一种激光切割头高度快速标定方法及其应用技术

本发明专利技术涉及激光切割控制技术领域，更具体地，涉及一种激光切割头高度快速标定方法及其应用，该方法主要在调高器内部实现，主要通过同步采集两部分数据：位置信号H和电容频率F，通过设定合适的数据采集周期，在保证精度的前提下调整标定速度大小，按照一定规则采集同步数据，并存储到标定数据表中，建立一定样本数量N的频率

【技术实现步骤摘要】
一种激光切割头高度快速标定方法及其应用


[0001]本专利技术涉及激光切割控制
，更具体地，涉及一种激光切割头高度快速标定方法及其应用。

技术介绍

[0002]激光切割机在使用时，切割头会根据设定的切割轨迹行走，但不同材料、不同厚度、不同切割方式情况下，激光切割头高度是需要调节控制的，割嘴与切工件表面的距离决定切口质量和切割速度的主要因素之一。激光切割机除了根据切割情况选择适合的割嘴型号及气压参数外，对切割头与钢板之间高度需要根据切割的不同材料、不同厚度，使用不同参数，同时割嘴应调整相应的高度。
[0003]由于激光切割机速度快，为保证获得高质量的切口，操作人员用眼睛看，手调的操作方式就不行，反应速度是达不到的。为了弥补手工调节切割时高度控制不稳定问题，配置电容调高器，不管是切割多厚的板有了电容调高切割头，保证高度都能保持一致。不同材料，电容调高器的核心检测部件是电容高度传感器，检测电容的频率信号与激光切割头跟切割材料间的高度的对应关系是不一样的。
[0004]针对不同的激光切割材料，电容板间距离和频率特性不一样，需要在加工前做标定，每一种材料加工前需要标定电容频率和切割头到材料的高度，保证调高器通过检测电容频率值得到精确的高度值。目前，常用的标定方法是在电容传感器检测高度范围内，选择几个固定的高度值，采集相对应的电容频率信号，在采集数据时，由于要控制Z轴运动到固定高度下，等待信号稳定后采样电容数据，然后继续运行到相应高度采集对应的电容值，最后根据采样的数据，重新拟合后，生成标定曲线；现有的标定方法过程中需要等待Z轴高度数据和电容频率数据稳定后采集，动作比较繁琐，标定步骤多，效率低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有标定方法过程中需要等待Z轴高度数据和电容频率数据稳定后采集，动作比较繁琐，标定步骤多，效率低的不足，提供一种激光切割头高度快速标定方法及其应用。本专利技术在Z轴运动过程中动态采集电容和高度数据，实现动态标定，保证了标定精度，提升标定的效率。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种激光切割头高度快速标定方法，具体包括如下步骤：
[0008]步骤S1：手动控制切割头垂直上升到待切割板材上方一定高度处，控制切割头以一定速度垂直向下运动，直到切割头接触到待切割板材得到触板信号，切割头停止运动；
[0009]步骤S2：以触板信号为切割头的基准点，控制切割头以一定的进给速度抬起10mm
‑
20mm，在基准点及切割头抬起的期间内，设定采样间隔高度为d，设定一个定时器同步采样模块的采样周期为T，在每个采样周期T内，通过读取切割头Z轴设置的编码器反馈的位置信号H，并且在采样周期内通过FPGA模块获取设于切割头上跟随运动的电容传感器的电容频
率F，获得一组位置信号H和电容频率F对应的同步采样数据(H，F)；
[0010]步骤S3：在切割头抬起的过程中，每采集到一组同步采样数据(H，F)，判断数据是否符合满足采样条件，满足采样条件的数据压入数据存储器进行存储，形成一定样本数量N的频率
‑
高度数据表，同步采样过程结束；
[0011]步骤S4：再次移动切割头，通过FPGA模块获取电容传感器此时的电容频率F
x
，通过查询频率
‑
高度数据表，确定最接近电容频率F
x
的两组同步采样数据(H
n
，F
n
)和(H
n+1
，F
n+1
)，通过计算出电容频率F
x
对应的高度值H
x
，完成高度标定。
[0012]进一步的，还包括步骤S5：将此时的高度值H
x
输入给激光切割机的主控模块，主控模块根据标定后的高度与频率对应关系进行切割控制。
[0013]需要说明的是，该方法主要在调高器内部实现，主要通过同步采集两部分数据：位置信号H和电容频率F，通过设定合适的数据采集和同步周期，在保证精度的前提下调整标定速度大小，按照一定规则采集同步数据，并存储到标定数据表中，建立一定样本数量N的频率
‑
高度数据表模型，最后利用该频率
‑
高度数据表模型来给切割机的主控模块计算对应频率的输出高度，标定流程简单，速度快，效率高。
