CN111880474A - 一种z轴自适应激光加工系统及其加工方法 - Google Patents

一种z轴自适应激光加工系统及其加工方法 Download PDF

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陈国星
季骅
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Abstract

本发明公开了一种Z轴自适应激光加工系统及其加工方法，Z轴自适应激光加工系统包括用于对放置在工作台上的工件表面进行加工，激光加工系统包括激光加工头、控制模块、与激光加工头相对固定的第一测距传感器、用于驱动激光加工头上下运动的直线模组，其中，第一测距传感器和直线模组均与控制模块连接；第一测距传感器倾斜设置，激光加工头的加工面中心与第一测距传感器的测量面和激光枪重合；控制模块根据预设的距离范围和第一测距传感器检测到的距离来控制直线模组上下运动，使激光加工头与工件之间的实时距离满足预设的距离范围。本发明的激光加工系统能够实现Z轴高度自适应调节，适用于表面起伏的工件。

Description

一种Z轴自适应激光加工系统及其加工方法
技术领域
本发明涉及激光去污领域，尤其涉及一种Z轴自适应激光加工系统及其加工方法。
背景技术
现有技术中的激光加工系统通常是针对表面平整的工件进行加工，对于这种工件的加工，仅需要调整好激光加工头到工件表面的距离，之后激光加工头就不需要再在Z轴方向上上下移动。
但是，现有的激光加工系统无法适用于表面起伏的工件。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种Z轴自适应激光加工系统及其加工方法，技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种Z轴自适应激光加工系统，用于对放置在工作台上的工件表面进行加工，所述激光加工系统包括激光加工头、控制模块、与所述激光加工头相对固定的第一测距传感器、用于驱动激光加工头上下运动的直线模组、用于对所述工件进行定位的定位机构以及用于驱动所述激光加工头在水平面内移动的驱动机构，其中，所述第一测距传感器和直线模组均与所述控制模块连接；
所述第一测距传感器倾斜设置，所述激光加工头的加工面中心与所述第一测距传感器的测量面和激光枪重合；
所述定位机构包括与所述控制模块电连接的图像传感器及用于移动工件的移位机构，所述图像传感器与所述激光加工头相对固定；所述图像传感器分别用于对所述工作台进行图像检测以得到平台标识点坐标，以及用于对所述工件进行图像检测以得到工件标识点坐标，所述控制模块用于根据所述工件标识点坐标和平台标识点坐标来控制所述移位机构，以通过所述移位机构移动所述工件直至所述工件标识点坐标与平台标识点坐标重合；
在所述驱动机构驱动所述激光加工头在水平面内移动的过程中，所述第一测距传感器检测其与工件之间的距离，所述控制模块根据预设的距离范围和所述第一测距传感器检测到的距离来控制所述直线模组上下运动，使所述激光加工头与工件之间的实时距离满足所述预设的距离范围。
进一步地，所述Z轴自适应激光加工系统还包括与所述控制模块电连接的图像显示单元，所述图像显示单元用于实时显示所述图像传感器采集到的图像信息。
进一步地，所述移位机构包括x轴移位机构和y轴移位机构，所述控制模块根据所述工件标识点坐标和平台标识点坐标计算x轴移位距离和y轴移位距离。
进一步地，所述Z轴自适应激光加工系统还包括用于辅助检测所述激光加工头至工件的距离的第二测距传感器，所述第一测距传感器为激光位移传感器，所述第二测距传感器为超声波传感器。
可选地，所述图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
可选地，所述控制模块包括工控机和PLC。
优选地，所述直线模组通过库卡机器人法兰连接件与激光加工头连接。
另一方面，本发明提供了一种基于上述的Z轴自适应激光加工系统的加工方法，包括以下步骤：
S1、对放置在工作台上的工件进行标识点定位；
S2、驱动激光加工头在工件上方的水平面内扫描式移动，在移动过程中，控制直线模组带动激光加工头上下移动，包括如下步骤：
S21、激光加工头在初始停车位处启动Z轴运动，直至到达预设的安全高度距离；
