大功率數(shù)控激光切割機(jī)床用z軸浮動(dòng)控制裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能實(shí)現(xiàn)大功率數(shù)控激光切割機(jī)床Z軸浮動(dòng)的方法和裝置領(lǐng)域，特別涉及一種大大功率數(shù)控激光切割機(jī)床用Z軸浮動(dòng)控制裝置及控制方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]激光切割頭是數(shù)控激光切割機(jī)最重要的配件之一。數(shù)控激光切割機(jī)在使用過程中，為保證獲得高質(zhì)量的切口，噴嘴到被切割工件表面的高度必須保持穩(wěn)定。由于數(shù)控激光切割機(jī)速度快，操作人員采用眼看、手調(diào)的方式調(diào)整高度不可能滿足高速切割的需要，因此一種能夠保持激光切割頭與被加工板材之間距離相對(duì)穩(wěn)定的裝置便成為大功率數(shù)控激光切割系統(tǒng)的必需。早期，大功率數(shù)控激光切割機(jī)采用接觸式探腳，利用電感傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割頭與被加工板材之間距離的監(jiān)控(也稱Z浮或Z軸隨動(dòng))，但這種方式存在一個(gè)明顯的缺陷，即在檢測(cè)時(shí)探腳必須接觸被加工板材表面，對(duì)有些較軟的板材(如不銹鋼板、鋁板等)會(huì)留下一些劃痕，不能滿足對(duì)工件表面質(zhì)量要求較高的加工。目前，國(guó)際上最新的方法是采用電容傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割頭與被加工板材之間距離的監(jiān)控，它能實(shí)現(xiàn)Z軸浮動(dòng)與板面不接觸的加工要求；不過這一方法也有缺陷，那就是電容傳感器只能使Z軸浮于金屬板材表面，而對(duì)非金屬板材不適用，這樣就限制了大功率數(shù)控激光切割機(jī)的使用范圍，因此有人想到設(shè)置超聲波傳感器，由超聲測(cè)距原理知，超聲波測(cè)距為非接觸式測(cè)距，且對(duì)任何材質(zhì)的物體都能進(jìn)行測(cè)距，所以它能滿足數(shù)控激光切割機(jī)切割任何板材時(shí)對(duì)距離的非接觸式檢測(cè)的需求，但是目前在小功率數(shù)控激光切割機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用的超聲傳感器是平行于光束安裝的(大功率數(shù)控激光切割機(jī)系統(tǒng)中尚未見面市的成品)，即垂直(或近似垂直)被切割物體表面，則在被切割物體表面，傳感器測(cè)量點(diǎn)與光束入射點(diǎn)必然有一段距離，而這一距離就可能有起伏，并因此會(huì)導(dǎo)致光束聚焦點(diǎn)與被切割物體表面的光束入射點(diǎn)之間距離有變化；當(dāng)然，對(duì)于數(shù)控激光切割機(jī)來(lái)說，一個(gè)很嚴(yán)重的問題是，傳感器正下方的板材可能已經(jīng)被切割，即脫離了母體，甚至已經(jīng)掉落，對(duì)于大功率數(shù)控激光切割機(jī)來(lái)說，這是其工作常態(tài)，從這一情況來(lái)看，這樣設(shè)計(jì)的裝置就不能適合大功率數(shù)控激光切割機(jī)，它僅適用于小功率，且在加工中要采取一定的切割技巧，如用橋位保持板材被分割部件與母體的一絲連接，但這也必然造成其存在加工缺陷，由此可見，現(xiàn)有的在小功率數(shù)控激光切割機(jī)應(yīng)用上使用的超聲波傳感器有明顯的不足。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)以上問題，本發(fā)明為一種大功率數(shù)控激光切割機(jī)床用Z軸浮動(dòng)控制裝置及控制方法，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)任何材料板材距離的非接觸式探測(cè)，這樣不僅能克服電容傳感檢測(cè)方式不適用于非金屬板材的缺陷，也能避免電感傳感檢測(cè)方式的接觸式探腳對(duì)較軟板材的劃傷，并且采用兩對(duì)傾斜設(shè)置的傳感器，并外加四個(gè)垂直傳感器輔助，使得其激光切割Z軸浮動(dòng)精度和可靠性得到了有效保證，為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種大功率數(shù)控激光切割機(jī)床用Z軸浮動(dòng)控制裝置，包括超聲波傳感器安裝座、垂直安裝超聲波傳感器、傾斜安裝超聲波發(fā)射器和傾斜安裝超聲波接收器，所述Z軸浮動(dòng)控制裝置通過超聲波傳感器安裝座套裝在大功率數(shù)控激光切割機(jī)床的Z軸的噴嘴上方，所述噴嘴上方有聚焦鏡鏡座組件，加工中所述噴嘴下方有待切割板材，所述超聲波傳感器安裝座上共有8個(gè)安裝孔，8個(gè)安裝孔分別是四個(gè)垂直安裝孔和四個(gè)傾斜安裝孔，所述垂直安裝孔與傾斜安裝孔相互間隔并均布于安裝座圓周上，四個(gè)垂直安裝孔內(nèi)分別安裝有垂直安裝超聲波傳感器一、垂直安裝超聲波傳感器二、垂直安裝超聲波傳感器三和垂直安裝超聲波傳感器四，所述垂直安裝超聲波傳感器一、垂直安裝超聲波傳感器二、垂直安裝超聲波傳感器三和垂直安裝超聲波傳感器四為超聲發(fā)射器與超聲接收器一體式超聲波傳感器，四個(gè)傾斜安裝孔內(nèi)分別安裝有傾斜安裝超聲波發(fā)射器一、傾斜安裝超聲波接收器一、傾斜安裝超聲波發(fā)射器二和傾斜安裝超聲波接收器二，所述傾斜安裝超聲波發(fā)射器一與傾斜安裝超聲波接收器一的軸線共面，所述傾斜安裝超聲波發(fā)射器二與傾斜安裝超聲波接收器二的軸線共面，所述傾斜安裝超聲波發(fā)射器一與傾斜安裝超聲波接收器一以及傾斜安裝超聲波發(fā)射器二與傾斜安裝超聲波接收器二的交點(diǎn)在噴嘴下方的待切割板材的板面附近。
