CN110977189B - 一种激光切割系统及其切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的激光切割系统一方面可以利用所述吸气机构对所述负压腔进行吸气，使得所述负压腔中产生负压，从而使得经所述管道连通所述负压腔的负吸孔处产生负压，对放置在所述支撑板上的板材有一定的固定作用，避免机器运转过程中产生的振动使板材发生位置的移动，导致切割的不准确；一方面，所述板材没覆盖的所述负吸孔会有气体流过，气体带动负吸孔中的叶轮转动，叶轮带动所述发电机构运动产生电信号，通过能够产生电信号和不能产生电信号的气流检测机构的位置，大致判断板材的位置，通过板材的大致位置缩小所述CCD成像机构扫描确定板材边缘所需要的移动范围，加快了通过所述CCD成像机构确定板材精确位置的效率。

Description

一种激光切割系统及其切割方法
技术领域
本发明涉及激光切割器材领域，尤其涉及一种激光切割系统及其切割方法。
背景技术
利用激光进行板材切割，将板材放置在激光切割的工作台上，由于在切割时，激光切割器材与板材之间的相互作用仅仅为吹气时产生的作用力，一般情况下板材直接放置在工作台上就可以，不会对板材另外进行固定。
然而，对于加工尺寸形状不同的板材放置在工作台上进行加工时就需要确定板材的位置。现有技术中，激光切割器上安装有CCD成像系统来辅助确定板材的位置，对于加工尺寸形状不同的板材来说，加工前，需要人工操作将CCD成像系统移动到板材边缘，通过CCD成像系统对板材的各个边缘成像来确定板材边缘的位置，从而来确定板材的位置，这种方式需要人工操作，实现过程相对麻烦导致加工效率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种激光切割系统及切割方法。
本发明提供一种激光切割系统，包括床身，所述床身顶部沿长度方向设置两个平行的导轨，两个所述导轨上滑动设置龙门架，所述龙门架沿所述床身的宽度方向设置，沿所述龙门架的顶部滑动设置切割装置，其中，
所述切割装置包括第一z轴和第二z轴，所述第一z轴上移动设置CCD成像机构，所述第二z轴上移动设置激光切割机构；
所述床身的顶部设置有多条用于放置板材的支撑板，所述支撑板的一侧为依次排列的等腰梯形的锯齿状结构，所有的锯齿状结构的顶部高度相同，所述支撑板下方的所述床身上设置有负压腔，所述负压腔连通吸气机构；
所述支撑板上设置有负吸孔，所述负吸孔一端连通于锯齿状结构的顶部，所述负吸孔的另一端通过管道连接所述负压腔，所述负吸孔内设置气流检测机构，所述管道上设置有电子阀；
所述床身的一侧设置有控制器，所述控制器电性连接气流检测机构以及所述电子阀。
优选的，每个锯齿状结构的顶部设置保护层，所述保护层是由反光材料构成板状结构。
优选的，所述气流检测机构包括叶轮和发电机构，所述发电机构包括转子和定子，所述转子转动设置于所述定子，所述叶轮固定于所述转子，所述定子固定于所述负吸孔，所述发电机构依次电性连接放大电路、滤波电路以及所述控制器。
优选的，所述切割装置包括机架，所述第一z轴和所述第二z轴均为传动螺杆，所述第一z轴和所述第二z轴转动连接于所述机架，所述第一z轴和所述第二z轴分别螺接固定部件，所述固定部件滑动连接于所述机架，两个所述固定部件上分别固定所述CCD成像机构和所述激光切割机构，所述机架上固定有主轴电机，所述主轴电机的输出轴设置两个离合器，所述第一z轴和所述第二z轴分别通过两个所述离合器连接主轴电机的输出轴，所述主轴电机以及所述离合器电性连接所述控制器，所述CCD成像机构和所述激光切割机构电性连接所述控制器。
优选的，所述导轨侧壁沿长度方向设置有滑槽，所述滑槽内设置有第一直线电机，所述第一直线电机的定子固定于所述滑槽的一端，所述第一直线电机的动子沿所述滑槽设置，所述龙门架的底部螺接在所述第一直线电机的动子上，所述第一直线电机电性连接所述控制器。
优选的，所述龙门架的顶部设置有第二直线电机，所述第二直线电机的定子固定于所述龙门架，所述第二直线电机的动子沿所述龙门架的顶部设置，所述机架滑动设置于所述龙门架的顶部，所述机架螺接于所述第二直线电机的动子。