[0014]还需说明的是，其中FPGA模块采用多周期同步测频法在一定采样周期内更新电容频率，保证同步采样模块获取数据的实时性，从而保证在同一周期范围内采集一组位置信号H和电容频率F对应的同步采样数据(H，F)的同步；以触板信号为切割头的基准点，能够保证切割头的初始位置的精确，保证后续切割头移动的位置准确，在切割头下移等待触板信号时，为防止切割头下方没有加工材料，调高器标定时没有检测到碰板信号会一直往下移动，实际切割机床上会有Z轴的软件限位位置，做防撞保护。
[0015]进一步的，步骤S1中，手动控制切割头垂直上升到待切割板材上方10mm
‑
20mm，控制切割头以5mm/s的速度垂直向下运动。
[0016]进一步的，步骤S2中，设定切割头抬起的标定运行速度为V，保证在每个采样间隔高度d的区间内都能获取数据信号，则最大标定运行速度为将运行速度为V控制在的范围内，能够保证采样数据量足够。
[0017]进一步的，采样间隔d为0.01mm，定时器采样周期T为250μs，最大运行速度为V
max
≤40m/s。这样，采样过程中需要尽可能保证在每个采样间隔高度d的区间内都能获取数据信号。
[0018]进一步的，步骤S3中满足采样条件的判断步骤如下：获取当前切割头的同步采样数据(H
’
，F
’
)，先比较当前频率值F
’
是否大于前一个采样频率值，如果不满足条件，认为当前采样存在较大信号干扰，该采样值是异常值，丢弃该组数据，继续采样；当F
’
大于前一个采样频率值，再比较当前高度区间的高度数据H
’
是否大于上一高度区间的高度，如果满足条件，则将这一组(H
’
，F
’
)数据压入数据存储器进行存储，如果不满足条件，则丢弃该组数据，等待下一组数据进行比较判断；其中，当前高度区间的高度数据H
’
是否大于上一高度区间的高度，可通过计算当前定时器采样模块同步返回的Z轴高度值与的高度差来进行比较，设定Z轴初始参考点的高度信息为H
ref
，则在Z轴抬起过程中，设定当前高度区间为S，下一高度区间为S
n
，则：
[0019][0020]若当前的高度区间样本数量为S是大于或等于上一个高度区间S
n
的，则更新输出区间标记信号，此数据计入样本数量N中。
[0021]直至切割头抬起的高度＞10mm，且此时样本数量N≥1000，完成频率
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光切割头高度快速标定方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤S1：手动控制切割头垂直上升到待切割板材上方一定高度处，控制切割头以一定速度垂直向下运动，直到切割头接触到待切割板材得到触板信号，切割头停止运动；步骤S2：以触板信号为切割头的基准点，控制切割头以一定的进给速度抬起10mm
‑
20mm，在基准点及切割头抬起的期间内，设定采样间隔高度为d，设定一个定时器同步采样模块的采样周期为T，在每个采样周期T内，通过读取切割头Z轴设置的编码器反馈的位置信号H，并且在采样周期内通过FPGA模块获取设于切割头上跟随运动的电容传感器的电容频率F，获得一组位置信号H和电容频率F对应的同步采样数据(H，F)；步骤S3：在切割头抬起的过程中，每采集到一组同步采样数据(H，F)，判断数据是否符合满足采样条件，满足采样条件的数据压入数据存储器进行存储，形成一定样本数量N的频率
‑
高度数据表，同步采样过程结束；步骤S4：再次移动切割头，通过FPGA模块获取电容传感器此时的电容频率F
x
，通过查询频率
‑
高度数据表，确定最接近电容频率F
x
的两组同步采样数据(H
n
，F
n
)和(H
n+1
，F
n+1
)，通过计算出电容频率F
x
对应的高度值H
x
，完成高度标定。2.根据权利要求1所述的一种激光切割头高度快速标定方法，其特征在于，还包括步骤S5：将此时的高度值H
x
输入给激光切割机的主控模块，所述主控模块根据标定后的高度与频率对应关系进行切割控制。3.根据权利要求1所述的一种激光切割头高度快速标定方法，其特征在于，所述步骤S1中，手动控制切割头垂直上升到待切割板材上方10mm
‑
20mm，控制切割头以5mm/s的速度垂直向下运动。4.根据权利要求1所述的一种激光切割头高度快速标定方法，其特征在于，所述步骤S2中，设定切割头抬起的标定运行速度为V，保证在每个采样间隔高度d的区间内都能获取数据信号，则最大标定运行速度为5.根据权利要求4所述的一种激光切割头高度快速标定方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，常勇，
申请(专利权)人：广东宏石激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：