CN115971690A - 一种平面激光切割机垂直度校正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种平面激光切割机垂直度校正方法及系统，涉及激光切割机技术领域，响应于预设切割图形及尺寸，控制激光切割机执行切割进程，形成校正图形；响应于测量控制指令，测量校正图形的尺寸信息，并结合预设切割图形尺寸，确定校正信息；基于加工图形进行速度规划与插补得到插补位置点；基于插补位置点和校正信息，通过预设的补偿方式计算补偿后的位置点。电机伺服控制器基于补偿后的位置点控制伺服电机执行切割进程，形成校正图形。经过上述校正操作后实现垂直度校正。本方法降低了机床垂直度校正难度，提升了机床的易用性，并且降低维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及激光切割机技术领域，尤其涉及一种平面激光切割机垂直度校正方法及系统。
背景技术
激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。
在现有的激光切割机上均设有切割坐标系，操作人员可以基于切割坐标系作为切割参数的参考，输入切割数据。激光切割机识别的切割数据是形成于切割坐标系的点、线和面，进而执行切割进程，切割出相应的图形信息。
在激光切割机加工作业中，由于机床的长时间运行时的振动或机床本身的安装不当，或者激光切割机长时间使用存在移位等问题，导致激光切割机龙门轴发生偏移，造成切割坐标系的X轴与Y轴垂直度变化。加工时会产生切割图形的轮廓误差，进而影响了切割精度和切割的准确度。目前，为了对切割坐标系进行校正，降低或减少偏差，一般通过调节激光切割机机床的横梁或者机床自身的位置，来进行垂直度校正，也就是通过调节激光切割机物理结构来调节其垂直度校正，但这种校正过程需要移动激光切割机，或者对激光切割机的一些部件进行拆装，虽然能够校正垂直度，但是又会产生比如水平度等其他相关参数超差的问题，还影响了激光切割机的整体稳定性能，对切割质量造成更多的问题。
发明内容
本发明提供一种平面激光切割机垂直度校正方法，该方法通过软件补偿方式实现垂直度校正，不需要对激光切割机物理结构的调节，也不需要对激光切割机的一些部件进行拆装。
方法包括：
步骤1：响应于预设切割图形及尺寸，控制激光切割机执行切割进程，记录切割图形信息；
步骤2：响应于测量控制指令，测量响应于测量控制指令，测量通过预设切割图形得到的切割图形信息的尺寸，并结合预设切割图形尺寸，确定校正信息；
步骤3：基于加工图形进行速度规划与插补得到插补位置点；
步骤4：基于插补位置点和校正信息，通过预设的补偿方式计算补偿后的位置点。
进一步需要说明的是，预设切割图形为矩形；加工图形为直线或圆弧；
步骤2还包括，测量矩形形成切割图形信息的对角线长度；
根据预设计算模型计算测量误差。
进一步需要说明的是，预设计算模型采用如下公式：
f为矩形其中一个边的长度，b为矩形其中另一个边的长度；
c为矩形的对角线长度，d为矩形的另一个对角线长度；
进一步需要说明的是，方法中，定义垂直度校正偏角
；
定义方式为：使用笛卡尔右手平面坐标系，获取机床机械坐标系的y轴与原直角坐标系的y轴的垂直度校正偏角，即为垂直度校正偏角
；
定义垂直度校正偏角
的范围为
，令
的余角为
，则有：
得到垂直度校正偏角
为
进一步需要说明的是，步骤3中速度规划与插补方法使用S型加减速算法对加工图形进行速度规划与插补。
进一步需要说明的是，步骤4中，在插补过程中映射得到笛卡尔直角坐标系的坐标位置点为
，通过仿射变换，得到补偿后的位置点坐标为：
其中
是补偿后的位置点，将补偿后的位置点配置到电机伺服控制器。
进一步需要说明的是，步骤5：电机伺服控制器基于补偿后的位置点控制伺服电机执行切割进程。
进一步需要说明的是，步骤1中预设切割图形为矩形。
进一步需要说明的是，设置预设切割图形中矩形两条邻边的各个边的长度。
本发明还提供一种平面激光切割机垂直度校正系统，系统包括：校正图形配置模块、测量仪、速度插补模块以及位置校正模块；
校正图形配置模块用于获取预设切割图形及尺寸，控制激光切割机执行切割进程，记录切割图形信息；