优选的，所述控制器包括显示器以及可编程PLC控制器，所述显示器电性连接所述可编程PLC控制器，所述可编程PLC控制器电性连接所述气流检测机构，所述可编程PLC控制器电性连接所述发电机构、所述电子阀、所述主轴电机、所述离合器、所述CCD成像机构、所述激光切割机构、所述第一直线电机以及所述第二直线电机。
本发明还提供一种应用于激光切割系统的切割方法，本切割方法包括以下步骤：
S1，控制器通过负吸孔中的发电机构是否产生电流来确定放置在支撑板上的板材的粗略位置；
S2，控制器控制第一直线电机运转，带动龙门架移动到板材处，控制器控制第二直线电机运转，带动切割装置到粗略位置，控制器控制离合器和主轴电机配合带动第一z轴转动，使得CCD成像机构对板材边缘进行拍照，确定板材的精确的位置；
S3，控制器根据板材的精准位置控制激光切割机构对板材进行切割。
优选的，板材的边缘位于相邻的不发电的所述发电机构与发电的发电机构之间，所述控制器控制所述CCD成像机构在两者之间扫描来寻找板材的边缘。
与相关技术相比较，本发明提供的激光切割系统及其切割方法具有如下有益效果：
本发明提供的激光切割系统一方面可以利用所述吸气机构对所述负压腔进行吸气，使得所述负压腔中产生负压，从而使得经所述管道连通所述负压腔的负吸孔处产生负压，对放置在所述支撑板上的板材有一定的固定作用，避免机器运转过程中产生的振动使板材发生位置的移动，导致切割的不准确；一方面，所述板材没覆盖的所述负吸孔会有气体流过，气体带动负吸孔中的叶轮转动，叶轮带动所述发电机构运动产生电信号，通过能够产生电信号和不能产生电信号的气流检测机构的位置，大致判断板材的位置，通过板材的大致位置缩小所述CCD成像机构扫描确定板材边缘所需要的移动范围，加快了通过所述CCD成像机构确定板材精确位置的效率。
另外，所述发电机构经过放大电路和滤波电路电性连接所述控制器，通过滤波对所述发电机构发出的电信号进行处理，能够避免机器振动带来的干扰，保证了板材位置确定的准确性；对板材的定位完成后，所述控制器控制产生电信号的所述发电机构所在的负吸孔所连通的所述电子阀关闭，形成密封空间，保证对板材的负吸效果，降低所述吸气机构的功率，节省所述吸气机构的耗能。
附图说明
图1为本发明提供的激光切割系统的一种较佳实施例的结构示意图；
图2为图1所示的床身的剖视结构示意图；
图3为图1所示的支撑板的结构示意图；
图4为图1所示的切割装置的结构示意图；
图5为图3所示的气流检测机构的结构连接示意图；
图6为板材位置确定方式示意图。
图中标号：1、床身，2、导轨，21、第一直线电机，3、龙门架，31、第二直线电机，4、切割装置，41、第一z轴，42、第二z轴，43、CCD成像机构，44、激光切割机构，45、离合器，46、主轴电机，47、防护板，5、支撑板，51、保护层，52、负吸孔，53、管道，54、电子阀，55、气流检测机构，551、叶轮，552、发电机构，6、控制器，7、吸气机构，8、负压腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1、图2、图3、图4、图5以及图6，其中图1为本发明提供的激光切割系统的一种较佳实施例的结构示意图；图2为图1所示的床身的剖视结构示意图；图3为图1所示的支撑板的结构示意图；图4为图1所示的切割装置的结构示意图；图5为图3所示的气流检测机构的结构连接示意图；图6为板材位置确定方式示意图。
参阅图1所示，本发明提供一种激光切割系统，所述激光切割系统包括床身1，所述床身1的底部设置可以调节高度的支撑腿，所述床身1的顶面设置有凹槽，所述凹槽两侧的所述床身1顶部沿长度方向设置两个平行的导轨2，两个所述导轨2上滑动设置龙门架3，具体实施过程中，两个所述导轨2的相背侧分别沿长度方向设置有滑槽，所述滑槽内设置有第一直线电机21，所述第一直线电机21的定子固定于所述滑槽的一端，所述第一直线电机21的动子沿所述滑槽设置，所述龙门架3的底部滑动设置于所述滑槽中，所述龙门架3的底部螺接在所述第一直线电机21的动子上，所述第一直线电机21电性连接控制器6。
所述龙门架3沿所述床身1的宽度方向设置，沿所述龙门架3的顶部滑动设置切割装置4，具体实施过程中，所述切割装置4包括机架，所述机架滑动连接于所述龙门架3顶部的横杆上，所述横杆上设置有第二直线电机31，所述第二直线电机31的定子固定于所述横杆的一端，所述第二直线电机31的动子沿所述横杆长度方向设置，所述机架螺接于所述第二直线电机31的动子。所述机架与所述龙门架3之间设置有可以伸缩的遮尘罩。
