一种激光头距离感应器的精确校准控制方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光头距离感应器的精确校准控制方法，调节激光头焦距到零位并检查激光头状态信号，根据切割高度范围设置校准特征曲线；校准特征曲线由若干在测量范围内的特征点构成；在激光切割机的切割高度范围内设置较密集的特征点，而在切割高度范围之外设置较稀疏的特征点；控制Y轴伺服电机将激光头从初始位移至钢板上部，然后控制Z轴伺服电机下降直至激光头喷嘴接触到钢板；控制Z轴伺服电机将激光头依次移动到校准特征曲线上的每个特征点进行校准；校准完成后，控制Y、Z轴伺服电机回到初始位，并对距离感应器测量值进行滤波处理；若校准过程中发生故障，处理故障并重新开始校准。本发明专利技术可确保距离感应器在工作点附近的测量精度。的测量精度。的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种激光头距离感应器的精确校准控制方法与系统


[0001]本专利技术涉及工业自动化
，尤其涉及一种激光头距离感应器的精确校准控制方法与系统。

技术介绍

[0002]随着加工行业的飞速发展，激光切割机得到了越来越广泛的应用，无论是对不锈钢、碳钢、铝板还是镀锌板、铁板等金属材料，均可以实现快速、准确以及高效率的切割。
[0003]为了实现良好的切割效果，激光切割过程中要求各项工艺参数都保持设定的优化值，其中切割高度是一个较为重要的工艺参数，若参数设置不合理会较大程度地影响切割效果，造成切割面挂渣、结瘤，甚至切不断。因此在激光切割过程中保持切割高度稳定就很重要。
[0004]金属板材在宽度方向上的厚度往往是有一定波动的，为了保持切割高度的稳定，目前主流的激光头都配备了非接触式的距离感应器，可以测量出激光头与金属板材表面之间的距离，切割高度控制的精度直接取决于激光头距离感应器的测量精度。例如某品牌激光头的距离感应器测量范围为0.0～10.0mm，对应的输出为0～10V电压。测量的输出电压和对应的距离值之间的比例关系存储在激光头的调高器中，该比例关系会受到测量材质的影响，因此在初次测量或更换了不同规格不同钢种的钢板后，都必须要进行校准。在校准时激光头会接触到钢板，此时激光头的调高器会发出触板信号，而如果激光头距离钢板比较远，超出10.0mm的测量范围，则激光头的调高器会发出超测量范围信号。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要目的在于：提供一种激光头距离感应器的精确校准控制方法与系统，提高测量精度。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：一种激光头距离感应器的精确校准控制方法，用于激光切割设备，激光切割设备包括控制器、伺服放大器、调高器、激光头、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机、Y轴轨道和Z轴轨道；Y轴伺服电机和Z轴伺服电机用于在Y轴轨道和Z轴轨道上移动激光头，所述Y轴伺服电机和Z轴伺服电机还分别安装有绝对值编码器，用于测量Y轴伺服电机和Z轴伺服电机的位置实际值，所述激光头自带有距离感应器，用于感应出位于激光头底部的激光喷嘴与待切割钢板之间的距离；距离感应器与调高器连接，控制器从调高器中读取到感应距离测量值，绝对值编码器读数通入控制器，控制器发送指令给伺服放大器，由伺服放大器控制Y轴和Z轴伺服电机移动；所述的Y轴为切割方向运动的轴，所述的Z轴为高度方向动作的轴；
[0007]本方法包括以下步骤：
[0008]S1、调节激光头焦距到零位并检查激光头状态信号，根据切割高度范围设置校准特征曲线；所述的校准特征曲线由若干在测量范围内的特征点构成；在设置校准特征曲线时，在激光切割机的切割高度范围内设置较密集的特征点，而在切割高度范围之外设置较