测量仪用于与激光切割机通信连接，获取测量控制指令，测量通过预设切割图形得到的切割图形信息的尺寸，并结合预设切割图形尺寸，确定校正信息；
速度插补模块根据加工图形进行速度规划与插补得到插补位置点；
位置校正模块根据插补位置点和校正信息，通过预设的补偿方式计算补偿后的位置点。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的平面激光切割机垂直度校正方法中，使用仿射变换将在笛卡尔直角坐标系中的插补点转换到斜坐标系中，通过软件程序补偿的方式校正了激光切割机的垂直度，补偿了切割过程中因垂直度偏差造成的轮廓误差，提升了激光切割机加工的精度。
进而避免了现有技术中，通过调节激光切割机机床的横梁或者机床自身的位置，来进行垂直度校正的问题，解决了需要移动激光切割机，或者对激光切割机的一些部件进行拆装，产生比如水平度等其他相关参数超差的问题，提升了激光切割机的整体稳定性能，进一步满足对切割质量的要求。
操作人员在执行本发明的垂直度校正方法进行校正机床垂直度时，只需要先获取预设切割图形及尺寸，系统测量控制指令，测量通过预设切割图形得到的切割图形信息的尺寸，按照上述实施例，可以测量通过预设切割图形得到的切割图形两条对角线长度，在方法中输入相应的矩形边长以及对角线长度并开启垂直度校正选项；完成上述操作后即能实现垂直度校正，不需要调整机床机械结构，提升了机床的易用性，并且降低维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为平面激光切割机垂直度校正方法流程图；
图2 为垂直度校正偏角测量示意图；
图3为加工菱形时存在垂直度偏差与经过校正补偿后的对比图；
图4 为加工菱形时存在垂直度偏差时的轮廓误差；
图5为加工圆弧时存在垂直度偏差与经过校正补偿后的对比图；
图6为加工圆弧时存在垂直度偏差时的轮廓误差。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种平面激光切割机垂直度校正方法中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的步骤，实现该步骤的具体模块，并非按照实际实施时的模块数目及功能，其实际实施时各步骤和模块的功能、数量及作用可为一种随意的改变，且其模块的功能和用途也可能更为复杂。
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。
请参阅图1所示是一具体实施例中激光切割机垂直度校正方法的流程图，方法包括：
S101：响应于预设切割图形及尺寸，控制激光切割机执行切割进程，记录切割图形信息；
本发明的实施例中，预设切割图形采用矩形。校正人员设置矩形的各边边长，激光切割机的处理器计算得到相应的对角线长度。
执行切割进程，形成一个通过预设切割图形得到的切割图形，此校正图形未经过校正处理，存在一定的误差。
S102：响应于测量控制指令，测量切割图形信息的尺寸，并结合预设切割图形尺寸，确定校正信息。
可以理解的是，如图2所示，还是以矩形作为切割图形信息为例，激光切割机的切割作业面具有平面坐标系，相应的平面坐标系具有x轴和y轴。通过激光切割机进行矩形切割，并记录切割矩形的x轴方向的长度f，y轴方向的长度
。
本发明的实施例中，利用测量仪测量切割矩形的两条对角线的长度，f边与
边的斜边为
，另一条对角线为
。通过测量矩形的对角线长度计算测量误差，并校准测量值。此时的测量误差通过式（1）确定：
进一步的讲，定义垂直度校正偏角
的方式为，将机床机械坐标系的y轴到原直角坐标系的y轴的垂直度校正偏角定义到笛卡尔右手平面坐标系中，产生垂直度偏差后的机床机械坐标系y轴到原直角坐标系y轴的垂直度校正偏角。
原直角坐标系可以理解为激光切割机在未出现误差，或者存在误差，且满足切割标准，或者系统预设不存在误差状态的直角坐标系。那么原直角坐标系的y轴就是在上述原直角坐标系所对应的y轴，原直角坐标系x轴就是在上述原直角坐标系所对应的x轴。
其中，
存在于逆时针方向为正角，存在于顺时针方向为负角，并且定义垂直度校正偏角
的范围为
，令
的余角为
，则此时有：
于是得到垂直度校正偏角为
