CN112276371A - 一种切割头随动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切割头随动控制系统，包括：主机、传感器模块和驱动组件，主机与传感器模块、驱动组件分别电性连接，传感器模块用于测量激光切割头喷嘴的物理特性并将其转换成信号传送至主机，主机接收到信号后对驱动组件作出相应的控制指令，传感器模块包括电容测量单元和温度测量单元，电容测量单元用于检测激光切割头喷嘴与待切割工件之间的电容信号，温度测量单元用于检测电容测量单元的温度。本申请提高了随动控制的精度，使随动控制系统能够在非正常运作时自动报警并停止，保证了激光切割作业的整体精度，便于操作人员对随动控制中出现的各个数据进行存储、分析、估算，能够更好地对该随动控制系统的使用情况进行监控，便于后期维护管理。

Description

一种切割头随动控制系统及方法

技术领域

本申请涉及激光切割加工技术领域，更具体地，涉及一种切割头随动控制系统及方法。

背景技术

随动控制也被称为间隙控制，是指在数控激光加工过程中，控制激光切割头和工件表面保持恒定的距离，也就是说随着工件表面的波动，激光切割头也要实时的调整位置，保证二者的距离恒定不变。而在激光切割过程中，激光切割头喷嘴至待切割工件距离通常要求在1mm内，实际工况下待切割工件表面起伏不均，通过检测激光切割头喷嘴与待切割工件间距离进行实时切割头高低调节是保证激光切割质量的重要环节。

传统的激光切割头随动控制器一般采用电容式距离测量方法，其测量原理是激光切割头喷嘴与待切割工件之间构成电容，电容值与两者之间的距离有关，测量二者之间的电容值，即可计算出二者之间的距离，但该计算公式中还含有温度这一变量，而现阶段，大部分电容传感器只能实现根据电容变化计算激光切割头喷嘴至待切割工件间的距离，忽略了温度对电容检测的影响，且现有的随动控制系统未能及时对系统自身性能情况进行预警与记录，以上原因致使现有的随动控制系统具有精度不高、反馈不及时等技术缺陷。

因此，亟需一种能够解决上述现有技术缺陷的适用于激光切割的随动控制技术。

发明内容

本申请实施例所要解决的技术问题是提供一种精度较高、具备反馈机制以及智能化数据管理的切割头随动控制系统。

一种切割头随动控制系统，包括：主机、传感器模块和驱动组件，主机与传感器模块、驱动组件分别电性连接，传感器模块设置于激光切割头喷嘴上；

其中，传感器模块用于测量激光切割头喷嘴的物理特性并将其转换成电压信号传送至主机，主机接收到电压信号后对驱动组件作出相应的控制指令，驱动组件接收到控制指令后控制激光切割头对待切割工件进行距离调整；

传感器模块包括电容测量单元和温度测量单元，电容测量单元用于检测激光切割头喷嘴与待切割工件之间的电容信号，温度测量单元用于检测电容测量单元的温度。

优选的，温度测量单元预设有标准温度区间值，温度测量单元将检测到的电容测量单元的检测温度与标准温度区间值进行比较，根据比较结果输出相应信号。

优选的，传感器模块还设有解算单元，解算单元用于计算激光切割头割嘴与待切割工件之间的距离。

优选的，主机设有控制单元和温度报警单元；检测温度未超出标准温度区间值时，温度测量单元将检测温度传输至解算单元，解算单元根据电容测量单元测量的电容量和检测温度进行计算激光切割头割嘴与待切割工件之间的距离，并将计算出的距离处理成距离信号后向控制单元发送，控制单元用于接收距离信号并向驱动组件发送驱动指令；检测温度超出标准温度区间值时，温度测量单元将检测温度传输至温度报警单元，温度报警单元用于向驱动组件发送停止指令。

优选的，传感器模块还设有反馈检测单元，反馈检测单元与控制单元连接，反馈检测单元用于检测激光切割头是否在控制单元的控制下进行实际随动补偿。

优选的，主机还设有反馈报警单元，反馈报警单元用于接收反馈检测单元的信号，反馈报警单元还用于向驱动组件发送停止指令。

优选的，还设有云数据模块，云数据模块包括报警存储单元和云数据单元，报警存储单元用于存储温度报警单元和反馈报警单元的报警数据；云数据单元与报警存储单元连接，用于管理、分析、监控报警存储单元的报警数据。

