一种激光切割过程中的激光头随动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切割过程中的激光头随动控制方法与系统，该方法包括：设定距离感应器的校准特征曲线并控制Z轴伺服电机进行校准；设置切割高度的精度参数，根据距离差设置Z轴伺服电机的速度和加减速度；在激光头进入待切割物料边部和从待切割物料边部出去的时候，计算Z轴伺服电机的速度和加减速度设定值。本发明专利技术实现了切割过程中切割高度的平稳控制，进行了距离感应器的精确校准，并采用滤波减少外部干扰对感应距离的影响，考虑了激光头从进入待切割物料边部到从待切割物料边部出去的整个切割过程，分别采用不同的速度和加减速度设定值，从而使得整个切割过程中切割高度控制地平稳且快速。控制地平稳且快速。控制地平稳且快速。

【技术实现步骤摘要】
一种激光切割过程中的激光头随动控制方法与系统


[0001]本专利技术涉及激光切割控制技术，尤其涉及一种激光切割过程中的激光头随动控制方法与系统。

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。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。另外激光头安装在一个可以上下移动的轴上，采用PLC(可编程逻辑控制器)控制伺服电机来实现轴的上下移动，这样就具备了激光头随动控制的硬件条件。
[0005]由于切割板宽度数据存在一定的误差，为了保证切割板能被完整切割，需要在激光头到达切割板边部之前就提前启动激光和冷却气；同理，在切割板切割完以后，激光头已经出了切割板另一侧的边部了，仍要保持一小段时间激光和冷却气的开启。那么在切割过程中就会有一次激光头进入切割板边部的过程，还会有一次激光头从切割板边部出去的过程。这两个过程中激光头随动功能是使能的，此时在切割板范围之外激光头的感应距离会超出量程。而且根据实际观察，感应距离会有大约两个采样周期的过渡时间。以激光头从切割板边部出去为例，此时感应距离先从切割高度附近变化到一个量程以内较大的值，然后下一个采样周期到达量程附近，再下一个采样周期就超出量程了。针对该情况，必须在激光头进入切割板边部和从切割板边部出去时控制好伺服电机的动作，否则激光头可能会急剧下降造成设备损坏。