稀疏的特征点；所述的密集和稀疏为相对概念；
[0009]S2、控制Y轴伺服电机将激光头从初始位移至钢板上部，然后控制Z轴伺服电机下降直至激光头喷嘴接触到钢板；控制Z轴伺服电机将激光头依次移动到校准特征曲线上的每个特征点进行校准；
[0010]S3、校准完成后，控制Y、Z轴伺服电机回到初始位，并对距离感应器测量值进行滤波处理；
[0011]S4、若校准过程中发生故障，处理故障并重新开始校准。
[0012]按上述方法，所述S1中，调节激光头焦距到零位并检查激光头状态信号的方法为：
[0013]自动或手动将激光头焦距调整或设置到零位；
[0014]在控制器中检查激光头的各种状态信号，这些状态信号是通过硬接线或者通过通讯的方式发送到控制器中的；
[0015]所述的状态信号包括：激光头喷嘴未接触到钢板；激光头侧面未接触到钢板；激光头焦距在零位；激光头喷嘴可检测到；激光头接线正常；激光头与钢板之间的距离大于测量范围；
[0016]当上述所有状态信号都满足的情况下，进行校准操作。
[0017]按上述方法，所述S1中，所述的特征点数量为16。
[0018]按上述方法，所述S2中，控制Y轴伺服电机将激光头从初始位移至钢板上部的方法为：
[0019]控制Y轴伺服电机，将激光头从初始位移动到钢板边部内侧一定距离的地方；设切割位位于辊道中间位置Y
Center
，钢板宽度为S
Width
，为确保激光头在钢板上部，还要在钢板边部再往内侧移动一定距离D
in
，即Y轴伺服电机的位置设定值Y
Set
为：
[0020][0021]将Y轴伺服电机移动到位置设定值，确保激光头位于钢板的上部。
[0022]按上述方法，所述S2中，控制Z轴伺服电机下降直至激光头喷嘴接触到钢板的方法为：
[0023]调节Z轴伺服电机，将激光头从初始位快速下降到距离感应器的测量范围内；到位后Z轴以很慢的速度继续下降以免撞伤激光头喷嘴，直到激光头返回喷嘴接触到钢板信号停止；调高器将此时的感应电压值记录下来作为感应距离的零值。
[0024]按上述方法，所述S2中，控制Z轴伺服电机将激光头依次移动到校准特征曲线上的每个特征点进行校准的方法为：
[0025]控制Z轴伺服电机将激光头上抬到距钢板最大距离的特征点处，这是校准的第一个特征点，到位后延时预设的一小段时间等待调高器记录位置和对应电压值；然后按照校准特征曲线控制Z轴伺服电机从高往低依次到达各个特征点，每次到达特征点指定距离后延时预设的一小段时间等待调高器记录位置和对应电压值，直到完成校准特征曲线上所有的特征点。
[0026]按上述方法，所述S3中，控制Y、Z轴伺服电机回到初始位的具体方法为：
[0027]使用比例控制器，计算Y轴和Z轴伺服电机回到零位的速度设定值：
[0028]S
Y，SP
＝Lim(K
Y
×
Y
Act
)
[0029]S
Z，SP
＝Lim(K
Z
×
Z
Act
)
[0030]式中，S
Y，SP
和S
Z，SP
分别为Y轴和Z轴回零位的速度设定值，K
Y
和K
Z
分别为Y轴和Z轴比例控制器的比例系数，Y
Act
和Z
Act
分别为Y轴和Z轴绝对值编码器测量的位置实际值，Lim表示限幅环节，即限制速度设定值在给定的最大值范围内；这样Y轴和Z轴在回零位的初期阶段将以速度最大值运行直到接近零位的预设位置，然后速度会逐渐下降，最后停在零位。
[0031]按上述方法，所述S4中，当发生校准长时间未启动故障时进行处理的方法为：若发出校准命令后，伺服电机较长时间未动作，即为校准未启动故障，此时检查校准必要条件是否满足；
[0032]当发生无触板信号故障时进行处理的方法为：检查激光头的喷嘴、陶瓷体、保护镜片是否有污损，若有问题则更换新的配件，然后再次进行校准；
