CN111774722A - 一种基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光设备领域，具体涉及一种基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法。智能控制方法包括步骤：设置检测间隔时间数值T1；计时并进行激光加工；获取计时时间数值T2，当计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1，判断电容传感器的反馈信号是否异常；若电容传感器的反馈信号异常，先重新进行标定操作，再继续加工，并将计时时间数值T2复位，T2＝0；反则，继续加工，并将计时时间数值T2刷新，T2＝T2/n。本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明减少不必要的标定操作，提高了加工效率，更能进一步保证高度值精度的前提下，使工艺实现稳定加工。

Description

一种基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法

技术领域

本发明涉及激光设备领域，具体涉及一种基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法。

背景技术

激光加工是将激光束聚焦在工件表面，通过高温使物质相互作用以使材料熔化，最终达到加工要求，期间借助辅助气体将材料吹除。

为了保证加工质量，激光切割头的喷嘴和板材表面必须保持恒定高度，让光束最终以固定的高度聚焦于设定的工艺层面。激光切割系统通常使用Z轴跟随功能来保证焦距与工件表面高度恒定。目前，Z轴跟随功能一般均采用电容传感器来实时检测喷嘴到材料表面的距离，然后将信号经放大器、调高盒，最终传入切割系统，以指导Z轴做出相应的调整。

电容传感器是将电容的变化量转变为模拟量电压信号处理，经换算告知系统当前喷嘴到材料表面的高度。然而，此信号受加工过程中的高温和高压气体影响，会引起电容值的变化，导致电压信号换算后的高度值与真实值存在偏差，且干扰越大，偏差越大，最终影响Z轴跟随控制，影响穿孔和切割质量，所以需要在加工过程中进行反馈检测。

但是，关于反馈检测有三大问题，问题一、切割运动过程中进行动态检测，又会受到信号传输滞后、伺服跟随滞后、线路环境干扰、板材抖动干扰等影响，最终将扰动信号带入检测环节，产生新的误差；因此，检测环节需要在准静态下进行，并对输入信号进行防扰动处理。问题二、反馈检测的时间是采用轮廓或穿孔计数，待计数满足要求后停止当前加工任务以进行传感器的重新标定，但是计数数值不好把控，以及计数条件满足时并未对传感器当前状态进行检测,可能存在传感器反馈正常，无需重新标定的现象，此时标定会影响加工效率。问题三、喷嘴下方的板材面积会影响到电容值，进而影响标定结果，故此检测时要考虑喷嘴下方板材的实体情况，若有大面积的无板现象，也会影响标定结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法，解决动态检测误差大、采用轮廓或穿孔计数效率低、标定板材的大面积无板现象会影响标定结构的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法，包括步骤：设置检测间隔时间数值T1；计时并进行激光加工；获取计时时间数值T2，当计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1，判断电容传感器的反馈信号是否异常；若电容传感器的反馈信号异常，先重新进行标定操作，再继续加工，并将计时时间数值T2复位，T2＝0；反则，继续加工，并将计时时间数值T2刷新，T2＝T2/n。

其中，较佳方案是，所述判断电容传感器的反馈信号是否异常的步骤包括：以当前加工时激光头的高度为基准，调整激光头的高度；根据电容传感器的反馈信号，获取换算调整高度的理论值与实际高度的误差；若误差不在预设范围内认为电容传感器的反馈信号异常，反则认为是正常。

其中，较佳方案是，所述判断电容传感器的反馈信号是否异常的具体步骤包括：设置预设量程H2和容差A；激光头从当前加工高度H1，增量上升预设量程H2；采集电容传感器的反馈信号，且换算成高度值H3，并计算容差B＝|高度值H3-加工高度H1-预设量程H2|，若容差B小于容差A认为电容传感器的反馈信号正常，反则认为异常。

