CN111014945B - 一种智能激光切割头零焦补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能激光切割头零焦补偿方法，包括以下步骤：在切割头移动装置的移动区间上安装磁栅尺；通过主控单元MCU对磁栅尺的磁栅信号进行读取，并确定零点位置基准；控制切割头移动装置工作驱动激光切割头上下移动，从而带动调焦镜筒上下移动，回参找到零点位置基准时停止运动等步骤。本发明的智能激光切割头零焦补偿方法，能够针对装配零焦与理论零焦的偏差做一次补偿校准，并在每次调焦与回参过程将该补偿值添加进去，实现消除误差的功能。本发明在出厂时做零焦补偿校准，降低了操作的难度，并且保证零焦补偿参数的延续性与一致性，该发明可以很好的解决调焦基准的准确性，降低不同操作人员的上手使用难度。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种智能激光切割头零焦补偿方法。
背景技术
激光切割机切割头的组成部分有：喷嘴、聚焦透镜和聚焦跟踪系统。激光切割机聚焦跟踪系统一般是由聚焦切割头和跟踪传感器系统组成。切割头包括导光聚焦、水冷、吹气以及机械调整部分组成；传感器是由传感元件和放大控制部分组成。根据传感元件的不同跟踪系统也完全不同，在此，主要有两种形式的跟踪系统，一种是电容式传感器跟踪系统，又称非接触式跟踪系统。另一种是电感式传感器跟踪系统，又称接触式跟踪系统。
激光切割头的理论零焦要求位于激光头喷嘴下方1mm处，这样方便后续使用过程中，电脑具备调焦控制的基准。所以实际零焦越接近理论零焦，调焦控制也就意味着越准确。而现实中针对驱动电机以及光学镜筒的传动部分的组装过程是无法做到百分比与理论吻合的，毕竟装配过程存在装配误差。为了使激光切割头调焦控制更准确，这就对调焦基准是否准确有了更高的要求，而传统的激光切割头的调焦设计由于技术受限，有的未对该零焦进行校准补偿，有的是在上位机电脑端进行零焦校准补偿。不做零焦补偿，影响后续调焦精度。而在上位机电脑端做补偿，导致切割头参数的延续性，如果维修或者更换切割头，参数还需要重新调试，增加了现场调试人员的使用难度。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种智能激光切割头零焦补偿方法，能够针对装配零焦与理论零焦的偏差做一次补偿校准，并在每次调焦与回参过程将该补偿值添加进去，实现消除误差的功能。
一种智能激光切割头零焦补偿方法，包括以下步骤：
S1、激光切割头由切割头移动装置驱动进行上下移动，在切割头移动装置的移动区间上安装磁栅尺；
S2、通过主控单元MCU对磁栅尺的磁栅信号进行读取，并确定零点位置基准；
S3、控制切割头移动装置工作驱动激光切割头上下移动，从而带动调焦镜筒上下移动，回参找到零点位置基准时停止运动，将调焦镜筒停留高度位置记作Y1；
S4、控制切割头移动装置工作驱动激光切割头上下移动，通过激光切割头对激光切割头下方的钢板进行打标，并对光斑进行比对标记，当标记最小即光斑最细时，确定此时焦距为零焦，将调焦镜筒停留高度位置记作Y2；
S5、通过上位机控制输出指令，对零焦补偿值进行读取，并读取指令通知激光切割头内部主控MCU实现对磁栅尺参数即零焦位置Y2的读取，零焦补偿值为Y2-Y1，并将该零焦补偿值存储于主控单元的FLASH中。
进一步的，所述S1中，磁栅尺的磁栅信号为增量式编码器信号，共包括ABZ三相信号，其中AB相组合信号代表为位移和方向信号，Z相信号为零点信号，取零点信号作为零点位置基准。
进一步的，所述S4中，通过激光切割头上的激光器出光针对激光切割头下方的钢板进行打标，通过下方钢板的标记比对在激光切割头下方1m m处的光斑。
