Z轴坐标值H1、H2、…、HN；
（25）根据不同角度下的跟随Z轴坐标值 H1、H2、…、HN 即可计算出摆轴长度 L，。
计算摆轴长度：
在获取了一系列的跟随高度后，可以获得以下一系列公式：
；
；
；
将这一系列公式的解求平均可以求解得到摆长：
。
以上，便可以通过切割系统的自动标定和计算，获取摆轴的垂直度和摆轴长度的信息，用于带摆轴系统的精确切割。

Claims (2)

1.一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法，包括可以转动的摆轴、电容式调高器、编码器，其特征在于：
测定摆轴垂直度的方法如下：
（11）在金属平面位于摆轴正下方的前提下，将激光切割头转到竖直位置附近，确保激光切割头指向与竖直方向的角度偏差在 5°以内，并且该角度为θa；
（12）将电容式调高器上抬到安全位置，控制摆轴逆时针转动 θr 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离 H1,1；
（13）将摆轴顺时针转动 2θr 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离 H1,2；
（14）将摆轴恢复到步骤（11）的位置，将电容式调高器上抬到安全位置，控制摆轴顺时针转动θb 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离H2,1；
（15）将摆轴顺时针转动 2θb 角度，电容式调高器跟随获取此时摆轴底端距离金属平面的距离 H2,2；
（16）根据四个跟随高度H1,1 、H1,2 、H2,1 和H2,2 计算获得摆轴在步骤（11）时的最原始位置的夹角θa，，其中，；
（17）计算得出夹角θa的数值后，将该角度补偿到摆轴坐标系中，若θa为正数，则摆轴顺时针旋转θa角度，若θa为负数，则摆轴逆时针旋转θa角度；
测定摆轴长度的方法如下：
（21）当摆轴根据步骤（11）至（17）调整到竖直状态后，电容式调高器跟随，获取一个最大的跟随高度 Hmax；
（22）选定一组从小到大的角度，并逆时针旋转摆轴θ1、θ2、…、θN，其中 N ≥ 2；
（23）摆轴在逆时针旋转的同时，摆轴上的编码器跟随摆轴，并获得摆轴在角度 θi 时，摆轴顶部距离摆轴底部的Z轴坐标值Hi；
（24）根据步骤（22）及步骤（23）获得N 个跟随Z轴坐标值H1、H2、…、HN；
（25）根据不同角度下的跟随Z轴坐标值 H1、H2、…、HN 即可计算出摆轴长度 L，。
2.根据权利要求1所述的一种测定摆轴垂直度和长度的标定方法，其特征在于：所述的摆轴的顶部固定在可以上下移动的Z轴上，并且摆轴在Y0Z平面做圆弧摆动，摆轴逆时针转动为正，摆轴顺时针转动为负；位于摆轴底部一侧连接激光切割头，激光切割头上连接电容式调高器；位于摆轴的顶部连接编码器。
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