其中，较佳方案是：所述预设量程H2＝k*量程h，所述k取值0.7-0.85。

其中，较佳方案是：所述标定操作包括在当前加工板材进行标定操作，或者移动至标定板材进行标定操作。

其中，较佳方案是，所述智能控制方法的步骤还包括：对电容传感器的反馈信号进行滤波处理后再进行换算。

其中，较佳方案是，所述智能控制方法的步骤还包括：设置第一类加工工艺；完成第一类加工工艺后，获取计时时间数值T2，并对计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1进行比较；若计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1，判断电容传感器的反馈信号是否异常；反则继续加工。

其中，较佳方案是：所述第一类加工工艺为轮廓加工。

其中，较佳方案是，所述智能控制方法的步骤还包括：周期性检测是否完成第一类加工工艺；若没有完成，继续计时，反则，对计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1进行比较；若计时时间数值T2小于检测间隔时间数值T1，继续加工，且继续计时；反则，判断电容传感器的反馈信号是否异常。

其中，较佳方案是，所述智能控制方法的步骤还包括：在完整加工过程中设置有至少一加工任务，每一所述加工任务均设置有设置第一类加工工艺和第二类加工工艺；若进行第一类加工工艺，周期性检测是否完成第一类加工工艺；若没有完成，继续计时，反则，对计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1进行比较；若计时时间数值T2小于检测间隔时间数值T1，继续加工第一类加工工艺或第二类加工工艺，且继续计时；反则，判断电容传感器的反馈信号是否异常；在判断电容传感器的反馈信号是否异常中，若电容传感器的反馈信号异常，先重新进行标定操作，再继续加工第一类加工工艺或第二类加工工艺，并将计时时间数值T2复位，T2＝0；反则，继续加工第一类加工工艺或第二类加工工艺，并将计时时间数值T2刷新，T2＝T2/n；判断是否完成所有加工任务，若没有继续加工，若完成退出。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明为了更高的加工效率，在确定电容传感器还处于正常状态，没必要进行标定操作，忽略“判断电容传感器的反馈信号是否异常”的时间，整个加工过程的主要还是进行激光加工，可在不影响加工效率的情况下，减少不必要的标定操作，提高了加工效率，更能进一步保证高度值精度的前提下，使工艺实现稳定加工。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法的流程示意图；

图2是本发明判断电容传感器的反馈信号是否异常的流程示意图；

图3是图2更具体的流程示意图；

图4是本发明调整激光头的高度以进行异常判断的示意图；

图5是图1基于第一类加工工艺的流程示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，本发明提供一种基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法的优选实施例。

一种基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法，包括步骤：

步骤S100、设置检测间隔时间数值T1；

步骤S200、计时并进行激光加工；

步骤S300、获取计时时间数值T2，并进行计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1的比较；

步骤S410、当计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1，判断电容传感器的反馈信号是否异常；反则，返回步骤S200；

步骤S420、若电容传感器的反馈信号异常，先重新进行标定操作，再继续加工，并将计时时间数值T2复位，T2＝0；

步骤S430、若电容传感器的反馈信号正常，继续加工，并将计时时间数值T2刷新，T2＝T2/n；

步骤S510、判断是否完成当前加工任务；

步骤S520、若完成，结束激光加工；反则，返回步骤S200。

具体地，为了避免不必要的标定操作，提高整体工作效率，又能及时获取电容传感器的异常，在加工过程中不断计时，并与设置的检测间隔时间数值T1进行比较，以判断是否到达检测时间，若没有到检测时间，不断重复步骤S200和步骤S300，若到达检测时间，即当计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1，进行电容传感器的反馈信号的异常判断。根据上述异常判断的结构，分别进入步骤S420和步骤S430，在步骤S420中，表示电容传感器的反馈信号异常，即电容传感器会影响后续激光加工，对电容传感器重新进行标定操作，让电容传感器“恢复正常”，且可重新计算计时时间数值T2；在步骤S430中，表示电容传感器的反馈信号正常，即电容传感器对后续激光加工的影响较小，为了提高整体加工效率，不对电容传感器进行操作，继续加工，但是为了防止电容传感器随时出现异常(或者进入异常临界值)，将计时时间数值T2刷新，T2＝T2/n，并非复位，优选地，所述n为2。在整个激光加工过程中，不断重复步骤S200至步骤S430，直到当前加工任务完成后，进入步骤S520结束激光加工。

