CN116372358A - 一种钣金件激光打码聚焦方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种钣金件激光打码聚焦方法及装置。该方法包括：位移传感器的选取及安装：选取位移传感器，确定所述位移传感器在激光打码机上的安装位置；移动关系式的确定：获取多组位移传感器与激光打码机移动时的参数，确定移动关系式；激光打码机准确聚焦位置确定：根据所述移动关系式，确定激光打码机准确聚焦时的位置坐标，对激光打码机的位置进行调整。本发明能够解决现有技术中的不足，确保激光打码准确聚焦。

Description

一种钣金件激光打码聚焦方法及装置

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种钣金件激光打码聚焦方法及装置。

背景技术

钣金切割件在激光切割后的管理是非常重要的，这主要包括对钣金件的材料、尺寸、生产信息等进行保存和传递，使用者能快速获取这些信息可以提高生产效率并减少使用错误。激光打标机床可以在激光切割之前，在大型板材上按照零件已经确定的排布规律将钣金件信息以二维码的形式打印到表面。

因为垂直方向的激光打码机需要准确聚焦，所以其高度是固定的，但是由于板材的面积较大(长6米宽2米)且厚度较小，容易发生形变，另外二维码尺寸比较小(10mm*10mm)，且所载信息量较大时，对应二维码内部的小方格越小，对其黑白像素清晰度要求较高，从而对激光打码机的聚焦高度提出了更高的要求(小于±0.5mm)，所以当整体翘曲变形量超差就会导致激光打码机无法正确聚焦，导致打出来的二维码模糊不清，不能正确扫描。因此，在执行打码之前要能准确地将激光机移动到合适的可以聚焦的高度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钣金件激光打码聚焦方法及装置，该方法能够解决现有技术中的不足，确保激光打码准确聚焦。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

在本发明的第一方面，公开了一种钣金件激光打码聚焦方法，该方法包括：

S1、位移传感器的选取及安装：选取位移传感器，确定所述位移传感器在激光打码机上的安装位置。和常规的位移传感器的偏置安装方式具有实质性区别，在本发明中，所述位移传感器倾斜安装，且其倾斜角度可以调节。

S2、移动关系式的确定：获取多组位移传感器与激光打码机移动时的参数，确定移动关系式。由于位移传感器为倾斜安装，直观数据是一个倾斜距离，无法直接使用，因此，需要找到传感器数据和激光机高度坐标之间的线性关系。

S3、激光打码机准确聚焦位置确定：根据所述移动关系式，确定激光打码机准确聚焦时的位置坐标，对激光打码机的位置进行调整。

进一步的，所述位移传感器的选取及安装，包括：

S11、选取激光位移传感器作为位移传感器；

S12、将所述位移传感器倾斜地安装在所述激光打码机的侧面上，所述位移传感器的倾斜角度可调。

进一步的，所述移动关系式的确定，包括：

S21、设定激光打码机的聚焦高度为h_g，选择一平整且变形在设定范围内的板材，移动激光打码机到聚焦高度h_g使其准确聚焦，调整激光位移传感器的倾斜角度使传感器的光斑和激光打码机的光斑二者中心重合，记下此时激光打码机的z轴坐标z_g以及激光位移传感器参数x₀，z_g为激光打码机的聚焦高度为h_g时对应的激光打码机准确聚焦时的位置坐标；

S22、控制激光打码机向上移动一段距离h_a，读取此时的激光位移传感器参数x₁，利用公式h₁＝h_g+h_a，确定激光打码机的新高度h₁；

S23、获取激光位移传感器与激光打码机高度之间的线性关系式h＝kx+b，根据激光位移传感器参数x₀、激光位移传感器参数x₁、设定的激光打码机的聚焦高度为h_g、激光打码机的新高度h₁，确定线性关系式的系数k和b，将k和b代入线性关系式，从而得到移动关系式。

进一步的，所述激光打码机准确聚焦位置确定，包括：

S31、读取当前激光位移传感器参数x₂，利用所述移动关系式确定激光打码机的实际高度h_t；判断所述板材当前区域的变形量是否超过变形量阈值范围，若是，则执行步骤S32，若否，激光打码机当前位置即为准确聚焦位置，激光打码机的位置无需调整；

S32、根据设定激光打码机的聚焦高度h_g和激光打码机的实际高度h_t，确定激光打码机需要调整的高度Δh，进而确定激光打码机准确聚焦时的位置坐标z_r，根据该位置坐标z_r对激光打码机的位置进行调整。