S22、读取第一距离传感器检测到的实时高度距离，并开启激光加工头的工作模式；
S23、若所述实时高度距离大于预设的最大高度值且小于安全高度距离，则驱动直线模组下降；否则判断所述实时高度距离是否大于预设的最小高度值且小于预设的最大高度值，若是，则驱动直线模组上升；否则判断所述实时高度距离是否大于所述安全高度距离，若是，则驱动直线模组回归至停车位，并关闭所述激光加工头的工作模式。
进一步地，步骤S1包括：
S11、分别对工作台进行图像检测以得到平台标识点坐标，以及对工件进行图像检测以得到工件标识点坐标；
S12、判断所述平台标识点坐标与当前的工件标识点坐标是否重合，若是，则判定所述工件完成定位；否则执行S13；
S13、移动所述工件，并对移动后的工件再次进行图像检测，得到当前的工件标识点坐标，并执行S12。
具体地，根据所述工件标识点坐标和平台标识点坐标计算x轴移位距离和y轴移位距离；
利用移位机构对工件移位，包括：使工件沿x轴移动x轴移位距离，以及沿y轴移动y轴移位距离。
本发明具有下列优点：
a.在激光加工之前能够自动对工件进行初始化定位；
b.能够根据工件起伏表面对激光加工头进行Z轴高度自适应调节；
c.利用图像传感器辅助工件初始化定位。
附图说明
图1是本发明实施例提供的Z轴自适应激光加工系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的Z轴自适应激光加工系统的模块框图；
图3是本发明实施例提供的Z轴自适应激光加工系统的加工方法流程图；
图4是本发明实施例提供的Z轴高度调节方法流程图；
图5是本发明实施例提供的工件初始定位的方法流程图。
其中，附图标记为：1-激光加工头，2-第一测距传感器，3-直线模组，4-工件，5-工作台。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。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。
在本发明的一个实施例中，提供了一种Z轴自适应激光加工系统，用于对放置在工作台5上的工件4表面进行加工，所述激光加工系统包括激光加工头1、控制模块、与所述激光加工头1相对固定的第一测距传感器2、用于驱动激光加工头1上下运动的直线模组3、用于对所述工件4进行定位的定位机构以及用于驱动所述激光加工头1在水平面内移动的驱动机构，其中，所述第一测距传感器2和直线模组3均与所述控制模块连接，具体地，所述控制模块包括工控机和PLC；
所述第一测距传感器2倾斜设置，所述激光加工头1的加工面中心与所述第一测距传感器2的测量面和激光枪重合；
所述定位机构包括与所述控制模块电连接的图像传感器及用于移动工件4的移位机构，所述图像传感器与所述激光加工头1相对固定，可选地，所述图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器，并优选通过千兆以太网连接；所述图像传感器分别用于对所述工作台5进行图像检测以得到平台标识点坐标，以及用于对所述工件4进行图像检测以得到工件标识点坐标，所述控制模块用于根据所述工件标识点坐标和平台标识点坐标来控制所述移位机构，以通过所述移位机构移动所述工件4直至所述工件标识点坐标与平台标识点坐标重合，具体地，所述移位机构包括x轴移位机构和y轴移位机构，所述控制模块根据所述工件标识点坐标和平台标识点坐标计算x轴移位距离和y轴移位距离。
在所述驱动机构驱动所述激光加工头1在水平面内移动的过程中，所述第一测距传感器2检测其与工件4之间的距离，所述控制模块根据预设的距离范围和所述第一测距传感器2检测到的距离来控制所述直线模组3上下运动，使所述激光加工头1与工件4之间的实时距离满足所述预设的距离范围，优选地，所述直线模组3通过库卡机器人法兰连接件与激光加工头1连接。。
优选地，所述Z轴自适应激光加工系统还包括与所述控制模块电连接的图像显示单元，所述图像显示单元用于实时显示所述图像传感器采集到的图像信息。
作为辅助功能，所述Z轴自适应激光加工系统还包括用于辅助检测所述激光加工头1至工件4的距离的第二测距传感器，所述第一测距传感器2为激光位移传感器，所述第二测距传感器为超声波传感器。
在本发明的一个实施例中，提供了一种基于上述的Z轴自适应激光加工系统的加工方法，如图3所示，包括以下步骤：
S1、对放置在工作台上的工件进行标识点定位；