一种采用上述切割头随动控制系统的方法，包括以下步骤：

S1、利用电容测量单元测量激光切割头与待切割工件间的电容量；

S2、检测电容测量单元的工作温度；

S3、判断步骤S2中的工作温度是否超过设定的标准温度范围，如是，则执行步骤S5，反之，则执行步骤S4；

S4、将步骤S2中检测到的工作温度传输到解算单元，由解算单元根据电容量和工作温度计算激光切割头与待切割工件之间的距离，并将计算结果传输至主机，主机向驱动组件发起驱动指令；

S5、将步骤S2中的工作温度传输至温度报警单元，温度报警单元向驱动组件发起停止指令。

优选的，还包括步骤S6：在步骤S4之后，使用反馈检测单元对激光切割头与待切割工件之间的距离进行检测，若该距离未能达到预设标准值，则向设于主机上的反馈报警单元发送报警信号，反馈报警单元向驱动组件发送停止指令；反之，返回步骤S1。

优选的，还包括步骤S7：对温度报警单元和反馈报警单元的报警信息执行存储、管理及分析操作，并计算传感器模块、主机、驱动组件的使用寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：同时采用电容和温度两个变量来计算随动距离，进一步提高了随动控制的精度；增加了反馈报警机制，使整个随动控制系统能够在非正常运作时自动报警并停止，保证了激光切割作业的整体精度把控；云数据模块的设计使本随动控制系统实现了智能化管理，便于操作人员对随动控制中出现的各个数据进行存储、分析、估算，能够更好地对该随动控制系统的使用情况进行监控，便于后期维护管理。

附图说明

为了更清楚地说明本申请方案，下面将对实施例述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明结构框图；

图2是本发明具体流程图。

附图说明：主机-1、传感器模块-2、驱动组件-3、电容测量单元-201、温度测量单元-202、解算单元-203、控制单元-101、温度报警单元-102、反馈检测单元-204、反馈报警单元-103、云数据模块-4、报警存储单元-401、云数据单元-402

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种切割头随动控制系统，包括：主机1、传感器模块2和驱动组件3，主机1与传感器模块2、驱动组件3分别电性连接，传感器模块2设置于激光切割头喷嘴(图未示)上；

其中，传感器模块2用于测量激光切割头喷嘴的物理特性并将其转换成电压信号传送至主机1，主机1接收到电压信号后对驱动组件3作出相应的控制指令，驱动组件3接收到控制指令后控制激光切割头对待切割工件(图未示)进行距离调整；

传感器模块2包括电容测量单元201和温度测量单元202，电容测量单元201用于检测激光切割头喷嘴与待切割工件之间的电容量变化，电容测量单元201中的电容器(图未示)与传感器模块2硬件壳体电路并联设置，因此，上述电容器的电容变化即为激光切割头喷嘴与待切割工件之间的电容变化。温度测量单元202用于检测电容测量单元201的温度，具体设置在上述电容器壳体内，能够实时检测该电容器硬件壳体温度。

优选的，温度测量单元202预设有标准温度区间值，温度测量单元202将检测到的电容测量单元201的检测温度与标准温度区间值进行比较，根据比较结果输出相应信号。该标准温度区间值根据所采用的电容器测出，为该所用电容器正常工作时的温度范围。

优选的，传感器模块2还设有解算单元203，解算单元203用于计算激光切割头割嘴与待切割工件之间的距离。

优选的，主机1设有控制单元101和温度报警单元102，当检测温度未超出标准温度区间值时，即电容器为正常工作状态，其性能未被改变，温度测量单元202将所检测温度传输至解算单元203，解算单元203根据电容测量单元201测量的电容量和检测温度进行计算激光切割头割嘴与待切割工件之间的距离，并将计算出的距离处理成距离信号后向控制单元101发送；控制单元101接收该距离信号后根据所需实际距离进行反馈，计算出随动距离，并向驱动组件3发送驱动指令，该驱动指令包括所需移动的具体距离及方向；当检测温度超出标准温度区间值时，即电容器处于非正常工作状态，其性能不稳定，因此此时所检测出的电容数据不应当用于计算随动距离，因为其对随动距离的精度偏差影响较大，此时温度测量单元202将检测温度传输至温度报警单元102，温度报警单元102用于向驱动组件3发送停止指令，驱动组件停止驱动激光切割头喷嘴。此时，操作人员接收到报警提示后可对该随动控制系统进行检查、修正，以保证激光切割过程整体精度不受影响。

