CN111745311B - 一种激光穿孔方法、多阶段穿孔方法及连续穿孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光穿孔领域，尤其涉及一种激光穿孔方法、多阶段穿孔方法、连续穿孔方法及激光穿孔系统，所述激光穿孔方法，包括步骤：获取电容传感器的测量范围、激光头的目前高度以及目标高度；判断目前高度、目标高度是否都在测量范围内；当否时，移动激光头至目标高度，然后执行穿孔动作；当是时，根据目标高度确定容差，获取目前高度以及目标高度的高度差，并对比高度差、容差；当高度差小于等于容差时，直接进行穿孔动作；当高度差大于容差时，移动激光头至目标高度，然后执行穿孔动作。通过增加容差值，在目前高度、目标高度的差值小于容差的前提条件下，无需调整激光头的位置，可以直接进行穿孔动作，有效的提高穿孔效率。

Description

一种激光穿孔方法、多阶段穿孔方法及连续穿孔方法

技术领域

本发明涉及激光穿孔领域，尤其涉及一种激光穿孔方法、多阶段穿孔方法、连续穿孔方法及激光穿孔系统。

背景技术

在激光加工领域，通过利用激光束与物质相互作用来对材料进行加工，如切割、焊接、打孔、增材、表面处理等。随着市场激光器功率的不断增高，加工型材的厚度也随着增加，穿孔作为厚板加工时必不可少的一个环节，其穿孔效率很大程度上影响整体效率。

厚板穿孔时，需要将切割头移动至不同的工艺高度，点射激光，从而使材料蒸发，以便切割时气路畅通，熔渣排除。板材较薄时穿孔高度较低，可以直接通过系统的随动功能(高度控制模块，用以保证喷嘴到板面的高度恒定，间接的保证了加工时焦点的稳定)直接定位到目标高度，进行穿孔动作。然而，随着板材增厚，穿孔高度变高，加之市场上电容传感器的量程范围均不高，这类情况下的穿孔，常常需要先随动到基准位置，然后再基于此高度作为基准，运动到真实的目标高度。所以传统的厚板、极厚板的穿孔流程为：运动到板面上方一个较低高度，然后基于此高度往上插补运动至目标高度。从动作上来看，运动到基准高度的流程会使穿孔动作繁琐，影响穿孔效率，最终直接影响生产效率，造成成本的浪费。

另外，在加工过程中，传感器受温度和吹高压气体的影响，一段时间后传感器量程末端电容值会受到干扰，致使反馈的电压和高度信息会存在一定的偏差值，最终导致电压值经换算后的高度值，与真实的高度值不等。所以穿孔定位时，当前位置换算后的高度值也会存在一定误差。当误差较大时可能引起切割头撞板，或者影响穿孔质量。但是，距离板面越高，误差越大；距离板面越近，误差越小的原则始终保持着。

所以，为了提高厚板的穿孔效率，优化穿孔动作以避免一些冗余流程，同时考虑因外界因素引起的传感器反馈误差，本专利提出了一种基于电容传感器感知距离的激光快速穿孔模块化处理方法。该方法能有效的减少厚板穿孔时的动作，穿孔一步到位，极大的提升穿孔效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种激光穿孔方法、多阶段穿孔方法、连续穿孔方法及激光穿孔系统，解决现有的穿孔方法效率低的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种激光穿孔方法，包括步骤：

步骤S11，获取电容传感器的测量范围、激光头的目前高度以及目标高度；

步骤S12，判断目前高度、目标高度是否都在测量范围内；当是时，跳到步骤S13；当否时，跳到步骤S14；

步骤S13，根据目标高度确定容差，获取目前高度以及目标高度的高度差，并对比高度差、容差；当高度差小于等于容差时，直接进行穿孔动作；当高度差大于容差时，跳到步骤S14；

步骤S14，移动激光头至目标高度，然后执行穿孔动作。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤S12包括步骤：

步骤S121，根据电容传感器的有效测量范围，定义测量范围内的最高安全高度以及最低安全高度，其中最高安全高度为K1*测量范围的量程,所述K1的取值范围为0.8～0.9；最低安全高度为K2*测量范围的量程；

步骤S122，判断目前高度、目标高度在测量范围中的位置；当目前高度、目标高度均在最高安全高度和最低安全高度之间范围时，跳到步骤S13；当目前高度大于最高安全高度，或目标高度不在最高安全高度和最低安全高度之间范围时，则跳到步骤S14。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤S121中，K1的取值范围为0.8～0.9，K2的取值范围为0.1～0.15。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤S14包括步骤：