进一步的，所述位移传感器通过支架安装在所述激光打码机上；

所述支架的角度可调节。

进一步的，在所述线性关系公式h＝kx+b中，k＝(h₁-h_g)/(x₁-x₀)＝h_a/(x₁-x₀)；b＝k*x₀-h_g。

进一步的，所述激光打码机的实际高度h_t＝k*x₂+b。

进一步的，所述激光打码机需要调整的高度Δh利用公式Δh＝h_g-h_t确定。

进一步的，所述激光打码机准确聚焦时的位置坐标zr＝z_g+Δh，

其中，z_r为修正后的激光打码机要定位到的正确坐标，z_g为激光打码机的聚焦高度为h_g时对应的激光打码机准确聚焦时的位置坐标。

在本发明的第二方面，公开了一种钣金件激光打码聚焦装置，该装置包括：

传感器模块，其采用安装于激光打码机上的位移传感器，用于获取激光打码机移动时的位移参数；

移动关系式确定模块，用于获取多组位移传感器与激光打码机移动时的参数，确定移动关系式；

激光打码机准确聚焦位置确定模块，用于根据所述移动关系式，确定激光打码机准确聚焦时的位置坐标，对激光打码机的位置进行调整。

由以上技术方案可知，本发明针对卧式机床式的激光打码机设计的，该机床设计用来对钣金件进行打码，由于激光机在垂直方向的聚焦距离的允许偏差范围是±0.5mm，当大尺寸钣金件翘曲变形量超差就会造成激光打码机无法聚焦，打出来的二维码不够清晰。本发明通过多加一个位移传感器则可以轻松解决问题，不会对机器的其它功能造成影响，能够确保激光打码准确聚焦。

附图说明

图1是金属板材实物图；

图2是激光打码机的整体结构图；

图3是板材变形时打码机无法聚焦示意图；

图4是本发明中钣金件激光打码聚焦方法的方法流程图；

图5是位移传感器安装位置图；

图6是测量误差示意图。

其中：

1、横移总成，2、纵移总成，3、升降总成，4、床身总成。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明是为了解决在对钣金件激光打码时由于钣金件的变形导致激光打码机无法准确聚焦的问题，钣金件如图1所示，钣金件尺寸为6m*2m，厚度较小，容易在切割生产，搬运中发生翘曲变形。

激光打码机的结构如图2所示，包括床身总成4、横移总成1、纵移总成2和升降总成3四大部分。其中，横移总成1、纵移总成2、升降总成3的移动实现了打码设备在X、Y、Z空间任意位置的到达。执行打码的激光打码机装在升降总成3上，钣金件平铺在床身上，本发明主要针对设备工作时Z方向的位置进行调整。

所述的钣金件变形问题如图3所示，本发明用于解决依靠激光位移传感器的测量与后续的计算以控制激光打码机移动到正确的位置上。

如图4所示的一种钣金件激光打码聚焦方法，该方法包括：

S1、位移传感器的选取及安装

选择合适的位移传感器，在激光打码机上选择合适的安装位置，并将激光位移传感器调整为合适的倾斜角度。在本实施例中，位移传感器选择为激光位移传感器；位移传感器的安装位置为在激光打码机的侧面，在其侧面固定一个可调支架，将传感器固定在支架上，支架可以旋转一定角度，如图5所示。支架可以采用现有技术中的角度可以调节的支架，只要确保激光位移传感器能够固定在支架，相对于激光打码机来说，激光位移传感器是倾斜安装的即可。且激光位移传感器的倾斜角度，能够通过转动支架来进行调整。

由于钣金件有的地方需要打码的位置所限，要求激光打码机所打的二维码尺寸较小(具体为10mm*10mm)，同时所载信息量较大，为了使扫描正确清晰，必须保证二维码中的黑白像素有较高的清晰度。所以激光打码机的聚焦允许偏差限定为±0.5mm以保证打出来的二维码清晰度，而传感器如果采用普通偏置安装方式时，激光打码机无法调整到精准的聚焦高度。本发明的主要创新点在于传感器的可调倾斜安装方式，通过将位移传感器倾斜安装，且使位移传感器的倾斜角度可以调节，能够解决上述问题，使激光打码机调整到精准的聚焦高度，确保打印出来的二维码清晰度符合要求。