参阅图4所示，所述第一z轴41和所述第二z轴42均为传动螺杆，所述第一z轴41和所述第二z轴42转动连接于所述机架，所述第一z轴41和所述第二z轴42分别螺接固定部件，所述固定部件滑动连接于所述机架，两个所述固定部件上分别固定所述CCD成像机构43和所述激光切割机构44，从而使得所述CCD成像机构43受控滑动设置于所述第一z轴41，使得所述激光切割机构44受控滑动设置于所述第二z轴，所述机架上固定有主轴电机46，所述主轴电机46的输出轴设置两个离合器45，所述第一z轴41和所述第二z轴42分别通过两个所述离合器45连接主轴电机46的输出轴，所述主轴电机46以及所述离合器45电性连接所述控制器6，所述CCD成像机构43和所述激光切割机构44电性连接所述控制器6。具体实施过程中，所述机架外包覆有壳体。所述第一z轴41的下方的所述机架上铰接有防护板47，所述防护板47的铰接轴为弹性铰接轴，使得所述防护板47盖合在所述机架上的壳体，所述CCD成像机构43向下移动抵触所述防护板47，将所述防护板47顶开，避免激光切割过程中产生的熔融物质损伤所述CCD成像机构43。
结合参阅图1和图2所示，所述凹槽处设置有多条用于放置板材的支撑板5，所述支撑板5两两之间相互平行设置，所述支撑板5的一侧为依次排列的等腰梯形的锯齿状结构，所有的锯齿状结构的顶部高度相同，所述支撑板5上设置有负吸孔52，所述负吸孔52一端连通于锯齿状结构的顶部，所述负吸孔52的另一端连接有管道53，所述管道53上设置有电子阀54，所述管道53连通负压腔8，所述负压腔8设置于所述凹槽的下方，所述负压腔8连通吸气机构7；具体实施过程中，所述吸气机构7可以为负压机，利用负压机将所述负压腔8中的气体抽走。
结合参阅图3和图5所示，所述负吸孔52内设置气流检测机构55，具体实施过程中，所述气流检测机构55包括叶轮551和发电机构552，所述发电机构552包括转子和定子，所述转子转动设置于所述定子，所述叶轮551固定于所述转子，所述定子固定于所述负吸孔52。所述发电机构552依次电性连接放大电路、滤波电路以及所述控制器6，当板材未遮到的所述负吸孔52会有空气流过，空气带动所述叶轮551转动，从而使得所述发电机构552产生电流信号。
所述控制器6设置于所述床身1的一侧，所述控制器6包括显示器、键盘以及可编程PLC控制器，所述显示器电性连接所述可编程PLC控制器，所述键盘电性连接所述可编程PLC控制器，所述可编程PLC控制器电性连接所述发电机构552、所述电子阀54、所述主轴电机46、所述离合器45、所述CCD成像机构43、所述激光切割机构44、所述第一直线电机21以及所述第二直线电机31。
每个锯齿状结构的顶部设置保护层51，所述保护层51是由反光材料构成板状结构，具体的所述保护层51可以为高反光的铜层。
本发明还提供一种应用于激光切割系统的切割方法，包括以下步骤：
S1，控制器通过负吸孔中的发电机构是否产生电流来确定放置在支撑板上的板材的粗略位置。
如图6所示，当板材放置在支撑板上时，部分负吸孔由于板材没有完全覆盖是透气(内部空白)的，里面的发电机构能够转动产生电流；另一部分负吸孔由于板材完全覆盖是不透气(内部有条纹)的，里面的发电机构不会转动，不会产生电流；负吸孔位置相对机台固定的，即负吸孔能够对应机械坐标，即将发电机构与机械坐标对应，通过发电机构是否产生电流大致判断出板材的粗略位置；
S2，控制器控制第一直线电机运转，带动龙门架移动到板材处，控制器控制第二直线电机运转，带动切割装置到粗略位置，控制器控制离合器和主轴电机配合带动第一z轴转动，参阅图6所示，板材的边缘位于相邻的不发电的发电机构A与发电的发电机构B之间，控制器控制CCD成像机构在两者之间包含(AB)扫描来寻找板材的边缘。通过CCD成像机构对板材边缘进行拍照，确定板材的精确的位置；从而使得板材能够对应以支撑板为参考确定的机械坐标，控制器将机械坐标转换为以板材为参考的工件坐标；
S3，控制器根运行包含工件坐标的加工程序控制激光切割机构对板材进行切割。