优选的，传感器模块2还设有反馈检测单元204，反馈检测单元204与控制单元101连接，反馈检测单元204用于检测激光切割头是否在控制单元101的控制下进行实际随动补偿。反馈检查单元204作为对于本随动控制系统的修正环节，将在控制单元101接收到驱动指令后启动，其通过检测激光切割头割嘴与待切割工件之间的距离，对上述随动控制过程进行检查，若检测到激光切割头割嘴与待切割工件之间的距离未能达到预设的标准值，则将此信息传输至主机1模块中的反馈报警单元103，反馈报警单元103发出报警提示，并向驱动组件发出停止指令，使驱动组件停止驱动激光切割头喷嘴。此时，操作人员接收到报警提示后同样可对该随动控制系统进行检查、修正。此反馈检测单元204的设置，进一步降低了随动控制系统的随动调节误差，确保了每一次随动控制调节后对其调节效果进行检测，使其只能在达到预设值时方可继续进行切割操作，在本随动控制系统正常运作的情况下，可保证每一次随动控制调节均可达到最优效果。

优选的，还设有云数据模块4，云数据模块4包括报警存储单元401和云数据单元402，报警存储单元401用于存储温度报警单元102和反馈报警单元103的报警数据；云数据单元402与报警存储单元401连接，用于管理、分析、监控报警存储单元401的报警数据。对以上报警数据进行有效管理及分析运用，可估算本随动控制系统的硬件、软件的性能稳定情况，有利于操作人员及时进行维修、调整，且云数据单元402的设置，使本随动控制系统整体管理迈向智能化，便于后台技术人员线上监控本随动控制系统，对于后期维护实现了便利化、智能化管理。

一种采用上述切割头随动控制系统的方法，包括以下步骤：

S1、利用电容测量单元201测量激光切割头与待切割工件间的电容量；

S2、检测电容测量单元201的工作温度；

S3、判断步骤S2中的工作温度是否超过设定的标准温度范围，如是，则执行步骤S5，反之，则执行步骤S4；

S4、将步骤S2中检测到的工作温度传输到解算单元203，由解算单元203根据电容量和工作温度计算激光切割头与待切割工件之间的距离，并将计算结果传输至主机1，主机1向驱动组件3发起驱动指令；

S5、将步骤S2中的工作温度传输至温度报警单元102，温度报警单元102向驱动组件3发起停止指令。

优选的，还包括步骤S6：在步骤S4之后，使用反馈检测单元204对激光切割头与待切割工件之间的距离进行检测，若该距离未能达到预设标准值，则向设于主机1上的反馈报警单元103发送报警信号，反馈报警单元103向驱动组件3发送停止指令；反之，返回步骤S1。

优选的，还包括步骤S7：对温度报警单元102和反馈报警单元103的报警信息执行存储、管理及分析操作，并计算传感器模块2、主机1、驱动组件3的使用寿命。此处可人工估算，也可设定相关估算规则，并设定报警提示程序，例如设立固定的时间期限，系统自动计算该期限内温度报警次数及温度变化范围，若次数达到某一限值或温度达到预设限值，则向后台管理人员发出更换相应硬件提示。

工作原理：1、本随动控制系统同时抓取了电容和温度两个变量，相较于现有技术中只抓取电容数据来进行随动距离的检测计算的技术手段具有更高的精度；2、实时对电容传感器进行温度监控，使其能够在正常工作温度范围内工作，在非正常工作温度情况下能够及时发出报警提示，使操作人员能够及时处理，提高了整体操作的稳定性，有效保证了激光切割质量；3、对随动控制也增加了反馈检测程序，有效防止了随动控制不到位，从而影响激光切割质量的现象；4、加入云数据模块对整体随动控制系统进行数据管理，为操作人员对激光切割过程进行实时监控、调整提供了便利性，也利于整体激光切割工艺的管理。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种切割头随动控制系统，其特征在于，包括：主机、传感器模块和驱动组件，所述主机与所述传感器模块、所述驱动组件分别电性连接，所述传感器模块设置于激光切割头喷嘴上；