S2、移动关系式的确定

通过控制激光打码机以及固定在其上的激光位移传感器的移动，获取多组位移传感器与激光打码机移动时的参数，确定移动关系式。

S21、设定激光打码机的聚焦高度为h_g，选择一平整且变形在设定范围内的板材，移动激光打码机到聚焦高度h_g使其准确聚焦，调整激光位移传感器使传感器的光斑与激光打码机的光斑二者中心重合，记下此时激光打码机的_z轴坐标z_g以及激光位移传感器参数x₀，z_g为激光打码机的聚焦高度为h_g时对应的激光打码机准确聚焦时的位置坐标；

S22、控制激光打码机向上移动一段距离h_a，读取此时的激光位移传感器参数x₁，利用公式h₁＝h_g+h_a，确定激光打码机的新高度h₁；

S23、获取激光位移传感器与激光打码机高度之间的线性关系式h＝kx+b，根据激光位移传感器参数x₀、激光位移传感器参数x₁、设定的激光打码机的聚焦高度为h_g、激光打码机的新高度h₁，确定线性关系式的系数k和b，其中k＝(h₁-h_g)/(x₁-x₀)＝h_a/(x₁-x₀)；b＝k*x₀-h_g；将k和b代入线性关系式，从而得到移动关系式。

S3、激光打码机准确聚焦位置确定

根据所述移动关系式，确定激光打码机准确聚焦时的位置坐标，对激光打码机的位置进行调整。通过移动关系合激光打码机在工作时的运动规律得到调整公式。

S31、读取当前激光位移传感器参数x₂，利用所述移动关系式确定激光打码机的实际高度h_t；判断所述板材当前区域的变形量是否超过变形量阈值范围，若是，则执行步骤S32，若否，激光打码机当前位置即为准确聚焦位置，激光打码机的位置无需调整；

S32、根据设定激光打码机的聚焦高度h_g和激光打码机的实际高度h_t，确定激光打码机需要调整的高度Δh，进而确定激光打码机准确聚焦时的位置坐标z_r，根据该位置坐标z_r对激光打码机的位置进行调整。遇到板材翘曲变形量超差时，先读取传感器参数x再通过上面的关系公式得到激光打码机的实际高度，即h_t＝kx+b，然后调整高度可以由下面的公式算出：Δh＝h_g-h_t，最后得到打码机要移动到的坐标z_r＝z_g+Δh，其中z_r为修正后的激光打码机要定位到的正确坐标，z_g为已经记录过的激光打码机的准确聚焦时的位置坐标(此时打码机的高度为h_g)。

在现有技术中，在激光打码机不能聚焦时，通常采用增加检测装置来检测钣材变形量，调整打码机高度。但是，由于安装空间所限，激光位移传感器检测高度与激光打码机相对于钣材的时间距离存在偏差，这是常规能想到的偏置安装方式，在钣材变形量大，打尺寸小且信息量大的二维码，这种偏置的安装检测传感器方式不能满足聚焦精度要求。因此，本发明提出采用倾斜安装激光位移传感器的方式，并配上相应的计算公式，大幅度提高了打码机到到钣材实际距离的检测精度，这是付出创造性劳动才得以实现的。

下面对激光位移传感器倾斜安装的测量误差进行分析，并与传感器偏置安装时的情况进行比对。激光位移传感器倾斜安装时的测量误差和偏置安装时的测量误差如图6所示。

(一)激光位移传感器倾斜安装时的测量误差

在图6中，Δz为倾斜安装时的测量误差，该误差大小取决于该处的翘曲变形程度以及激光位移传感器和激光打码机之间夹角的大小。

将激光位移传感器倾斜安装时的实际测量点和打码点之间的部分看作一段直线，则有：Δz≈(z_m-z_g)·tanθ·tanα，其中，如图6所示，z_m为测量高度，是经传感器测量以后用移动关系式计算出的；z_g为给定的激光打码机的准确聚焦高度；θ为位移传感器和激光打码机之间的夹角，在安装调整激光传感器以后为固定夹角，且tanθ＝d/z_g；d为传感器与激光打码机之间的平行距离，受激光打码机和传感器的尺寸限制，d至少为70mm；z_g给定值为460mm，所以tanθ约为0.15，α为板材变形后的水平夹角，即使α达到2°，且(z_m-z_g)即板材此处变形量达10mm时，计算Δz约为0.05mm，在激光打码机的允许偏差范围之内。故激光位移传感器倾斜安装时误差满足打标要求。