本发明提供的激光切割系统及其切割方法的原理如下：
使用时，将任意形状的板材随意放置在由多条所述支撑板5构成的支撑面上，将该板材的加工程序导入到所述控制器6中。由于板材会完全遮蔽一部分所述支撑板5上的负吸孔52，在所述控制器6控制所述吸气机构7进行吸气，所述吸气机构7在所述负压腔8中制造0.7bar的真空，吸气刚开始时，被完全遮蔽的所述负吸孔52内不会有气体流过，而其他的所述负吸孔52会有气体流过，当气体流过所述负吸孔52时，所述负吸孔52中的叶轮551会在气体的作用下发生转动，当所述叶轮551发生转动，会带动所述发电机构552产生电流，电流经过所述放大电路进行放大，经过所述滤波电路进行滤波之后传递到所述控制器6，所有的所述负吸孔52的机械坐标存储于所述控制器6中，所述气流检测机构55与所述负吸孔52一一对应，所述控制器6根据产生电信号和不产生电信号的所述气流检测机构55确定板材的大致位置，所述控制器6控制所述第一直线电机运转，带动所述龙门架3移动到板材处，所述控制器6控制所述第二直线电机31运转，带动所述切割装置4到板材的粗略位置处，所述控制器6控制离合器45和所述主轴电机46配合带动所述第一z轴41转动，使得所述CCD成像机构43向下移动进行拍照，所述控制器6控制所述切割装置4移动使得所述CCD成像机构43对AB之间(包含AB)进行扫描，利用所述CCD成像机构43对板材的边缘进行定位，利用所述CCD成像机构43将板材边缘的机械坐标确定；所述控制器6将板材的机械坐标转换为以板材为参考的工件坐标。
坐标确定之后，所述控制器6将产生电信号的所述气流检测机构55所在的所述负吸孔52连通的所述电子阀54关闭，所述负压腔8形成密闭的空间，所述吸气机构7将所述负压腔8的气体抽出，所述吸气机构7在所述负压腔8中制造0.7bar的真空，而外界大气压为1bar，利用板材两侧的压强差，通过所述负吸孔52将板材更好的吸附。坐标确定之后，所述控制器6控制离合器45和所述主轴电机46配合带动所述第一z轴41反向转动，所述CCD成像机构43向上移动收起，所述防护板47盖合，保护所述CCD成像机构43。
所述控制器6通过加工程序控制所述第一直线电机21和第二直线电机31转动，控制所述主轴电机46配合另外的所述离合器45控制所述激光切割机构44放下进行切割。
本发明提供的激光切割系统一方面可以利用所述吸气机构7对所述负压腔8进行吸气，使得所述负压腔8中产生负压，从而使得经所述管道53连通所述负压腔8的负吸孔52处产生负压，对放置在所述支撑板5上的板材有一定的固定作用，避免机器运转过程中产生的振动使板材发生位置的移动，导致切割的不准确；一方面，所述板材没覆盖的所述负吸孔52会有气体流过，气体带动负吸孔52中的叶轮转动，叶轮带动所述发电机构运动产生电信号，通过能够产生电信号和不能产生电信号的气流检测机构55的位置，大致判断板材的位置，通过板材的大致位置缩小所述CCD成像机构43扫描确定板材边缘所需要的移动范围，加快了通过所述CCD成像机构43确定板材精确位置的效率。
另外，所述发电机构经多放大电路和滤波电路电性连接所述控制器6，通过滤波对所述发电机构发出的电信号进行处理，能够避免机器振动带来的干扰，保证了板材位置确定的准确性；对板材的定位完成后，所述控制器6控制产生电信号的所述发电机构所在的负吸孔52所连通的所述电子阀54关闭，形成密封空间，保证对板材的负吸效果，降低所述吸气机构7的功率，节省所述吸气机构7的耗能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种激光切割系统，包括床身(1)，所述床身(1)顶部沿长度方向设置两个平行的导轨(2)，两个所述导轨(2)上滑动设置龙门架(3)，所述龙门架(3)沿所述床身(1)的宽度方向设置，其特征在于，沿所述龙门架(3)的顶部滑动设置切割装置(4)，其中，
所述切割装置(4)包括第一z轴(41)和第二z轴(42)，所述第一z轴(41)上移动设置CCD成像机构(43)，所述第二z轴(42)上移动设置激光切割机构(44)；
所述床身(1)的顶部设置有多条用于放置板材的支撑板(5)，所述支撑板(5)的一侧为依次排列的等腰梯形的锯齿状结构，所有的锯齿状结构的顶部高度相同，所述支撑板(5)下方的所述床身(1)上设置有负压腔(8)，所述负压腔(8)连通吸气机构(7)；