进一步的，所述S5中，所述零焦补偿值用于后续对激光切割头调焦与回参的参数调用。
进一步的，所述切割头移动装置包括底座，所述底座上侧左端固定有切割头驱动电机，所述切割头驱动电机的输出端连接有丝杆，所述丝杆竖直设置，且丝杆上配合连接有滑块，所述底座的前后两侧均固定有导向杆，所述滑块上开设有两个导向孔，两个所述导向杆分别穿过两个导向孔，所述滑块的右侧壁上固定有用于对激光切割头进行紧固的固定装置，通过设置丝杆和切割头驱动电机，通过控制切割头驱动电机正反向转动，即可实现滑块的上下移动，有助于零焦补偿的顺利进行。
进一步的，两侧的所述导向杆对称设置，且导向杆为不锈钢材质。
进一步的，每个所述导向孔的内壁上均开设有多个滚珠槽，多个所述滚珠槽均环绕所述导向杆设置，每个所述滚珠槽的内部均填充有钢珠，通过设置环绕导向杆分布的滚珠槽和钢珠，使得滑块与导向杆之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大大减小滑块上下移动的阻力，有效延长使用寿命，也能够有效避免滑块运动受阻造成激光切割头晃动的现象，保证零焦补偿的准确度。
进一步的，所述固定装置包括第一固定块和第二固定块，所述第一固定块和第二固定块形状相同且相对设置，所述第一固定块和第二固定块上相对一侧的侧壁上均开设有卡槽，所述第一固定块上开设有两个卡接孔，所述第二固定块上连接有两个卡接铁柱，两个所述卡接铁柱对应插入两个所述卡接孔内部，两个所述卡接孔内底部均固定有电磁铁，且电磁铁与外部电源电连接，所述固定装置上还设有用于控制电磁铁通断电的开关，设置第一固定块和第二固定块，利用卡接铁柱插入卡接孔内部实现对激光切割头的固定，当需要固定时利用开关使电磁铁通电，从而对卡接铁柱进行磁吸，保证激光切割头的夹紧效果，避免激光切割头产生晃动现象影响零焦补偿的精确度，当不需要固定时，使电磁铁断电，能够方便的拉出卡接铁柱，取下激光切割头，固定取下均很方便，便于使用。
进一步的，所述卡槽为圆弧状，且卡槽的内壁覆盖有橡胶垫，圆弧状的卡槽与激光切割头的形状相匹配，能够实现较好的夹紧效果，设置的橡胶垫能够避免固定夹紧过程中对激光切割头造成的磨损。
进一步的，每个所述卡接孔的外端均设有限位凸起，每个所述卡接铁柱位于卡接孔内的一端均设有限位块，限位凸起和限位块用于对卡接铁柱进行限位，使得卡接铁柱一直卡接在卡接孔内部，便于进行紧固操作。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明的智能激光切割头零焦补偿方法，能够针对装配零焦与理论零焦的偏差做一次补偿校准，并在每次调焦与回参过程将该补偿值添加进去，实现消除误差的功能。本发明在出厂时做零焦补偿校准，降低了操作的难度，并且保证零焦补偿参数的延续性与一致性，该发明可以很好的解决调焦基准的准确性，降低不同操作人员的上手使用难度。
(2)本发明的集成磁栅增量式编码器零焦补偿参数于切割头内部，解决上位机在更换或者维修切割头导致零焦补偿值的参数非延续性，降低操作人员的上手难度，且零焦补偿数据存储与调用处理，实现了激光切割头调焦的准确性。
(3)通过设置丝杆和切割头驱动电机，通过控制切割头驱动电机正反向转动，即可实现滑块的上下移动，有助于零焦补偿的顺利进行。
(4)通过设置环绕导向杆分布的滚珠槽和钢珠，使得滑块与导向杆之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大大减小滑块上下移动的阻力，有效延长使用寿命，也能够有效避免滑块运动受阻造成激光切割头晃动的现象，保证零焦补偿的准确度。