步骤S141，对目前高度和目标高度的位置进行判断；

步骤S142，当目标高度小于最低安全高度时，激光头从目前高度直接随动至目标高度后，再执行穿孔动作；

步骤S143，当目前高度小于等于最高安全高度，目标高度在最高安全高度和最低安全高度之间时，激光头从目前高度插补运动至目标高度后，再执行穿孔动作；

步骤S144，当目前高度大于最高安全高度或目标高度大于最高安全高度时，激光头从目前高度随动至基准安全高度，建立穿孔基准，以此向上插补运动至目标穿孔高度，再执行穿孔动作；其中，基准安全高度为K3*测量范围的量程，K3的取值范围为0.4～0.5。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤S13根据目标高度确定容差的规则为：

当0*测量范围≤目标高度＜0.4*测量范围时，容差为±0.5mm；

当0.4*测量范围≤目标高度≤0.6*测量范围时，容差为±1mm；

当0.6*测量范围＜目标高度≤1*测量范围时，容差为±1.5mm。

本发明还提供一种多阶段穿孔方法，包括步骤：

步骤S21，获取穿孔任务；

步骤S22，采用如以上任一项所述的激光穿孔方法进行一阶段穿孔作业；

步骤S23，判断穿孔任务是否完成，若是，则结束；若否，则跳到步骤24进行下一阶段的穿孔作业；

步骤S24，采用如以上任一项所述的激光穿孔方法进行当前阶段的穿孔作业，然后跳到步骤23。

本发明还提供一种连续穿孔方法，包括步骤：

步骤S31，获取加工任务。

步骤S32，采用如以上任一项所述的激光穿孔方法依次进行多个穿孔作业。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤S32包括步骤：

步骤S321，采用如以上任一项所述的激光穿孔方法进行当前位置的穿孔作业；

步骤S323，判断是否完成加工任务；当否时，跳到步骤S324；当是时，则结束。

步骤S324，蛙跳至下一穿孔位置，并跳到步骤S321。

本发明的更进一步优选方案是：所述步骤S324包括步骤：

步骤S3241，判断是否开启快速穿孔模式；当是时，跳到步骤S3242；当否时，跳到步骤S3243；

步骤S3242，判断下一穿孔位置的一阶段目标高度是否在测量范围内；当是时，跳到步骤S3244；当否时，跳到步骤S3243；

步骤S3243，获取蛙跳的固定下落高度，进行蛙跳，然后跳到步骤S321；

步骤S3244，将下一穿孔位置的一阶段目标高度赋值给蛙跳下落高度，进行蛙跳，然后跳到步骤S321。

本发明的更进一步优选方案是：所述连续穿孔方法还包括步骤：

步骤S322，判断是否启用起刀工艺；当是时，采用起刀工艺加工，再通过激光切割当前轮廓；当否时，直接通过激光切割当前轮廓。

本发明还提供一种激光穿孔系统，包括：

参数获取模块，用于获取电容传感器的测量范围、激光头的目前高度以及目标高度；

判断模块，用于比较判断目前高度、目标高度是否都在测量范围内；当是时，采用第一穿孔模块进行穿孔作业；当否时，采用第二穿孔模块进行穿孔作业；

第一穿孔模块，根据目标高度确定容差，获取目前高度以及目标高度的高度差，并对比高度差、容差；当高度差小于等于容差时，直接进行穿孔动作；当高度差大于容差时，采用第二穿孔模块进行穿孔作业；

第二穿孔模块，移动激光头至目标高度，然后执行穿孔动作。

本发明的有益效果是：通过增加容差值，在目前高度、目标高度的差值小于容差的前提条件下，无需调整激光头的位置，可以直接进行穿孔动作，有效的提高穿孔效率。

附图说明

图1是本发明实施例的激光穿孔方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例的步骤S12的具体流程图；

图3是本发明实施例的步骤S14的具体流程图；

图4是本发明实施例的多阶段穿孔方法的步骤流程图；

图5是本发明实施例的连续穿孔方法的步骤流程图；

图6是本发明实施例的步骤S32的具体流程图；

图7是本发明实施例的步骤S324的具体流程图；

图8是本发明实施例的激光穿孔系统的组成图；

图9是本发明实施例的连续穿孔方法的具体流程图；

图10是本发明实施例的多阶段穿孔方法的具体流程图；

图11是本发明实施例激光穿孔方法的穿孔示意图。

具体实施方式

本发明提供一种激光穿孔方法、多阶段穿孔方法、连续穿孔方法及激光穿孔系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的一种激光穿孔方法，一并参见图1至图11，其包括步骤：

