激光头的运动控制方法、运动控制系统和激光加工机技术方案

本发明专利技术涉及一种激光头的运动控制方法、运动控制系统及激光加工机，运动控制方法包括：控制器获取加工工件的目标跟随高度、加工路径、以及激光头与加工工件的实际竖直距离；根据实际竖直距离、目标跟随高度和加工路径确定激光头的运动控制量；控制器基于所述运动控制量控制激光头进行竖直运动、水平运动和旋转运动。同一个控制器实现竖直运动、水平运动和旋转运动的联合控制，提高控制效率和准确度。提高控制效率和准确度。提高控制效率和准确度。

【技术实现步骤摘要】
激光头的运动控制方法、运动控制系统和激光加工机


[0001]本申请一般地涉及电控领域。更具体地，本申请涉及一种激光头的运动控制方法、运动控制系统和激光加工机。

技术介绍

[0002]在激光器应用于激光切割中，需要保证切口处的最大功率以保证切割质量，而所切板材/管材通常都不会水平，存在弧面，变形等情况。所以切割过程中需要实时保证激光焦点位置，即切割头与板材间距保持恒定。传统的切割头高度调整方法是由一个独立的高度调整器对上下轴进行控制，用以保证切割头高度，而其他轴由运动控制卡或数控系统控制，用以控制切割路径。
[0003]此方法由于分开两个系统控制同一机床的不同轴，存在控制权冲突问题；操作者需要同时控制两个控制界面进行操作，操作繁琐不便；由于系统分离，其拓展性，通用性有限，与切割系统无法实时交换数据，限制了一些高级功能的应用；传统调高器不能作为插补轴使用，不能使用定高模式，从而无法应用于精密工件；另外在管材切割中，上下变化较大，传统方法很容易因跟随不及时导致频繁碰板的问题；使用传统脉冲式伺服，接线繁琐，且一般使用AD传输速度信号给伺服执行，易受干扰。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种激光头的运动控制方法、运动控制系统和激光加工机，以解决现有激光头的竖直和水平控制相互分离，无法联合规划控制的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种激光头的运动控制方法，包括：控制器获取所述加工工件的目标跟随高度、加工路径、以及所述激光头与加工工件的实际竖直距离；所述控制器根据所述实际竖直距离、所述目标跟随高度和所述加工路径确定所述激光头的运动控制量；所述控制器基于所述运动控制量控制所述激光头进行竖直运动、水平运动及旋转运动。
[0006]在一个实施例中，所述控制器根据所述实际竖直距离、所述目标跟随高度和所述加工路径确定所述激光头的运动控制量，包括：基于所述加工路径进行速度规划以确定所述激光头的当前速度，计算所述实际竖直距离和所述目标跟随高度的跟随偏差；若所述跟随偏差小于或等于阈值，则依据所述跟随偏差和所述激光头的当前速度确定所述运动控制量；若所述跟随偏差大于阈值，则依据所述跟随偏差进行速度规划，以确定所述运动控制量。
[0007]在一个实施例中，所述控制器获取所述激光头与加工工件的实际竖直距离，包括：所述控制器通过传感器获取所述激光头与所述加工工件之间的实际电容信号；根据距离电容标定函数关系和实际电容信号，获得所述实际竖直距离。
[0008]在一个实施例中，所述运动控制方法还包括：控制所述激光头移动到不同的标定竖直距离，以获取与所述标定竖直距离对应的标定电容信号；对所述标定竖直距离和所述
标定电容信号进行拟合，以获取所述距离电容标定函数关系。
[0009]在一个实施例中，所述控制器通过传感器获取所述激光头与所述加工工件之间的实际电容信号包括：所述控制器通过传感器检测实际电容信号，并利用所述传感器和所述控制器之间的总线传输获得所述实际电容信号。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种激光头的运动控制系统，包括：控制器，用于获取所述加工工件的目标跟随高度、加工路径、以及所述激光头与加工工件的实际竖直距离；根据所述实际竖直距离、所述目标跟随高度和所述加工路径确定所述激光头的运动控制量；基于所述运动控制量控制所述激光头进行竖直运动、水平运动及旋转运动。
[0011]在一个实施例中，所述运动控制系统还包括：传感器，连接所述控制器，用于检测所述激光头与所述加工工件之间的实际电容信号；所述控制器用于根据距离电容标定函数关系和实际电容信号，获得所述实际竖直距离。
[0012]在一个实施例中，所述控制器和所述传感器之间通过总线连接。
[0013]在一个实施例中，所述运动控制系统还包括：传输器，连接于所述传感器和所述控制器之间，包括FPGA采集器、滤波器和EtherCAT总线从模块；所述控制器包括EtherCAT总线主模块；驱动器，连接所述控制器，用于接收所述控制器的运动控制量，以驱动所述激光头进行竖直运动。