(5)设置第一固定块和第二固定块，利用卡接铁柱插入卡接孔内部实现对激光切割头的固定，当需要固定时利用开关使电磁铁通电，从而对卡接铁柱进行磁吸，保证激光切割头的夹紧效果，避免激光切割头产生晃动现象影响零焦补偿的精确度，当不需要固定时，使电磁铁断电，能够方便的拉出卡接铁柱，取下激光切割头，固定取下均很方便，便于使用。
(6)圆弧状的卡槽与激光切割头的形状相匹配，能够实现较好的夹紧效果，设置的橡胶垫能够避免固定夹紧过程中对激光切割头造成的磨损。
(7)限位凸起和限位块用于对卡接铁柱进行限位，使得卡接铁柱一直卡接在卡接孔内部，便于进行紧固操作。
附图说明
图1为本发明的控制系统原理框图；
图2为本发明中的零焦补偿校准流程图；
图3为本发明中的ABZ信号采样处理电路；
图4为本发明中激光切割头内部主控MCU电路原理图；
图5为本发明中切割头移动装置的正视图；
图6为本发明中切割头移动装置的侧视图；
图7为图6中A处的放大结构示意图；
图8为本发明中固定装置的结构示意图；
图9为图8中B处的放大结构示意图。
图中标号说明：
1底座、2切割头驱动电机、3丝杆、4滑块、501导向孔、5导向杆、6固定装置、601第一固定块、602第二固定块、603卡槽、604卡接孔、605卡接铁柱、606电磁铁、607限位凸起、608限位块、7滚珠槽、8钢珠。
具体实施方式
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，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语″上″、″下″、″内″、″外″、″顶/底端″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″设置有″、″套设/接″、″连接″等，应做广义理解，例如″连接″，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-4，一种智能激光切割头零焦补偿方法，包括以下步骤：
S1、激光切割头由切割头移动装置驱动进行上下移动，在切割头移动装置的移动区间上安装磁栅尺；
S2、通过主控单元MCU对磁栅尺的磁栅信号进行读取，并确定零点位置基准；
S3、控制切割头移动装置工作驱动激光切割头上下移动，从而带动调焦镜筒上下移动，回参找到零点位置基准时停止运动，将调焦镜筒停留高度位置记作Y1；
S4、控制切割头移动装置工作驱动激光切割头上下移动，通过激光切割头对激光切割头下方的钢板进行打标，并对光斑进行比对标记，当标记最小即光斑最细时，确定此时焦距为零焦，将调焦镜筒停留高度位置记作Y2；
S5、通过上位机控制输出指令，对零焦补偿值进行读取，并读取指令通知激光切割头内部主控MCU实现对磁栅尺参数即零焦位置Y2的读取，零焦补偿值为Y2-Y1，并将该零焦补偿值存储于主控单元的FLASH中。
磁栅尺的磁栅信号为增量式编码器信号，共包括ABZ三相信号，其中AB相组合信号代表为位移和方向信号，Z相信号为零点信号，取零点信号作为零点位置基准。
S4中，通过激光切割头上的激光器出光针对激光切割头下方的钢板进行打标，通过下方钢板的标记比对在激光切割头下方1mm处的光斑。
零焦补偿值用于后续对激光切割头调焦与回参的参数调用。
发明的智能激光切割头零焦补偿方法，能够针对装配零焦与理论零焦的偏差做一次补偿校准，并在每次调焦与回参过程将该补偿值添加进去，实现消除误差的功能。本发明在出厂时做零焦补偿校准，降低了操作的难度，并且保证零焦补偿参数的延续性与一致性，该发明可以很好的解决调焦基准的准确性，降低不同操作人员的上手使用难度。
本发明智能激光切割头零焦补偿方法，使用集成磁栅增量式编码器零焦补偿参数于切割头内部，解决上位机在更换或者维修切割头导致零焦补偿值的参数非延续性。降低操作人员的上手难度，且零焦补偿数据存储与调用处理，实现了激光切割头调焦的准确性。