步骤S11，获取电容传感器的测量范围、激光头的目前高度以及目标高度；

步骤S12，判断目前高度、目标高度是否都在测量范围内；当是时，跳到步骤S13；当否时，跳到步骤S14；

步骤S13，根据目标高度确定容差，获取目前高度以及目标高度的高度差，并对比高度差、容差；当高度差小于等于容差时，直接进行穿孔动作；当高度差大于容差时，跳到步骤S14。

步骤S14，移动激光头至目标高度，然后执行穿孔动作。

其中，所述目标高度是指穿孔高度；

其中，所述容差是指以目标高度为基准，以一定的距离范围进行偏差。当激光头的目前高度与目标高度的距离小于容差时，进行穿孔动作，不会影响穿孔动作的正常进行。

其中，所述穿孔动作包括调节气压，调节焦点，出光穿孔。

本发明通过增加一个容差值，当目前高度与目标高度的差值小于容差时，无需调整激光头的位置，直接进行穿孔动作，有效的减少小距离移动的时间，提高加工效率，提高装置的稳定性(防止小距离移动引起的抖动)。通过限定目标高度、目前高度均在测量范围内，可以保证目前高度、目标高度的差值的准确性，保证穿孔作业的正常进行。

其中，基于激光加工中电容传感器的特性，当传感器超出了测量范围之后，所获取的值均为最大值，比如：测量范围为20mm,对应10V电压，那么在20mm、30mm、50mm...的高度获取的电压均为10V。所以，穿孔前一定要先进行测量范围的判断，一旦超出范围，所得到的10V电压所对应的目前高度就无法测量。

所述步骤S12包括步骤：

步骤S121，根据电容传感器的有效测量范围，定义测量范围内的最高安全高度以及最低安全高度；其中，最高安全高度为K1*测量范围的量程，最低安全高度为K2*测量范围的量程；

步骤S122，判断目前高度、目标高度在测量范围中的位置；当目前高度、目标高度均在最高安全高度和最低安全高度之间范围时，跳到步骤S13；当目前高度大于最高安全高度，或目标高度不在最高安全高度和最低安全高度之间范围时，则跳到步骤S14。

其中，K1为有效测量范围最大界限系数，K2为有效测量范围最小界限系数，K1的取值范围为0.8～0.9，K2的取值范围为0.1～0.15。其中，当电容传感器是理想的，即不存在测量误差时，所述K1可取值0.99，K2可取值0.1，用于规避信号滞后带来的影响。

其中，电容传感器使用时间过久后会出现老化，因此在测量范围中定义最高安全高度以及最低安全高度，可以有效的避免电容传感器出现老化导致的测量误差的问题，提高控制的准确性，同时可防止激光头与工件碰撞。例如，正常的电容传感器测量范围20mm对应10v，而实际使用过程中，由于电容传感器老化，可能18mm得到的也是10v电压，测量范围不准，通过界定有效测量范围，可以提高测量的准确性，并保护设备。

进一步的，步骤S141，对目前高度和目标高度的位置进行判断；

步骤S142，当目前高度位小于等于最高安全高度，目标高度小于最低安全高度时，激光头从目前高度直接随动至目标高度后，再执行穿孔动作；

步骤S143，当目前高度小于等于最高安全高度，目标高度在最高安全高度和最低安全高度之间时，激光头从目前高度插补运动至目标高度后，再执行穿孔动作；

步骤S144，当目前高度大于最高安全高度或目标高度大于最高安全高度时，激光头从目前高度随动至基准安全高度，建立穿孔基准，以此向上插补运动至目标穿孔高度，再执行穿孔动作；其中，基准安全高度为K3*测量范围的量程，K3的取值范围为0.4～0.5。其中，K3为基准安全高度界定系数。通过限定基准安全高度为0.4到0.5倍测量范围，激光头下落的高度不是太低，再次上抬的距离也就不会太多，用的行程就不会太长，时间也就相应的适中，保证了效率，也保证了精度。