[0006]作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述超聲波傳感器安裝座上安裝的8個(gè)安裝孔，相鄰安裝孔之間圓弧所對(duì)的圓心角為45°，為了保證對(duì)稱安裝孔之間角度一般為45°。
[0007]作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，所述垂直安裝超聲波傳感器一、垂直安裝超聲波傳感器二、垂直安裝超聲波傳感器三和垂直安裝超聲波傳感器四以及傾斜安裝超聲波發(fā)射器一與傾斜安裝超聲波接收器一以及傾斜安裝超聲波發(fā)射器二與傾斜安裝超聲波接收器二的工作超聲波波段不同；即在工作過程中，為防止超聲波傳感器之間的相互干擾，四個(gè)垂直且獨(dú)立的超聲波傳感器與兩對(duì)傾斜超聲波發(fā)射、接收器分別工作在六個(gè)不同的超聲波段。
[0008]本發(fā)明一種大功率數(shù)控激光切割機(jī)床用Z軸浮動(dòng)控制裝置的Z軸懸浮控制方法如下:
二維數(shù)控激光切割機(jī)Z軸在隨動(dòng)工作方式下，采用超聲傳感器單元進(jìn)行待加工板面與激光切割頭之間的距離檢測(cè)，檢測(cè)到的距離信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并經(jīng)放大電路單元進(jìn)行放大后，反饋回控制系統(tǒng)單元進(jìn)行信號(hào)處理，將處理結(jié)果經(jīng)控制信號(hào)輸出單元輸出到Z軸伺服驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)Z軸伺服電機(jī)微調(diào)這一距離；在數(shù)控激光切割機(jī)切割板材過程中，這一過程不斷地循環(huán)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)板材表面不同部位起伏的自動(dòng)跟隨；
在跟隨過程中，傾斜安裝超聲波發(fā)射器一發(fā)出的超聲波經(jīng)被切割板面反射被傾斜安裝超聲波接收器一接收，傾斜安裝超聲波發(fā)射器二發(fā)出的超聲波經(jīng)被切割板面反射被傾斜安裝超聲波接收器二接收，系統(tǒng)通過對(duì)兩對(duì)輸出、輸入超聲波信號(hào)的處理，以及四個(gè)垂直獨(dú)立的超聲波傳感器的輔助下，測(cè)量和控制激光切割頭與被切割板面的距離。
[0009]本發(fā)明為一種大功率數(shù)控激光切割機(jī)床用Z軸浮動(dòng)控制裝置及控制方法，其噴嘴的超聲波傳感器安裝座有兩對(duì)傳感器采用合適的傾角，直指噴嘴正下方待切割部位(或正在被切割部位)，并外加四個(gè)垂直傳感器輔助，其中垂直安裝的四個(gè)超聲波傳感器，它們是超聲發(fā)射器與超聲接收器為一體的超聲波傳感器，用于垂直測(cè)量被切割板面與切割中心點(diǎn)(噴嘴下部)等距的四個(gè)點(diǎn)相對(duì)于切割頭的位置，傾斜安裝的四個(gè)超聲波傳感器，它們實(shí)際分為兩對(duì)，每對(duì)斜設(shè)的超聲波傳感器，分別有一個(gè)超聲接收器和一個(gè)超聲發(fā)射器，超聲發(fā)射器與超聲接收器的軸線共面，且它們的交點(diǎn)是噴嘴下方的待切割板面附近，在工作過程中，超聲發(fā)射器發(fā)出的超聲波經(jīng)被切割板面反射被超聲接收器接收，系統(tǒng)通過對(duì)兩對(duì)輸出、輸入超聲波信號(hào)的處理，以及在四個(gè)垂直獨(dú)立的超聲波傳感器的輔助下，就能精確測(cè)量和控制激光切割頭與被切割板面的距離，從而使得激光切割的精度和可靠性也得到了有效保證，并且四個(gè)垂直傳感器的測(cè)量點(diǎn)也不可能都與母體脫離，這也有效克服了單一傳感器的測(cè)量點(diǎn)有可能與母體脫離的缺陷。
[0010]
【附圖說明】
[0011]圖1為超聲波測(cè)距反饋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖；
圖2為超聲傳感Z軸浮動(dòng)控制裝置示意圖；
圖3為超聲傳感器位置說明示意圖。
[0012]其中:
1、超聲波傳感器單元；2、放大電路單元；
3、系統(tǒng)信號(hào)處理單元；4、控制信號(hào)輸出單元；
5、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)單元；6、待切割板材；
7、聚焦鏡鏡座組件；8、超聲波傳感器安裝座；
9、噴嘴；10、超聲波傳感器安裝座上表面；
I1、超聲波傳感器安裝座下表面；12、垂直安裝超聲波傳感器一；
13、垂直安裝超聲波傳感器二 ；14、垂直安裝超聲波傳感器三；
15、垂直安裝超聲波傳感器四； 16、傾斜安裝超聲波發(fā)射器一；
17、傾斜安裝超聲波接收器一 ； 18、傾斜安裝超聲波發(fā)射器二 ；
19、傾斜安裝超聲波接收器二。
[0013]
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明做詳細(xì)的說明:
本發(fā)明為一種大功率數(shù)控激光切割機(jī)床用Z軸浮動(dòng)控制裝置及控制方法，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)