所述支撑板(5)上设置有负吸孔(52)，所述负吸孔(52)一端连通于锯齿状结构的顶部，所述负吸孔(52)的另一端通过管道(53)连接所述负压腔(8)，所述负吸孔(52)内设置气流检测机构(55)，所述管道(53)上设置有电子阀(54)；
所述床身(1)的一侧设置有控制器(6)，所述控制器(6)电性连接气流检测机构(55)以及所述电子阀(54)；
所述气流检测机构(55)包括叶轮(551)和发电机构(552)，所述发电机构(552)包括转子和定子，所述转子转动设置于所述定子，所述叶轮(551)固定于所述转子，所述定子固定于所述负吸孔(52)，所述发电机构(552)依次电性连接放大电路、滤波电路以及所述控制器(6)，板材未遮到的所述负吸孔(52)有空气流过时，空气带动所述叶轮(551)转动，使所述发电机构(552)产生电流信号。
2.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于，每个锯齿状结构的顶部设置保护层(51)，所述保护层(51)是由反光材料构成的板状结构。
3.根据权利要求1所述的激光切割系统，其特征在于，所述切割装置(4)包括机架，所述第一z轴(41)和所述第二z轴(42)均为传动螺杆，所述第一z轴(41)和所述第二z轴(42)转动连接于所述机架，所述第一z轴(41)和所述第二z轴(42)分别螺接固定部件，所述固定部件滑动连接于所述机架，两个所述固定部件上分别固定所述CCD成像机构(43)和所述激光切割机构(44)，所述机架上固定有主轴电机(46)，所述主轴电机(46)的输出轴设置两个离合器(45)，所述第一z轴(41)和所述第二z轴(42)分别通过两个所述离合器(45)连接主轴电机(46)的输出轴，所述主轴电机(46)以及所述离合器(45)电性连接所述控制器(6)，所述CCD成像机构(43)和所述激光切割机构(44)电性连接所述控制器(6)。
4.根据权利要求3所述的激光切割系统，其特征在于，所述导轨(2)侧壁沿长度方向设置有滑槽，所述滑槽内设置有第一直线电机(21)，所述第一直线电机(21)的定子固定于所述滑槽的一端，所述第一直线电机(21)的动子沿所述滑槽设置，所述龙门架(3)的底部螺接在所述第一直线电机(21)的动子上，所述第一直线电机(21)电性连接所述控制器(6)。
5.根据权利要求4所述的激光切割系统，其特征在于，所述龙门架(3)的顶部设置有第二直线电机(31)，所述第二直线电机(31)的定子固定于所述龙门架(3)，所述第二直线电机(31)的动子沿所述龙门架(3)的顶部设置，所述机架滑动设置于所述龙门架(3)的顶部，所述机架螺接于所述第二直线电机(31)的动子。
6.根据权利要求5所述的激光切割系统，其特征在于，所述控制器(6)包括显示器以及可编程PLC控制器，所述显示器电性连接所述可编程PLC控制器，所述可编程PLC控制器电性连接所述气流检测机构(55)，所述可编程PLC控制器电性连接所述发电机构(552)、所述电子阀(54)、所述主轴电机(46)、所述离合器(45)、所述CCD成像机构(43)、所述激光切割机构(44)、所述第一直线电机(21)以及所述第二直线电机(31)。
7.一种应用于激光切割系统的切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，控制器通过负吸孔中的发电机构是否产生电流来确定放置在支撑板上的板材的粗略位置；
S2，控制器控制第一直线电机运转，带动龙门架移动到板材处，所述控制器控制第二直线电机运转，带动切割装置到粗略位置，所述控制器控制离合器和主轴电机配合带动第一z轴转动，使得CCD成像机构对板材边缘进行拍照，确定板材的精确位置；
S3，所述控制器根据板材的精确位置控制激光切割机构对板材进行切割。
8.根据权利要求7所述的一种应用于激光切割系统的切割方法，其特征在于，板材的边缘位于相邻的不发电的发电机构与发电的发电机构之间，所述控制器控制所述CCD成像机构在两者之间扫描来寻找板材的边缘。
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