[0014]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种激光加工机，包括激光头，以及上述运动控制系统。
[0015]与现有技术不同，本申请运动控制方法中由控制器获取加工工件的目标跟随高度、加工路径、以及激光头与加工工件的实际竖直距离，根据实际竖直距离、目标跟随高度和加工路径确定激光头的运动控制量；基于运动控制量同时控制激光头进行竖直运动、水平运动和旋转运动。因而本专利技术中激光头的竖直运动、水平运动和旋转运动由一个控制器来同时控制实现，便于整体的运动控制规划，提高运动控制的效率和准确性。
附图说明
[0016]通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
[0017]图1是根据本申请实施例激光头的运动控制方法的流程示意图；
[0018]图2是根据本申请实施例激光头的运动控制方法的另一流程示意图；
[0019]图3是根据本申请实施例激光头的运动控制方法中获取标定函数关系的流程示意图；
[0020]图4是根据本申请实施例激光头的运动控制系统的结构示意图；
[0021]图5是根据本申请实施例激光加工机的结构示意图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域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，
都属于本公开保护的范围。
[0023]下面结合附图来详细描述本公开的具体实施方式。
[0024]请参阅图1，图1是根据本申请实施例激光头的运动控制方法的流程示意图。本实施例激光头的运动控制方法主要用于控制激光头进行运动，在激光工艺中，激光头涉及到与工件之间的竖直运动及水平、旋转等运动，竖直运动对应激光焦点即激光的加工功率，水平、旋转等运动则对应激光的加工路径。本实施例中激光头的水平及竖直方向的运动控制均是由控制器来进行控制的。其进行运动控制的主要过程如下。
[0025]S11：获取加工工件的加工路径、目标跟随高度、激光头和加工工件的实际竖直距离。
[0026]本实施例控制器实现竖直、水平和旋转的联动控制。首先获取加工信息，包括加工工件的加工路径，加工路径即涉及激光头的水平及旋转运动，目标跟随高度即表示激光头跟随着加工路径相对加工工件的跟随高度。
[0027]激光头的运动控制包括依据加工路径进行控制，以及对激光头与加工工件的竖直距离进行控制调节，在本步骤S11中还获取激光头和加工工件的实际竖直距离。具体获取方法可以利用距离传感器，还可利用电信号转换计算。
[0028]本实施例中采用电信号转换计算的方法，具体来说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光头的运动控制方法，其特征在于，所述运动控制方法包括：控制器获取所述加工工件的目标跟随高度、加工路径、以及所述激光头与加工工件的实际竖直距离；所述控制器根据所述实际竖直距离、所述目标跟随高度和所述加工路径确定所述激光头的运动控制量；所述控制器基于所述运动控制量控制所述激光头进行竖直运动、水平运动及旋转运动。2.根据权利要求1所述的运动控制方法，其特征在于，所述控制器根据所述实际竖直距离、所述目标跟随高度和所述加工路径确定所述激光头的运动控制量，包括：基于所述加工路径进行速度规划以确定所述激光头的当前速度，计算所述实际竖直距离和所述目标跟随高度的跟随偏差；若所述跟随偏差小于或等于阈值，则依据所述跟随偏差和所述激光头的当前速度确定所述运动控制量；若所述跟随偏差大于阈值，则依据所述跟随偏差进行速度规划，以确定所述运动控制量。3.根据权利要求1所述的运动控制方法，其特征在于，所述控制器获取所述激光头与加工工件的实际竖直距离，包括：所述控制器通过传感器获取所述激光头与所述加工工件之间的实际电容信号；根据距离电容标定函数关系和实际电容信号，获得所述实际竖直距离。4.根据权利要求3所述的运动控制方法，其特征在于，所述运动控制方法还包括：控制所述激光头向上移动到标定竖直位置，周期性获取到所述标定竖直位置过程中的标定竖直距离和标定电容信号；对所述标定竖直距离和所述标定电容信号进行拟合，以获取所述距离电容标定函数关系。5.根据权利要求3所述的运动控制方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟杰恒，杨基鹏，
申请(专利权)人：深圳市小步数控有限公司，
类型：发明
国别省市：