技术实现思路

[0006]本专利技术主要目的在于：提供一种激光切割过程中的激光头随动控制方法与系统，能够在高难度切割过程中，提高切割控制的稳定性。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：一种激光切割过程中的激光头随动控制方法，激光头通过Z轴伺服电机控制在高度方向上的移动，通过Y轴伺服电机控制在切割方向上的移
动；本方法包括以下步骤：
[0008]S1、Z轴伺服电机的校准：
[0009]设定距离感应器的校准特征曲线，并依据该校准特征曲线控制Z轴伺服电机进行校准；所述的距离感应器用于测量激光头喷嘴与待切割物料上表面之间的距离，在距离感应器的量程范围内设置若干特征点，所述的校准特征曲线由所有特征点的位置组成；
[0010]S2、计算并设置Z轴伺服电机的运行参数：
[0011]2.1、激光头进入待切割物料边部时：
[0012]激光头进入待切割物料边部之前，距离感应器测量值超出量程范围，此时保持Z轴伺服电机不动作；判断激光头进入待切割物料边部的采样时刻和下一个采样时刻，根据距离感应器测得的切割高度值和切割高度设定值，采用比例积分控制器以预设的较小的比例系数计算Z轴伺服电机的动作速度，并以预设的较小的限幅值对计算速度做限幅处理得到第二速度设定值，并根据第二速度设定值和Z轴伺服电机的自身参数，确定第二加减速度设定值，作为激光头进入待切割物料边部时的Z轴伺服电机运行参数；
[0013]2.2、切割过程中：
[0014]从判断激光头进入待切割物料边部的两个采样时刻之后，采用所述比例积分控制器，增大比例系数，增大速度限幅值后计算得到所述的第一速度设定值；根据第一速度设定值和Z轴伺服电机的自身参数，确定第一加减速度设定值；第一速度设定值和第一加减速度设定值作为切割过程中的Z轴伺服电机运行参数；
[0015]切割过程中，通过Y轴伺服电机控制在切割方向上的移动；
[0016]2.3、激光头从待切割物料边部出去时：
[0017]设定第三速度设定值为0，第三减速度设定值设定为最大值，作为激光头从待切割物料边部出去时的Z轴伺服电机运行参数；
[0018]S3、按照S2设置的Z轴伺服电机的运行参数，控制Z轴伺服电机，带动激光头在切割时运动。
[0019]按上述方法，距离感应器的量程为固定值，切割高度范围为激光头喷嘴与待切割物料的上表面的距离，其范围按照工艺要求给出，在所述距离感应器的量程范围内；在距离感应器的量程范围内选取特征点，且位于切割高度范围内的特征点的数量占所有特征点数量的半数以上。
[0020]按上述方法，S1中校准的过程为：
[0021]Z轴伺服电机以预设的低速下降，直到激光头喷嘴接触到待切割物料上表面停下来；然后控制Z轴伺服电机将激光头抬到与待切割物料上表面距离最大的特征点处，到位后等待调高器记录位置和距离感应器反馈的对应电压值；再按照校准特征曲线，控制Z轴伺服电机从高往低依次到达各个特征点，并记录各特征点的位置和对应电压值；最后控制Z轴伺服电机以预设的快速抬起，校准完成。
[0022]按上述方法，所述的2.1通过以下方式判断激光头进入待切割物料边部：
[0023]当某一个采样时刻n，距离感应器获得的距离值大于距离感应器的量程，且n+1时刻获得的距离值小于或等于量程，判断激光头进入钢板边部。
[0024]按上述方法，所述的2.3通过以下方式判断激光头从待切割物料边部出去：
[0025]当某一个采样时刻m，距离感应器获得的距离值在切割高度设定值一定范围内波
动，且下一个采样时刻m+1获得的距离值超过预设的远大于切割高度设定值的值，则判断激光头从待切割物料边部出去。
[0026]一种激光头随动控制系统，本系统包括激光头，激光头自带有用于感应激光喷嘴与待切割物料之间距离的距离感应器，激光头安装在Z轴伺服电机上，随Z轴伺服电机在沿高度方向设置的Z轴轨道上移动；Z轴轨道安装在Y轴伺服电机上，使得激光头、Z轴伺服电机和Z轴轨道构成的整体随Y轴伺服电机在沿切割方向设置的Y轴轨道上移动；还包括控制单元，用于根据距离感应器采集的距离值控制所述Z轴伺服电机和Y轴伺服电机的移动轨迹，从而实现权利要求1至5中任意一项所述的激光头随动控制方法。
[0027]按上述系统，本系统还包括用于距离感应器校准的调高器，距离感应器与调高器通过光纤连接，调高器与所述控制单元电连接。
[0028]按上述系统，所述的控制单元包括PLC控制器和伺服放大器，PLC控制器通过伺服放大器控制所述的Z轴伺服电机和Y轴伺服本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光切割过程中的激光头随动控制方法，其特征在于，激光头通过Z轴伺服电机控制在高度方向上的移动，通过Y轴伺服电机控制在切割方向上的移动；本方法包括以下步骤：S1、Z轴伺服电机的校准：设定距离感应器的校准特征曲线，并依据该校准特征曲线控制Z轴伺服电机进行校准；所述的距离感应器用于测量激光头喷嘴与待切割物料上表面之间的距离，在距离感应器的量程范围内设置若干特征点，所述的校准特征曲线由所有特征点的位置组成；S2、计算并设置Z轴伺服电机的运行参数：2.1、激光头进入待切割物料边部时：激光头进入待切割物料边部之前，距离感应器测量值超出量程范围，此时保持Z轴伺服电机不动作；判断激光头进入待切割物料边部的采样时刻和下一个采样时刻，根据距离感应器测得的切割高度值和切割高度设定值，采用比例积分控制器以预设的较小的比例系数计算Z轴伺服电机的动作速度，并以预设的较小的限幅值对计算速度做限幅处理得到第二速度设定值，并根据第二速度设定值和Z轴伺服电机的自身参数，确定第二加减速度设定值，作为激光头进入待切割物料边部时的Z轴伺服电机运行参数；2.2、切割过程中：从判断激光头进入待切割物料边部的两个采样时刻之后，采用所述比例积分控制器，增大比例系数，增大速度限幅值后计算得到所述的第一速度设定值；根据第一速度设定值和Z轴伺服电机的自身参数，确定第一加减速度设定值；第一速度设定值和第一加减速度设定值作为切割过程中的Z轴伺服电机运行参数；切割过程中，通过Y轴伺服电机控制在切割方向上的移动；2.3、激光头从待切割物料边部出去时：设定第三速度设定值为0，第三减速度设定值设定为最大值，作为激光头从待切割物料边部出去时的Z轴伺服电机运行参数；S3、按照S2设置的Z轴伺服电机的运行参数，控制Z轴伺服电机，带动激光头在切割时运动。2.根据权利要求1所述的激光头随动控制方法，其特征在于，距离感应器的量程为固定值，切割高度为激光头喷嘴与待切割物料的上表面的距离，其范围按照工艺要求给出，在所述距离感应器的量程范围内；在距离感应器的量程范围内选取特征点，且位于切割高度范围内的特征点的数量占所有特征点数量的半数以上。3.根据权利要求1所述的激光头随动控制方法，其特征在于，S1中校准的过程为：Z轴伺服电机以预设的低速下降，直到激光头喷嘴接触到待切割物料上表面停下来；然后控...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈跃华，徐永斌，赵菁，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：