[0033]当发生校准中触板故障时进行处理的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光头距离感应器的精确校准控制方法，其特征在于，用于激光切割设备，激光切割设备包括控制器、伺服放大器、调高器、激光头、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机、Y轴轨道和Z轴轨道；Y轴伺服电机和Z轴伺服电机用于在Y轴轨道和Z轴轨道上移动激光头，所述Y轴伺服电机和Z轴伺服电机还分别安装有绝对值编码器，用于测量Y轴伺服电机和Z轴伺服电机的位置实际值，所述激光头自带有距离感应器，用于感应出位于激光头底部的激光喷嘴与待切割钢板之间的距离；距离感应器与调高器连接，控制器从调高器中读取到感应距离测量值，绝对值编码器读数通入控制器，控制器发送指令给伺服放大器，由伺服放大器控制Y轴和Z轴伺服电机移动；所述的Y轴为切割方向运动的轴，所述的Z轴为高度方向动作的轴；本方法包括以下步骤：S1、调节激光头焦距到零位并检查激光头状态信号，根据切割高度范围设置校准特征曲线；所述的校准特征曲线由若干在测量范围内的特征点构成；在设置校准特征曲线时，在激光切割机的切割高度范围内设置较密集的特征点，而在切割高度范围之外设置较稀疏的特征点；所述的密集和稀疏为相对概念；S2、控制Y轴伺服电机将激光头从初始位移至钢板上部，然后控制Z轴伺服电机下降直至激光头喷嘴接触到钢板；控制Z轴伺服电机将激光头依次移动到校准特征曲线上的每个特征点进行校准；S3、校准完成后，控制Y、Z轴伺服电机回到初始位，并对距离感应器测量值进行滤波处理；S4、若校准过程中发生故障，处理故障并重新开始校准。2.根据权利要求1所述的激光头距离感应器的精确校准控制方法，其特征在于，所述S1中，调节激光头焦距到零位并检查激光头状态信号的方法为：自动或手动将激光头焦距调整或设置到零位；在控制器中检查激光头的各种状态信号，这些状态信号是通过硬接线或者通过通讯的方式发送到控制器中的；所述的状态信号包括：激光头喷嘴未接触到钢板；激光头侧面未接触到钢板；激光头焦距在零位；激光头喷嘴可检测到；激光头接线正常；激光头与钢板之间的距离大于测量范围；当上述所有状态信号都满足的情况下，进行校准操作。3.根据权利要求1所述的激光头距离感应器的精确校准控制方法，其特征在于，所述S1中，所述特征点的数量为16。4.根据权利要求1所述的激光头距离感应器的精确校准控制方法，其特征在于，所述S2中，控制Y轴伺服电机将激光头从初始位移至钢板上部的方法为：控制Y轴伺服电机，将激光头从初始位移动到钢板边部内侧一定距离的地方；设切割位位于辊道中间位置Y
Center
，钢板宽度为S
Width
，为确保激光头在钢板上部，还要在钢板边部再往内侧移动一定距离D
in
，即Y轴伺服电机的位置设定值Y
Set
为：将Y轴伺服电机移动到位置设定值，确保激光头位于钢板的上部。
5.根据权利要求1所述的激光头距离感应器的精确校准控制方法，其特征在于，所述S2中，控制Z轴伺服电机下降直至激光头喷嘴接触到钢板的方法为：调节Z轴伺服电机，将激光头从初始位快速下降到距离感应器的测量范围内；到位后Z轴以很慢的速度继续下降以免撞伤激光头喷嘴，直到激光头返回喷嘴接触到钢板信号停止；调高器将此时的感应电压值记录下来作为感应距离的零值。6.根据权利要求1所述的激光头距离感应器的精确校准控制方法，其特征在于，所述S2中，控制Z轴伺服电机将...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈跃华，熊金猛，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：