一方面，整个“判断电容传感器的反馈信号是否异常”可采用多种方式实现，如常规的高度值与理论值比较、移动值与理论值比较、检测电容传感器性能等，其采用的时间可以很短，另一方面，标定操作会影响整体效率，为了更高的加工效率，在确定电容传感器还处于正常状态，没必要进行标定操作。忽略“判断电容传感器的反馈信号是否异常”的时间，整个加工过程的主要还是进行激光加工，可在不影响加工效率的情况下，减少不必要的标定操作，提高了加工效率，更能进一步保证高度值精度的前提下，使工艺实现稳定加工。

如图2、图3和图4所示，本发明提供判断电容传感器的反馈信号是否异常的较佳实施例。

所述判断电容传感器的反馈信号是否异常的步骤包括：

步骤S411、以当前加工时激光头的高度为基准，调整激光头的高度；

步骤S412、根据电容传感器的反馈信号，获取换算调整高度的理论值与实际高度的误差；

步骤S413、误差是否在预设范围内；

步骤S414、若误差不在预设范围内认为电容传感器的反馈信号异常，并进入步骤S420；

步骤S415、反则认为是正常，并进入步骤S430。

具体地，在步骤S300中，当计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1，进入步骤S411至步骤S415，实现判断电容传感器的反馈信号是否异常。通过Z轴调整激光头的高度，由于是通过Z轴调整，所述实际高度是已知的，通过采集电容传感器的反馈信号，并进行相关处理，如对电容传感器的反馈信号进行滤波处理后再进行换算以减小噪声输入的干扰，并根据换算后调整高度的理论值与实际高度进行比较，并与已预设好的误差进行比较。在步骤S414和步骤S415中，根据比较结果分别进入步骤S420和步骤S30，步骤S414表示误差过大，认为此时电容传感器为异常状态，需要进行标定操作，进行性能恢复，而步骤S415表示误差在许可范围内，认为对后续激光加工的影响较小，进入步骤S430，不需要进行标定操作。

其中，若电容传感器处于正常状态，其换算后的数值应该与预设的高度值是一一对应的，符合真实高度值，且作为激光头的检测基准。

其中，滤波处理可以是均值滤波或其它降噪滤波处理方法。

在本实施例中，提供判断电容传感器的反馈信号是否异常的更具体方案，并参考图3和图4。

所述判断电容传感器的反馈信号是否异常的具体步骤包括：

步骤S4111、设置预设量程H2和容差A；

步骤S4112、激光头从当前加工高度H1，增量上升预设量程H2；

步骤S4121、采集电容传感器的反馈信号，且换算成高度值H3，并计算容差B＝|高度值H3-加工高度H1-预设量程H2|；

步骤S4131、容差B小于容差A，若是，进入步骤S415，反则进入步骤S414。

具体地，加工高度H1为实际激光加工时，激光头200的随高高度，可以在激光头200进行加工过程中，进行步骤S300的判定，若是满足“当计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1”，可以直接进行步骤S4111至步骤S4121的执行，反则可以直接继续加工。在步骤S4111至步骤S4121中，先通过Z轴升高激光头200，升高高度为预设量程H2，优选地，所述预设量程H2＝k*量程h，所述k取值0.7-0.85，单位为mm，等到激光头200稳定在身高的高度后，通过电容传感器的反馈信号换算成高度值H3，将换算成高度值H3减去加工高度H1，若电容传感器正常，减去后的高度应该就是预设量程H2，当然，设置一个容差A，并确保高度值H3-加工高度H1-预设量程H2的绝对值容差B在容差A的许可范围内，认为电容传感器正常，反则电容传感器为异常，电容传感器为异常，认为存在撞板或影响穿孔效果和切割质量的风险，需要对其进行重新标定，以纠正系统的电压-高度关系。