S2、驱动激光加工头在工件上方的水平面内扫描式移动，在移动过程中，控制直线模组带动激光加工头上下移动，包括如下步骤：
S21、激光加工头在初始停车位处启动Z轴运动，直至到达预设的安全高度距离；
S22、读取第一距离传感器检测到的实时高度距离，并开启激光加工头的工作模式；
S23、若所述实时高度距离大于预设的最大高度值且小于安全高度距离，则驱动直线模组下降；否则判断所述实时高度距离是否大于预设的最小高度值且小于预设的最大高度值，若是，则驱动直线模组上升；否则判断所述实时高度距离是否大于所述安全高度距离，若是，则驱动直线模组回归至停车位，并关闭所述激光加工头的工作模式。
其中，所述预设的安全高度距离为大于预设的最大高度值，安全高度距离一般根据工件起伏的高度来设定(安全高度距离大于最大起伏高度)，即激光加工头不会碰触到工件表面。所述预设的最小高度值至最大高度值是根据激光除锈的实际要求来设定的，比如，不同功率的激光除锈装置对于加工时，加工头至工件表面的高度范围是不同的，这个范围可以认为是可以使得激光除锈效果较好的一个高度范围，也是Z轴自适应调节的目标范围。
进一步地，步骤S1包括：
S11、分别对工作台进行图像检测以得到平台标识点坐标，以及对工件进行图像检测以得到工件标识点坐标；
S12、判断所述平台标识点坐标与当前的工件标识点坐标是否重合，若是，则判定所述工件完成定位；否则执行S13；
S13、移动所述工件，并对移动后的工件再次进行图像检测，得到当前的工件标识点坐标，并执行S12。
具体地，根据所述工件标识点坐标和平台标识点坐标计算x轴移位距离和y轴移位距离；
利用移位机构对工件移位，包括：使工件沿x轴移动x轴移位距离，以及沿y轴移动y轴移位距离。
本发明实施例提供的Z轴自适应激光加工系统，主要功能是通过激光传感器测量产品表面到传感器的距离，检测测量产品表面到激光除锈枪的距离，自动调整Z轴的高度，使激光除锈枪与产品表面保持固定距离，辅助功能为超声波传感器进行实时检测高度、视觉引导产品定位、运动画面实时显示。减少了人工的工作量，提高了激光除锈的工作效率。配套的相应软件具备易操作，易上手等特点。本软件包括以下模块：
检测显示模块：显示当前产品偏离设定Mark点的位移；
监控显示模块：实时传输生产时的监控画面；
高度显示模块：实时显示当前激光传感器和超声波传感器的测量值；
参数设置模块：设置相机的参数；
数据显示模块：用于显示激光传感器和超声波传感器的测量值；
运行信息模块：显示当前系统的运行状态。
本发明实施例提供的激光加工装置以现场库卡机器人为运动载体，设计运动系统，实现以下功能：
设计载台搭载激光头并驱动载台直线运动；
运用激光距离传感器实时测量工件表面高度；
运用超声波传感器实时测量工件表面高度；
采用CCD定位功能辅助人工定位工件；
搭载摄像头实时显示工件加工。
直线运动以直线模组为运动主体，与库卡机器人法兰连接件材料均采用A6061铝，表面处理为：喷细砂+黑色阳极。钣金结构件选用SUS304不锈钢材质；整体结构分为：直线运动连接组件和检测件连接组件两大部分。
在软件的上位机界面上具有多个显示模块，软件开启之后的主界面上，点击启动按钮，系统即可进入自动运行状态，界面同步显示数据曲线和数据值；点击主界面上的关闭按钮或者退出按钮，弹出确认对话框，点击“确定”按钮即可关闭程序。
上位机还包括显示相机拍照的图像和经过计算处理后的图像的显示模块、显示实时监控画面的模块、在运行过程中实时显示激光传感器和超声波传感器的测量高度的高度显示模块、设置相机(图像传感器)的初始横纵坐标的参数设置模块、用于显示激光传感器和超声波传感器的实时测量值及Z轴的Z坐标的数据显示模块、用于显示系统运行过程中的状态及错误信息的运行信息模块。
本发明的Z轴自适应激光加工系统的激光加工头在直线模组的驱动下，能够根据工件表面的弧度形状自动调节，保持激光加工头与工件表面距离值恒定，即在偏离恒定值时候自动以恒定值为目标进行调节。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，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，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种Z轴自适应激光加工系统，用于对放置在工作台(5)上的工件(4)表面进行加工，其特征在于，所述激光加工系统包括激光加工头(1)、控制模块、与所述激光加工头(1)相对固定的第一测距传感器(2)、用于驱动激光加工头(1)上下运动的直线模组(3)、用于对所述工件(4)进行定位的定位机构以及用于驱动所述激光加工头(1)在水平面内移动的驱动机构，其中，所述第一测距传感器(2)和直线模组(3)均与所述控制模块连接；