其中，所述传感器模块用于测量所述激光切割头喷嘴的物理特性并将其转换成电压信号传送至所述主机，所述主机接收到所述电压信号后对所述驱动组件作出相应的控制指令，所述驱动组件接收到所述控制指令后控制所述激光切割头对所述待切割工件进行距离调整；

所述传感器模块包括电容测量单元和温度测量单元，所述电容测量单元用于检测所述激光切割头喷嘴与待切割工件之间的电容信号，所述温度测量单元用于检测所述电容测量单元的温度。

2.根据权利要求1所述的一种切割头随动控制系统，其特征在于：所述温度测量单元预设有标准温度区间值，所述温度测量单元将检测到的所述电容测量单元的检测温度与所述标准温度区间值进行比较，根据比较结果输出相应信号。

3.根据权利要求2所述的一种切割头随动控制系统，其特征在于：所述传感器模块还设有解算单元，所述解算单元用于计算所述激光切割头割嘴与所述待切割工件之间的距离。

4.根据权利要求3所述的一种切割头随动控制系统，其特征在于：所述主机设有控制单元和温度报警单元；

所述检测温度未超出所述标准温度区间值时，所述温度测量单元将所述检测温度传输至所述解算单元，所述解算单元根据所述电容测量单元测量的电容量和所述检测温度进行计算激光切割头割嘴与所述待切割工件之间的距离，并将计算出的距离处理成距离信号后向所述控制单元发送，所述控制单元用于接收所述距离信号并向所述驱动组件发送驱动指令；

所述检测温度超出所述标准温度区间值时，所述温度测量单元将所述检测温度传输至所述温度报警单元，所述温度报警单元用于向所述驱动组件发送停止指令。

5.根据权利要求4所述的一种切割头随动控制系统，其特征在于：所述传感器模块还设有反馈检测单元，所述反馈检测单元与所述控制单元连接，所述反馈检测单元用于检测所述激光切割头是否在所述控制单元的控制下进行实际随动补偿。

6.根据权利要求5所述的一种切割头随动控制系统，其特征在于：所述主机还设有反馈报警单元，所述反馈报警单元用于接收所述反馈检测单元的信号，所述反馈报警单元还用于向所述驱动组件发送停止指令。

7.根据权利要求6所述的一种切割头随动控制系统，其特征在于：还设有云数据模块，所述云数据模块包括报警存储单元和云数据单元，所述报警存储单元用于存储所述温度报警单元和所述反馈报警单元的报警数据；所述云数据单元与所述报警存储单元连接，用于管理、分析、监控所述报警存储单元的报警数据。

8.采用权利要求1—7任一所述的一种切割头随动控制系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用电容测量单元测量激光切割头与待切割工件间的电容量；

S2、检测所述电容测量单元的工作温度；

S3、判断所述步骤S2中的工作温度是否超过设定的标准温度范围，如是，则执行步骤S5，反之，则执行步骤S4；

S4、将步骤S2中检测到的工作温度传输到解算单元，由所述解算单元根据所述电容量和所述工作温度计算激光切割头与待切割工件之间的距离，并将计算结果传输至所述主机，所述主机向所述驱动组件发起驱动指令；

S5、将步骤S2中的工作温度传输至温度报警单元，所述温度报警单元向所述驱动组件发起停止指令。

9.根据权利要求8所述的切割头随动控制方法，其特征在于：还包括步骤S6：在所述步骤S4之后，使用反馈检测单元对激光切割头与所述待切割工件之间的距离进行检测，若该距离未能达到预设标准值，则向设于所述主机上的反馈报警单元发送报警信号，所述反馈报警单元向所述驱动组件发送停止指令；反之，返回步骤S1。

10.根据权利要求9所述的切割头随动控制方法，其特征在于：还包括步骤S7：对所述温度报警单元和所述反馈报警单元的报警信息执行存储、管理及分析操作，并计算所述传感器模块、所述主机、所述驱动组件的使用寿命。

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