其中，由于检测信号受加工过程中的高温和高压气体影响，会引起电容值的变化，导致电压信号换算后的高度值与真实值存在偏差，且干扰越大，偏差越大，最终影响Z轴跟随控制，影响穿孔和切割质量，所以需要在加工过程中进行反馈检测。以及，在传感器的测量范围内，越靠近测量极限范围，误差越大，但退化一点是不影响实际使用，或对加工质量影响较小，因此通过k取值0.7-0.85，一方面既可以避免频繁的标定，另一方面也考虑本身的小范围退化允许。

在本实施例中，所述标定操作可以是在当前加工板材100进行标定操作，也可以是移动至标定板材进行标定操作，在当前加工板材100进行标定操作，效率更高，但是需要确保当前加工板材100的完整性，起码是激光头200正下方的加工板材100的完整性，便于在标定时防止加工板材100表面凹凸不平，影响标定结果。

如图5所示，本发明提供基于第一类加工工艺的较佳实施例。

所述智能控制方法的步骤还包括：

步骤S110、设置检测间隔时间数值T1；

步骤S120、设置第一类加工工艺；

步骤S210、计时并进行激光加工；

步骤S220、判断是否完成第一类加工工艺，若完成进入步骤S300，反则进入步骤S230；

步骤S230、继续加工，重回步骤S220；

步骤S300、获取计时时间数值T2，并进行计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1的比较，当计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1进入步骤S410，反则重回步骤S230；

步骤S410、当计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1，判断电容传感器的反馈信号是否异常；反则，返回步骤S200；

步骤S420、若电容传感器的反馈信号异常，先重新进行标定操作，再继续加工，并将计时时间数值T2复位，T2＝0；

步骤S430、若电容传感器的反馈信号正常，继续加工，并将计时时间数值T2刷新，T2＝T2/n；

步骤S510、判断是否完成当前加工任务；

步骤S520、若完成，结束激光加工；反则，返回步骤S220。

具体地，相对于上述如图1所示的流程，本方案增加了对加工工艺的设定，且设定为第一类加工工艺时，需要等待其加工完成后才能进行计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1的比较。优选地，所述第一类加工工艺为轮廓加工，而非第一类加工工艺的加工工艺为钻孔、小轮廓等；一方面，防止由于中断加工导致的产品损坏或不良影响，特别是对大轮廓加工时，另一方面，完成轮廓加工后，一般是属于工件的完成的最后步骤，并会移动到下一加工工件的初始位置，在板面标定操作时选择在轮廓起点进行标定，保证喷嘴下方有足够的面积进行标定。

进一步地，周期性检测是否完成第一类加工工艺，若没有完成，继续计时，反则，对计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1进行比较，以及若计时时间数值T2小于检测间隔时间数值T1，继续加工(返回步骤S230)，且继续计时；反则，判断电容传感器的反馈信号是否异常(进入步骤S300)。

对于计时时间数值的增加方案有多套，可以按常规时间增加，也可以根据上述的描述进行特定步骤进行增加计时时间数值，此刻的计时时间数值可称呼为步骤数值。具体地，在完整加工过程中设置有至少一加工任务，每一所述加工任务均设置有设置第一类加工工艺和第二类加工工艺；若进行第一类加工工艺，周期性检测是否完成第一类加工工艺；若没有完成，继续计时，反则，对计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1进行比较；若计时时间数值T2小于检测间隔时间数值T1，继续加工第一类加工工艺或第二类加工工艺，且继续计时；反则，判断电容传感器的反馈信号是否异常；在判断电容传感器的反馈信号是否异常中，若电容传感器的反馈信号异常，先重新进行标定操作，再继续加工第一类加工工艺或第二类加工工艺，并将计时时间数值T2复位，T2＝0；反则，继续加工第一类加工工艺或第二类加工工艺，并将计时时间数值T2刷新，T2＝T2/n；判断是否完成所有加工任务，若没有继续加工，若完成退出。