(二)激光位移传感器偏置安装时的测量误差

激光位移传感器采用常规的偏置安装时，传感器测量路径如图6中的X’，X’和激光打码机的路径Z是平行的。如图6中误差示意，测量误差为Δz′，α仍为板材变形后的水平夹角，则误差Δz′＝d·tanα；代入数据后为2.4mm。又因为tanθ＝d/z_g，所以倾斜安装误差/偏置安装误差：Δz/Δz′≈(z_m-z_g)/z_g，即变形量/准确聚焦高度，变形量为板材上打码位置变形以后与未变形时的高度差。按上述取值，板材变形量为10mm，z_g给定值为460mm，则激光位移传感器倾斜安装时的误差只有常规的偏置安装时的1/46。

因此，从图6以及上述误差计算结果可以看出，激光位移传感器倾斜安装时可以满足打标要求，而且比偏置安装时的适应性更强，误差更小。

本发明还公开了一种钣金件激光打码聚焦装置，该装置包括：

传感器模块，其采用安装于激光打码机上的位移传感器，用于获取激光打码机移动时的位移参数；

移动关系式确定模块，用于获取多组位移传感器与激光打码机移动时的参数，确定移动关系式；

激光打码机准确聚焦位置确定模块，用于根据所述移动关系式，确定激光打码机准确聚焦时的位置坐标，对激光打码机的位置进行调整。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钣金件激光打码聚焦方法，其特征在于，该方法包括：

S1、位移传感器的选取及安装：选取位移传感器，确定所述位移传感器在激光打码机上的安装位置；

S2、移动关系式的确定：获取多组位移传感器与激光打码机移动时的参数，确定移动关系式；

S3、激光打码机准确聚焦位置确定：根据所述移动关系式，确定激光打码机准确聚焦时的位置坐标，对激光打码机的位置进行调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述位移传感器的选取及安装，包括：

S11、选取激光位移传感器作为位移传感器；

S12、将所述位移传感器倾斜地安装在所述激光打码机的侧面上，所述位移传感器的倾斜角度可调。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述移动关系式的确定，包括：

S21、设定激光打码机的聚焦高度为h_g，选择一平整且变形在设定范围内的板材，移动激光打码机到聚焦高度h_g使其准确聚焦，调整激光位移传感器的倾斜角度使传感器的光斑和激光打码机的光斑二者中心重合，记下此时激光打码机的z轴坐标z_g以及激光位移传感器参数x₀，z_g为激光打码机的聚焦高度为h_g时对应的激光打码机准确聚焦时的位置坐标；

S22、控制激光打码机向上移动一段距离h_a，读取此时的激光位移传感器参数x₁，利用公式h₁＝h_g+h_a，确定激光打码机的新高度h₁；

S23、获取激光位移传感器与激光打码机高度之间的线性关系式h＝kx+b，根据激光位移传感器参数x₀、激光位移传感器参数x₁、设定的激光打码机的聚焦高度为h_g、激光打码机的新高度h₁，确定线性关系式的系数k和b，将k和b代入线性关系式，从而得到移动关系式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述激光打码机准确聚焦位置确定，包括：

S31、读取当前激光位移传感器参数x₂，利用所述移动关系式确定激光打码机的实际高度h_t；判断所述板材当前区域的变形量是否超过变形量阈值范围，若是，则执行步骤S32，若否，激光打码机当前位置即为准确聚焦位置，激光打码机的位置无需调整；

S32、根据设定激光打码机的聚焦高度h_g和激光打码机的实际高度h_t，确定激光打码机需要调整的高度Δh，进而确定激光打码机准确聚焦时的位置坐标z_r，根据该位置坐标z_r对激光打码机的位置进行调整。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述位移传感器通过支架安装在所述激光打码机上；

所述支架的角度可调节。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

在所述线性关系公式h＝kx+b中，k＝(h₁-h_g)/(x₁-x₀)＝h_a/(x₁-x₀)；b＝k*x₀-h_g。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述激光打码机的实际高度h_t＝k*x₂+b。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述激光打码机需要调整的高度Δh利用公式Δh＝h_g-h_t确定。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述激光打码机准确聚焦时的位置坐标z_r＝z_g+Δh；

其中，z_r为修正后的激光打码机要定位到的正确坐标，z_g为激光打码机的聚焦高度为h_g时对应的激光打码机准确聚焦时的位置坐标。

10.一种钣金件激光打码聚焦装置，其特征在于，该装置包括：

传感器模块，其采用安装于激光打码机上的位移传感器，用于获取激光打码机移动时的位移参数；

移动关系式确定模块，用于获取多组位移传感器与激光打码机移动时的参数，确定移动关系式；

激光打码机准确聚焦位置确定模块，用于根据所述移动关系式，确定激光打码机准确聚焦时的位置坐标，对激光打码机的位置进行调整。

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