为了更进一部的提高穿孔效率，可根据目前高度以及目标高度的不同，选择不同的激光头移动的方式；当目前高度大于最高安全高度或目标高度大于最高安全高度时，由于电容传感器已经无法获取准确的数值，需要建立基准再进行调整，其中，首先采用随动的方式进行，可以防止激光头与工件碰撞，然后采用插补的方式，调节速度快，提高工作效率；当目前高度小于等于最高安全高度，目标高度在最高安全高度和最低安全高度之间时，直接采用插补的方式，以提高加工效率；当目前高度小于等于最高安全高度，目标高度小于最低安全高度时，此时目标高度与工件比较接近，采用随动的方式进行，可以防止激光头与工件碰撞，保证加工的稳定性。

进一步的，所述步骤S13根据目标高度确定容差的规则为：

当0*测量范围≤目标高度＜0.4*测量范围时，容差为±0.5mm；

当0.4*测量范围≤目标高度≤0.6*测量范围时，容差为±1mm；

当0.6*测量范围＜目标高度≤1*测量范围时，容差为±1.5mm。

不同的目标高度所使用的容差不同，随着目标高度的增大，容差也增大。本发明通过大量的实验，获取了对应不同高度时的容差值，在保证穿孔动作顺利完成的前提下，提高加工效率。

进一步的，本发明实施例还提供一种多阶段穿孔方法，包括步骤：

步骤S21，获取穿孔任务；

步骤S22，采用如以上任一项所述的激光穿孔方法进行一阶段穿孔作业；

步骤S23，判断穿孔任务是否完成，若是，则结束；若否，则跳到步骤24进行下一阶段的穿孔作业；

步骤S24，采用如以上任一项所述的激光穿孔方法进行当前阶段的穿孔作业，然后跳到步骤23。

其中，多阶段穿孔方法主要应用厚度较大的工件的穿孔，当工件的厚度较大时，需要分多个阶段进行穿孔作业，每个阶段都需要重新调整目标高度。本发明通过采用所述激光穿孔方法进行多阶段穿孔，当相邻的两个阶段的穿孔高度的差值小于容差时，可不调整直接进行加工，从而提高加工效率。

进一步的，本发明实施例还提供一种连续穿孔方法，包括步骤：

步骤S31，获取加工任务。

步骤S32，采用如以上任一项所述的激光穿孔方法依次进行多个穿孔作业。

其中，所述连续穿孔方法适用于在工件上连续加工多个孔。通过采用所述激光穿孔方法进行多个孔的穿孔作业，可以有效的提高加工效率。

进一步的，所述步骤S32包括步骤：

步骤S321，采用如以上任一项所述的激光穿孔方法进行当前位置的穿孔作业；

步骤S323，判断是否完成加工任务；当否时，跳到步骤S324；当是时，则结束。

步骤S324，蛙跳至下一穿孔位置，并跳到步骤S321。

本发明在加工多个孔时，两个孔之间位置的变化采用蛙跳的形式，对比普通的平移类的调整方式，蛙跳可以更进一步降低位移时间，提高生产效率。

进一步的，所述步骤S324包括步骤：

步骤S3241，判断是否开启快速穿孔模式；当是时，跳到步骤S3242；当否时，跳到步骤S3243；

步骤S3242，判断下一穿孔位置的一阶段目标高度是否在电容器测量范围内；当是时，跳到步骤S3244；当否时，跳到步骤S3243；

步骤S3243，获取蛙跳的固定下落高度，进行蛙跳，然后跳到步骤S321；

步骤S3244，将下一穿孔位置的一阶段目标高度赋值给蛙跳下落高度，进行蛙跳，然后跳到步骤S321。

其中，快速穿孔模式用于提高蛙跳下落高度的准确性。普通的蛙跳下落高度是由多个从大到小的固定值组成的，当目标高度在两个固定之间时，输出的下落高度只能是接近目标高度的固定值。而本发明将目标高度赋值给下落高度，并通过电容传感器确定目前高度，即可提高下落高度的准确性。

进一步的，所述连续穿孔方法还包括步骤：

步骤S322，判断是否启用起刀工艺；当是时，采用起刀工艺加工，再通过激光切割当前轮廓；当否时，直接通过激光切割当前轮廓。

本发明实施例还提供一种激光穿孔系统，包括：

参数获取模块100，用于获取电容传感器的测量范围、激光头的目前高度以及目标高度；

判断模块200，用于比较判断目前高度、目标高度是否都在测量范围内；当是时，采用第一穿孔模块300进行穿孔作业；当否时，采用第二穿孔模块400进行穿孔作业；

第一穿孔模块300，根据目标高度确定容差，获取目前高度以及目标高度的高度差，并对比高度差、容差；当高度差小于等于容差时，直接进行穿孔动作；当高度差大于容差时，采用第二穿孔模块进行穿孔作业；