请参阅图5-9，切割头移动装置包括底座1，底座1上侧左端固定有切割头驱动电机2，切割头驱动电机2的输出端连接有丝杆3，丝杆3竖直设置，且丝杆3上配合连接有滑块4，底座1的前后两侧均固定有导向杆5，滑块4上开设有两个导向孔501，两个导向杆5分别穿过两个导向孔501，滑块4的右侧壁上固定有用于对激光切割头进行紧固的固定装置6，通过设置丝杆3和切割头驱动电机2，通过控制切割头驱动电机2正反向转动，即可实现滑块4的上下移动，有助于零焦补偿的顺利进行。
两侧的导向杆5对称设置，且导向杆5为不锈钢材质。
每个导向孔501的内壁上均开设有多个滚珠槽7，多个滚珠槽7均环绕导向杆5设置，每个滚珠槽7的内部均填充有钢珠8，通过设置环绕导向杆5分布的滚珠槽7和钢珠8，使得滑块4与导向杆5之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大大减小滑块4上下移动的阻力，有效延长使用寿命，也能够有效避免滑块4运动受阻造成激光切割头晃动的现象，保证零焦补偿的准确度。
固定装置6包括第一固定块601和第二固定块602，第一固定块601和第二固定块602形状相同且相对设置，第一固定块601和第二固定块602上相对一侧的侧壁上均开设有卡槽603，第一固定块601上开设有两个卡接孔604，第二固定块602上连接有两个卡接铁柱605，两个卡接铁柱605对应插入两个卡接孔604内部，两个卡接孔604内底部均固定有电磁铁606，且电磁铁606与外部电源电连接，固定装置6上还设有用于控制电磁铁606通断电的开关，设置第一固定块601和第二固定块602，利用卡接铁柱605插入卡接孔604内部实现对激光切割头的固定，当需要固定时利用开关使电磁铁606通电，从而对卡接铁柱605进行磁吸，保证激光切割头的夹紧效果，避免激光切割头产生晃动现象影响零焦补偿的精确度，当不需要固定时，使电磁铁606断电，能够方便的拉出卡接铁柱605，取下激光切割头，固定取下均很方便，便于使用。
卡槽603为圆弧状，且卡槽603的内壁覆盖有橡胶垫，圆弧状的卡槽603与激光切割头的形状相匹配，能够实现较好的夹紧效果，设置的橡胶垫能够避免固定夹紧过程中对激光切割头造成的磨损。
每个卡接孔604的外端均设有限位凸起607，每个卡接铁柱605位于卡接孔604内的一端均设有限位块608，限位凸起607和限位块608用于对卡接铁柱进行限位，使得卡接铁柱605一直卡接在卡接孔604内部，便于进行紧固操作。
本发明可以应用在激光切割头、激光焊接头等电气控制系统，可有效提高激光切割头，激光焊接头的调焦基准，从而提高切割以及焊接工艺效果。另外可降低售后服务难度，减少生产现场的调试流程，提高客户满意度。
在生产组装完成后，理论零焦与实际零焦总是存在一定的偏差。上电后，程序控制电机驱动镜筒回参即找磁栅尺零点Z信号。此时手动操作调整电机正反运动，通过对喷嘴下方1mm处光斑进行观察，当光斑为最细时，此时磁栅编码器信号为零焦补偿值。通过上位机电脑发指令高速激光切割头，激光切割头将当前零焦补偿值记录存储于主控单元的flash内部，以备后续装机时程序自动调用，解决了纯粹通过上位机进行零焦补偿时的繁琐细节，降低了客户现场的工作量。提高装机效率，降低装机调试难度。优化了切割实际使用效果。
以上；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改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种智能激光切割头零焦补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、激光切割头由切割头移动装置驱动进行上下移动，在切割头移动装置的移动区间上安装磁栅尺；