所述第一测距传感器(2)倾斜设置，所述激光加工头(1)的加工面中心与所述第一测距传感器(2)的测量面和激光枪重合；
所述定位机构包括与所述控制模块电连接的图像传感器及用于移动工件(4)的移位机构，所述图像传感器与所述激光加工头(1)相对固定；所述图像传感器分别用于对所述工作台(5)进行图像检测以得到平台标识点坐标，以及用于对所述工件(4)进行图像检测以得到工件标识点坐标，所述控制模块用于根据所述工件标识点坐标和平台标识点坐标来控制所述移位机构，以通过所述移位机构移动所述工件(4)直至所述工件标识点坐标与平台标识点坐标重合；
在所述驱动机构驱动所述激光加工头(1)在水平面内移动的过程中，所述第一测距传感器(2)检测其与工件(4)之间的距离，所述控制模块根据预设的距离范围和所述第一测距传感器(2)检测到的距离来控制所述直线模组(3)上下运动，使所述激光加工头(1)与工件(4)之间的实时距离满足所述预设的距离范围。
2.根据权利要求1所述的Z轴自适应激光加工系统，其特征在于，还包括与所述控制模块电连接的图像显示单元，所述图像显示单元用于实时显示所述图像传感器采集到的图像信息。
3.根据权利要求1所述的Z轴自适应激光加工系统，其特征在于，所述移位机构包括x轴移位机构和y轴移位机构，所述控制模块根据所述工件标识点坐标和平台标识点坐标计算x轴移位距离和y轴移位距离。
4.根据权利要求1所述的Z轴自适应激光加工系统，其特征在于，还包括用于辅助检测所述激光加工头(1)至工件(4)的距离的第二测距传感器，所述第一测距传感器(2)为激光位移传感器，所述第二测距传感器为超声波传感器。
5.根据权利要求1所述的Z轴自适应激光加工系统，其特征在于，所述图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
6.根据权利要求2所述的Z轴自适应激光加工系统，其特征在于，所述控制模块包括工控机和PLC。
7.根据权利要求1所述的Z轴自适应激光加工系统，其特征在于，所述直线模组(3)通过库卡机器人法兰连接件与激光加工头(1)连接。
8.一种基于权利要求1所述的Z轴自适应激光加工系统的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对放置在工作台上的工件进行标识点定位；
S2、驱动激光加工头在工件上方的水平面内扫描式移动，在移动过程中，控制直线模组带动激光加工头上下移动，包括如下步骤：
S21、激光加工头在初始停车位处启动Z轴运动，直至到达预设的安全高度距离；
S22、读取第一距离传感器检测到的实时高度距离，并开启激光加工头的工作模式；
S23、若所述实时高度距离大于预设的最大高度值且小于安全高度距离，则驱动直线模组下降；否则判断所述实时高度距离是否大于预设的最小高度值且小于预设的最大高度值，若是，则驱动直线模组上升；否则判断所述实时高度距离是否大于所述安全高度距离，若是，则驱动直线模组回归至停车位，并关闭所述激光加工头的工作模式。
9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，步骤S1包括：
S11、分别对工作台进行图像检测以得到平台标识点坐标，以及对工件进行图像检测以得到工件标识点坐标；
S12、判断所述平台标识点坐标与当前的工件标识点坐标是否重合，若是，则判定所述工件完成定位；否则执行S13；
S13、移动所述工件，并对移动后的工件再次进行图像检测，得到当前的工件标识点坐标，并执行S12。
10.根据权利要求9所述的加工方法，其特征在于，根据所述工件标识点坐标和平台标识点坐标计算x轴移位距离和y轴移位距离；
利用移位机构对工件移位，包括：使工件沿x轴移动x轴移位距离，以及沿y轴移动y轴移位距离。
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