第二穿孔模块400，移动激光头至目标高度，然后执行穿孔动作。

本发明通过参数获取模块100可获取电容传感器的测量范围、激光头的目前高度以及目标高度；再通过判断模块200确定目前高度、目标高度是否都在测量范围内；最后根据比较结果选用第一穿孔模块300进行容差穿孔，或使用第二穿孔模块400进行普通穿孔。本激光穿孔系统可有效的节省穿孔高度调节时间，提高工作效率。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种激光穿孔方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S11，获取电容传感器的测量范围、激光头的目前高度以及目标高度；

步骤S12，定义电容传感器测量范围内的最高安全高度以及最低安全高度，其中，最高安全高度为K1*测量范围的量程；最低安全高度为K2*测量范围的量程；判断目前高度、目标高度的位置；当目前高度、目标高度均在最高安全高度和最低安全高度之间范围时，跳到步骤S13；当目前高度大于最高安全高度，或目标高度不在最高安全高度和最低安全高度之间范围时，则跳到步骤S14；

步骤S13，根据目标高度确定容差，获取目前高度以及目标高度的高度差，并对比高度差、容差；当高度差小于等于容差时，直接进行穿孔动作；当高度差大于容差时，跳到步骤S14；

步骤S14，移动激光头至目标高度，然后执行穿孔动作。

2.根据权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，所述步骤S12中，K1的取值范围为0.8~0.9，K2的取值范围为0.1~0.15。

3.根据权利要求1所述的激光穿孔方法，其特征在于，所述步骤S14包括步骤：

步骤S141，对目前高度和目标高度的位置进行判断；

步骤S142，当目前高度小于等于最高安全高度，目标高度小于最低安全高度时，激光头从目前高度直接随动至目标高度后，再执行穿孔动作；

步骤S143，当目前高度大于最高安全高度或目标高度大于最高安全高度时，激光头从目前高度随动至基准安全高度，建立穿孔基准，以此向上插补运动至目标穿孔高度，再执行穿孔动作；其中，基准安全高度为K3*测量范围的量程，K3的取值范围为0.4~0.5。

4.根据权利要求1-3任一所述的激光穿孔方法，其特征在于，所述步骤S13根据目标高度确定容差的规则为：

当0*测量范围≤目标高度＜ 0.4*测量范围时，容差为±0.5mm；

当0.4*测量范围≤目标高度≤ 0.6*测量范围时，容差为±1mm；

当0.6*测量范围＜目标高度≤ 1*测量范围时，容差为±1.5mm。

5.一种多阶段穿孔方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S21，获取穿孔任务；

步骤S22，采用如权利要求1-4任一所述的激光穿孔方法进行一阶段穿孔作业；

步骤S23，判断穿孔任务是否完成，若是，则结束；若否，则跳到步骤S24进行下一阶段的穿孔作业；

步骤S24，采用如权利要求1-4任一所述的激光穿孔方法进行当前阶段的穿孔作业，然后跳到步骤23。

6.一种连续穿孔方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S31，获取加工任务；

步骤S32，采用如权利要求1-4任一所述的激光穿孔方法依次进行多个穿孔作业。

7.根据权利要求6所述的连续穿孔方法，其特征在于，所述步骤S32包括步骤：

步骤S321，采用如权利要求1-4任一所述的激光穿孔方法进行当前位置的穿孔作业；

步骤S323，判断是否完成加工任务；当否时，跳到步骤S324；当是时，则结束；

步骤S324，蛙跳至下一穿孔位置，并跳到步骤S321。

8.根据权利要求7所述的连续穿孔方法，其特征在于，所述步骤S324包括步骤：

步骤S3241，判断是否开启快速穿孔模式；当是时，跳到步骤S3242；当否时，跳到步骤S3243；

步骤S3242，判断下一穿孔位置的一阶段目标高度是否在测量范围内；当是时，跳到步骤S3244；当否时，跳到步骤S3243；

步骤S3243，获取蛙跳的固定下落高度，进行蛙跳，然后跳到步骤S321；

步骤S3244，将下一穿孔位置的一阶段目标高度赋值给蛙跳下落高度，进行蛙跳，然后跳到步骤S321。

9.根据权利要求7所述的连续穿孔方法，其特征在于，所述连续穿孔方法还包括步骤：

步骤S322，判断是否启用起刀工艺；当是时，采用起刀工艺加工，再通过激光切割当前轮廓；当否时，直接通过激光切割当前轮廓。

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