S103：基于加工图形进行速度规划与插补得到插补位置点；
具体来讲，速度规划与插补方法使用S型加减速算法对加工图形进行速度规划与插补。
S型加减速算法可以采用7段S型加减速算法，或6段S型加减速算法，或5段S型加减速算法等等。比如5段S型加减速算法可以包括：加加速段、减加速段、匀速段、加减速段、减减速度段。这样可以实现对预设切割图形进行速度规划与插补。
S104：基于插补位置点和校正信息，通过预设的补偿方式计算补偿后的位置点。
本发明的实施例中，结合上述步骤的插补位置点和校正信息可以通过预置公式进行激光切割机垂直度的补偿。
具体来讲，假定在插补过程中映射得到的笛卡尔直角坐标系的坐标位置点为
，此时因为实际的激光切割机存在垂直度误差，机械坐标系为斜坐标系。
通过仿射变换，得到补偿后的位置点坐标为：
其中
即是补偿后的位置点。将补偿后的位置点下发给电机伺服控制器。
电机伺服控制器基于补偿后的位置点控制伺服电机执行切割进程，形成校正图形。即消除垂直度偏差，加工出满足切割要求的切割图形信息。
以上计算过程在激光切割机的计算机程序中执行，机床操作人员校正时先进行矩形切割，并测量两条对角线长度，然后在激光切割机的软件中输入相应的矩形边长以及对角线长度并开启垂直度校正选项；完成上述操作后即能实现垂直度校正。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例中的具体实施过程，提供的平面激光切割机垂直度校正方法中如图2所示，预设切割图形为矩形，假设测量偏角矩形的顶点A和顶点B形成f边。f边与x轴平行。f边的长度为10。
矩形的顶点D与顶点A形成
边，
边与y轴平行，
边长度为10。
通过测量矩形对角线的长度
为14.750。另一条对角线
长度为13.516。
于是通过公式（1）可以求解得到测量误差值为
，此时校正对角线
的值为
，于是根据式（2）和（3）垂直度校正偏角公式(1.3)可求垂直度校正偏角为
。利用垂直度校正补偿公式（4）即可对加工的图形进行补偿。
在本发明的一种实施例中，以下将给出另一种可能的实施例对其具体的实施方案进行非限制性阐述。
加工一个菱形，给出菱形的G代码如下：
G00 X2 Y0
G01 X4 Y2
G01 X2 Y4
G01 X0 Y2
G01 X2 Y0
平面激光切割机垂直度校正方法中，如图3所示为加工的菱形在垂直度校正前以及垂直度校正后的加工图形的对比。
对比分析可知，在垂直度校正之前加工的菱形产生形变，整体产生偏移，经过垂直度校正后，加工得到正确的图形。
如图4所示为加工菱形时因垂直度偏差而产生的轮廓误差，分析图4可知，机床未进行垂直度校正时，加工菱形产生轮廓误差，轮廓误差先增加后减小，并且轮廓误差在增加部分为线性变化，在减小部分同样为线性变化，最大轮廓误差达到0.35mm，严重影响加工精度。在校正之后，因垂直度偏差造成的轮廓误差被消除。
进一步的讲，再给出一个加工实例，加工整圆G代码：
G00 X0 Y0
G3 X4 Y0 I2 J0
G3 X0 Y0 I-2 J0
如图5所示为加工整圆在垂直度校正前以及垂直度校正后的加工图形的对比。
分析可知，在垂直度校正前加工整圆产生形变，变成椭圆形状；经过垂直度校正之后，加工得到正确的整圆图形。
如图6为加工整圆时因垂直度偏差而产生的轮廓误差，分析图6可知，机床未进行垂直度校正时，加工整圆产生轮廓误差，并且轮廓误差有四个峰值，最大达到0.09左右，在校正之后，因垂直度偏差造成的轮廓误差被消除。
基于本发明涉及的上述平面激光切割机垂直度校正方法，使用仿射变换将在笛卡尔直角坐标系中的插补点转换到斜坐标系中，通过软件程序补偿的方式校正了激光切割机的垂直度，补偿了切割过程中因垂直度偏差造成的轮廓误差，提升了激光切割机加工的精度。
操作人员在执行本发明的垂直度校正方法进行校正机床垂直度时，只需要先进行预设切割图形及尺寸，系统测量控制指令，测量通过预设切割图形得到的切割图形信息的尺寸，按照上述实施例，可以测量预设切割图形得到的切割图形两条对角线长度，在方法中输入相应的矩形边长以及对角线长度并开启垂直度校正选项；完成上述操作后即能实现垂直度校正，不需要调整机床机械结构，提升了机床的易用性，并且降低维护成本。