以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于激光系统电容传感器反馈信号衰变的智能控制方法，其特征在于，包括步骤：

设置检测间隔时间数值T1；

计时并进行激光加工；

获取计时时间数值T2，当计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1，判断电容传感器的反馈信号是否异常；

若电容传感器的反馈信号异常，先重新进行标定操作，再继续加工，并将计时时间数值T2复位，T2＝0；反则，继续加工，并将计时时间数值T2刷新，T2＝T2/n。

2.根据权利要求1所述的智能控制方法，其特征在于，所述判断电容传感器的反馈信号是否异常的步骤包括：

以当前加工时激光头的高度为基准，调整激光头的高度；

根据电容传感器的反馈信号，获取换算调整高度的理论值与实际高度的误差；

若误差不在预设范围内认为电容传感器的反馈信号异常，反则认为是正常。

3.根据权利要求2所述的智能控制方法，其特征在于，所述判断电容传感器的反馈信号是否异常的具体步骤包括：

设置预设量程H2和容差A；

激光头从当前加工高度H1，增量上升预设量程H2；

采集电容传感器的反馈信号，且换算成高度值H3，并计算容差B＝|高度值H3-加工高度H1-预设量程H2|，若容差B小于容差A认为电容传感器的反馈信号正常，反则认为异常。

4.根据权利要求3所述的智能控制方法，其特征在于：所述预设量程H2＝k*量程h，所述k取值0.7-0.85。

5.根据权利要求1至4任一所述的智能控制方法，其特征在于：所述标定操作包括在当前加工板材进行标定操作，或者移动至标定板材进行标定操作。

6.根据权利要求2至4任一所述的智能控制方法，其特征在于，所述智能控制方法的步骤还包括：对电容传感器的反馈信号进行滤波处理后再进行换算。

7.根据权利要求1所述的智能控制方法，其特征在于，所述智能控制方法的步骤还包括：

设置第一类加工工艺；

完成第一类加工工艺后，获取计时时间数值T2，并对计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1进行比较；

若计时时间数值T2大于检测间隔时间数值T1，判断电容传感器的反馈信号是否异常；反则继续加工。

8.根据权利要求7所述的智能控制方法，其特征在于：所述第一类加工工艺为轮廓加工。

9.根据权利要求7所述的智能控制方法，其特征在于，所述智能控制方法的步骤还包括：

周期性检测是否完成第一类加工工艺；

若没有完成，继续计时，反则，对计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1进行比较；

若计时时间数值T2小于检测间隔时间数值T1，继续加工以及计时；反则，判断电容传感器的反馈信号是否异常。

10.根据权利要求7至9任一所述的智能控制方法，其特征在于，所述智能控制方法的步骤还包括：

在完整加工过程中设置有至少一个加工任务，每一所述加工任务均设置有设置第一类加工工艺和第二类加工工艺；

若进行第一类加工工艺，周期性检测是否完成第一类加工工艺；

若没有完成，继续计时，反则，对计时时间数值T2和检测间隔时间数值T1进行比较；

若计时时间数值T2小于检测间隔时间数值T1，继续加工第一类加工工艺或第二类加工工艺，且继续计时；反则，判断电容传感器的反馈信号是否异常；

在判断电容传感器的反馈信号是否异常中，若电容传感器的反馈信号异常，先重新进行标定操作，再继续加工第一类加工工艺或第二类加工工艺，并将计时时间数值T2复位，T2＝0；反则，继续加工第一类加工工艺或第二类加工工艺，并将计时时间数值T2刷新，T2＝T2/n；

判断是否完成所有加工任务，若没有继续加工，若完成退出。

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