S2、通过主控单元MCU对磁栅尺的磁栅信号进行读取，并确定零点位置基准；
S3、控制切割头移动装置工作驱动激光切割头上下移动，从而带动调焦镜筒上下移动，回参找到零点位置基准时停止运动，将调焦镜筒停留高度位置记作Y1；
S4、控制切割头移动装置工作驱动激光切割头上下移动，通过激光切割头对激光切割头下方的钢板进行打标，并对光斑进行比对标记，当标记最小即光斑最细时，确定此时焦距为零焦，将调焦镜筒停留高度位置记作Y2；
S5、通过上位机控制输出指令，对零焦补偿值进行读取，并读取指令通知激光切割头内部主控MCU实现对磁栅尺参数即零焦位置Y2的读取，零焦补偿值为Y2-Y1，并将该零焦补偿值存储于主控单元的FLASH中。
2.如权利要求1所述的一种智能激光切割头零焦补偿方法，其特征在于：所述S1中，磁栅尺的磁栅信号为增量式编码器信号，共包括ABZ三相信号，其中AB相组合信号代表为位移和方向信号，Z相信号为零点信号，取零点信号作为零点位置基准。
3.如权利要求1所述的一种智能激光切割头零焦补偿方法，其特征在于：所述S4中，通过激光切割头上的激光器出光针对激光切割头下方的钢板进行打标，通过下方钢板的标记比对在激光切割头下方1mm处的光斑。
4.如权利要求1所述的一种智能激光切割头零焦补偿方法，其特征在于：所述S5中，零焦补偿值用于后续对激光切割头调焦与回参的参数调用。
5.如权利要求1所述的一种智能激光切割头零焦补偿方法，其特征在于：所述切割头移动装置包括底座(1)，所述底座(1)上侧左端固定有切割头驱动电机(2)，所述切割头驱动电机(2)的输出端连接有丝杆(3)，所述丝杆(3)竖直设置，且丝杆(3)上配合连接有滑块(4)，所述底座(1)的前后两侧均固定有导向杆(5)，所述滑块(4)上开设有两个导向孔(501)，两个所述导向杆(5)分别穿过两个导向孔(501)，所述滑块(4)的右侧壁上固定有用于对激光切割头进行紧固的固定装置(6)。
6.如权利要求5所述的一种智能激光切割头零焦补偿方法，其特征在于：两侧的所述导向杆(5)对称设置，且导向杆(5)为不锈钢材质。
7.如权利要求5所述的一种智能激光切割头零焦补偿方法，其特征在于：每个所述导向孔(501)的内壁上均开设有多个滚珠槽(7)，多个所述滚珠槽(7)均环绕所述导向杆(5)设置，每个所述滚珠槽(7)的内部均填充有钢珠(8)。
8.如权利要求5所述的一种智能激光切割头零焦补偿方法，其特征在于：所述固定装置(6)包括第一固定块(601)和第二固定块(602)，所述第一固定块(601)和第二固定块(602)形状相同且相对设置，所述第一固定块(601)和第二固定块(602)上相对一侧的侧壁上均开设有卡槽(603)，所述第一固定块(601)上开设有两个卡接孔(604)，所述第二固定块(602)上连接有两个卡接铁柱(605)，两个所述卡接铁柱(605)对应插入两个所述卡接孔(604)内部，两个所述卡接孔(604)内底部均固定有电磁铁(606)，且电磁铁(606)与外部电源电连接，所述固定装置(6)上还设有用于控制电磁铁(606)通断电的开关。
9.如权利要求8所述的一种智能激光切割头零焦补偿方法，其特征在于：所述卡槽(603)为圆弧状，且卡槽(603)的内壁覆盖有橡胶垫。
10.如权利要求8所述的一种智能激光切割头零焦补偿方法其特征在于：每个所述卡接孔(604)的外端均设有限位凸起(607)，每个所述卡接铁柱(605)位于卡接孔(604)内的一端均设有限位块(608)。
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