以下是本公开实施例提供的平面激光切割机垂直度校正系统的实施例，该平面激光切割机垂直度校正系统与上述各实施例的平面激光切割机垂直度校正方法属于同一个发明构思，在平面激光切割机垂直度校正系统的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述平面激光切割机垂直度校正方法的实施例。
系统包括：校正图形配置模块、测量仪、速度插补模块以及位置校正模块；
校正图形配置模块用于获取预设切割图形及尺寸，控制激光切割机执行切割进程，记录切割图形信息；
测量仪用于与激光切割机通信连接，获取测量控制指令，测量通过预设切割图形得到的切割图形信息的尺寸，并结合预设切割图形尺寸，确定校正信息；
速度插补模块根据加工图形进行速度规划与插补得到插补位置点；
位置校正模块根据插补位置点和校正信息，通过预设的补偿方式计算补偿后的位置点。
平面激光切割机垂直度校正方法是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在平面激光切割机垂直度校正方法中，可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种平面激光切割机垂直度校正方法，其特征在于，方法包括：
步骤1：响应于预设切割图形及尺寸，控制激光切割机执行切割进程，记录通过预设切割图形得到的切割图形信息；
步骤2：响应于测量控制指令，测量通过预设切割图形得到的切割图形信息的尺寸，并结合预设切割图形尺寸，确定校正信息；
步骤3：基于加工图形进行速度规划与插补得到插补位置点；
步骤4：基于插补位置点和校正信息，通过预设的补偿方式计算补偿后的位置点。
2.根据权利要求1所述的平面激光切割机垂直度校正方法，其特征在于，
方法中，预设切割图形为矩形；
步骤2还包括，测量矩形形成切割图形信息的对角线长度；
根据预设计算模型计算测量误差。
3.根据权利要求2所述的平面激光切割机垂直度校正方法，其特征在于，
预设计算模型采用如下公式：
f为矩形其中一个边的长度，b为矩形其中另一个边的长度；
c为矩形的对角线长度，d为矩形的另一个对角线长度；
4.根据权利要求3所述的平面激光切割机垂直度校正方法，其特征在于，
方法中，定义垂直度校正偏角
；
定义方式为：使用笛卡尔右手平面坐标系，获取机床机械坐标系的y轴与原直角坐标系的y轴的垂直度校正偏角，即为垂直度校正偏角
；
定义垂直度校正偏角
的范围为
，令
的余角为
，则有：
得到垂直度校正偏角
为
5.根据权利要求1或2所述的平面激光切割机垂直度校正方法，其特征在于，
步骤3中速度规划与插补方法使用S型加减速算法对加工图形进行速度规划与插补。
6.根据权利要求1或2所述的平面激光切割机垂直度校正方法，其特征在于，
步骤4中，在插补过程中映射得到笛卡尔直角坐标系的坐标位置点为
，通过仿射变换，得到补偿后的位置点坐标为：
其中
是补偿后的位置点，将补偿后的位置点配置到电机伺服控制器。
7.根据权利要求1或2所述的平面激光切割机垂直度校正方法，其特征在于，
步骤5：电机伺服控制器基于补偿后的位置点控制伺服电机执行切割进程。
8.根据权利要求1所述的平面激光切割机垂直度校正方法，其特征在于，
步骤1中预设切割图形为矩形，设置矩形各个边的长度。
9.根据权利要求1所述的平面激光切割机垂直度校正方法，其特征在于，
加工图形为直线或者圆弧。
10.一种平面激光切割机垂直度校正系统，其特征在于，方法采用如权利要求1至9任意一项所述的平面激光切割机垂直度校正方法；
系统包括：校正图形配置模块、测量仪、速度插补模块以及位置校正模块；
校正图形配置模块用于获取预设切割图形及尺寸，控制激光切割机执行切割进程，记录切割图形信息；
测量仪用于与激光切割机通信连接，获取测量控制指令，测量通过预设切割图形得到的切割图形信息的尺寸，并结合预设切割图形尺寸，确定校正信息；
速度插补模块根据加工图形进行速度规划与插补得到插补位置点；
位置校正模块根据插补位置点和校正信息，通过预设的补偿方式计算补偿后的位置点。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230418 |