一种激光头距离感应器的精确校准控制方法与系统与流程

1.本发明涉及工业自动化技术领域，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。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.本发明主要目的在于：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。
6.本发明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；
7.本方法包括以下步骤：
8.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；
9.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；
10.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；
11.s4、若校准过程中发生故障，处理故障并重新开始校准。
12.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：
13.自动或手动将激光头焦距调整或设置到零位；
14.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；
15.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；
16.当上述所有状态信号都满足的情况下，进行校准操作。
17.按上述方法，所述s1中，所述的特征点数量为16。
18.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：
19.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]sy，sp
＝lim(ky×yact
)
[0029]sz，sp
＝lim(kz×zact
)
[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，ky和kz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为：若发生次数或频率少于预设值，则手动抬起z轴伺服电机，直到激光头与钢板之间的距离感应器的最大测量范围，然后再次启动校准即可；若发生次数或频率大于或等于预设值，则降低z轴伺服电机在校准过程中的下降速度，然后再次启动校准。
[0034]
一种激光头距离感应器的精确校准控制系统，包括激光切割设备，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；
[0035]
所述的控制器用于实现所述的激光头距离感应器的精确校准控制方法。
[0036]
按上述系统，所述的控制器为plc控制器。
[0037]
本发明产生的有益效果是：
[0038]
1、在激光切割机常用的切割高度区间设置了较密集的特征点，整个测量范围内设置了多个特征点的校准特征曲线，从而可确保距离感应器在工作点附近的测量精度。
[0039]
2、在校准过程中和校准完成后调节伺服电机的移动速度，初期以高速运行以节省时间，接近目标值时降到低速以保证定位精度和保护设备的安全；校准完成后采用了多点平均滤波方法以减小外部干扰对距离感应器测量值的影响。
[0040]
3、设置多种校准发生故障时的处理方法，从而解决了激光头距离感应器难以精确校准的问题。
附图说明
[0041]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0042]
图1是本发明一实施例的方法流程图。
[0043]
图2是本发明一实施例的装置结构示意图。
[0044]
图中：1-y轴轨道，2-y轴伺服电机，3-y轴绝对值编码器，4-z轴轨道，5-伺服放大器，6-控制器，7-激光头，8-距离感应器，9-激光喷嘴，10-z轴伺服电机，11-z轴绝对值编码
器，12-调高器，13-钢板，14-传输辊道。
具体实施方式
[0045]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0046]
如图2所示，本发明提供一种激光头距离感应器的精确校准控制系统，包括激光切割设备，激光切割设备包括控制器6、伺服放大器5、调高器12、激光头7、y轴伺服电机2和z轴伺服电机10、y轴轨道1和z轴轨道4；y轴伺服电机2和z轴伺服电机10用于在y轴轨道1和z轴轨道4上移动激光头7，所述y轴伺服电机2和z轴伺服电机10还分别安装有y轴绝对值编码器3和z轴绝对值编码器11，用于测量y轴伺服电机2和z轴伺服电机10的位置实际值，所述激光头7自带有距离感应器8，用于感应出位于激光头底部的激光喷嘴9与待切割钢板13之间的距离，钢板13在传输辊道14上传输；距离感应器8与调高器12连接，控制器6从调高器12中读取到感应距离测量值，绝对值编码器读数通入控制器6，控制器6发送指令给伺服放大器5，由伺服放大器5控制y轴和z轴伺服电机2和10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。本实施例中，控制器6为plc控制器。
[0047]
所述的控制器用于实现激光头距离感应器的精确校准控制方法，如图1所示，本方法具体包括以下步骤：
[0048]
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。
[0049]
激光头进行距离感应器的校准之前，先要将激光头焦距调整到零位以免造成校准偏差。在本实施例中，采用的是自动对焦的激光头，只需设置焦距为零值然后给出对焦指令即可完成。若是手动对焦的激光头，则需手动调整激光头焦距到零位。
[0050]
只有在激光头功能正常的情况下才能进行校准，在plc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plc中的。在本实施例中，激光头状态信号是通过硬接线方式传输到plc中的，具体来说，需要检查以下信号：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。只有在上述所有条件都满足的情况下，才可以进行校准操作。
[0051]
在本实施例中，距离感应器的测量范围为0.0～10.0mm。为实现高精度的校准，在测量范围内采用了16个特征点的校准方式，这16个特征点组成了一条特征曲线。考虑到激光切割机的切割高度通常在2.0mm以内，在2.0mm以下设置了较多的特征点，2.0mm～10.0mm范围内的特征点则分布地比较稀疏。在本实施例中，选择的特征点为：
[0052]
[0.2,0.5,0.7,1.0,1.2,1.5,1.8,2.0,2.5,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,10.0]mm
[0053]
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。
[0054]
因为不同的钢种会影响感应距离值，距离感应器的校准主要是用于适应不同的钢种，这就要求校准的时候激光头必须要在钢板上部，所以首先要将激光头移动到钢板上部。然后需要确定感应距离的零值，因此要控制z轴伺服电机将激光头喷嘴与钢板接触。再控制z轴伺服电机移动到校准特征曲线上的每个特征点。
[0055]
s201、控制y轴伺服电机将激光头移至钢板上部；
[0056]
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。设辊道中间位置为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
。在本实施例中，设置这个距离为d
in
＝150.0，那么y轴伺服电机的位置设定值为：
[0057][0058]
将y轴伺服电机移动到设定位置即可确保激光头位于钢板的上部。
[0059]
s202、控制z轴伺服电机下降直至激光头喷嘴接触到钢板。
[0060]
调节z轴伺服电机，将激光头从初始位置快速下降到距离感应器的测量范围内。在本实施例中，距离感应器的测量范围为0.0～10.0mm，为确保激光头下降到测量范围内，设置z轴伺服电机的目标位置为距离钢板8.0mm的位置处。z轴的下降速度设置为10.0mm/s。
[0061]
到位后z轴以很慢的速度继续下降以免撞伤激光头喷嘴，例如设置为0.5mm/s，直到激光头返回喷嘴接触到钢板信号停止。激光头调高器会将此时的感应电压值记录下来作为感应距离的零值。
[0062]
s203、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。
[0063]
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，即距钢板10.0mm处，这是校准的第一个特征点，到位后延时2s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2s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。
[0064]
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。
[0065]
完成所有特征点的校准后，需要控制y轴和z轴伺服电机回到初始位，初始位一般定义为y轴和z轴绝对值编码器的零位，为节省时间初期应以高速运行，而接近初始位后应逐渐降低速度以准确停在初始位。为了减少外部干扰对距离感应器的测量值的影响，需要对测量值进行滤波处理。
[0066]
s301、使用比例控制器控制y轴和z轴伺服电机回到初始位；
[0067]
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：
[0068]sy，sp
＝lim(ky×yact
)
[0069]sz，sp
＝lim(kz×zact
)
[0070]
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，ky和kz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。在本实施例中，y轴的速度最大值设置为250mm/s，z轴的速度最大值设置为35mm/s。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，接近零位后速度会逐渐下降，最后可精确平稳地停在零位。
[0071]
s302、对距离感应器测量值进行滤波处理。
[0072]
完成所有特征点的校准后，距离感应器就能够输出感应距离值了，但实际使用时，距离感应器会受现场灰尘、雾气等干扰因素的影响，为了减小干扰的影响，需对感应的距离值进行滤波，常用的滤波环节有一阶平滑滤波环节和多点平均滤波，可选择一种滤波方法对感应距离值进行滤波后输出。在本实施例中采用了多点平均滤波，即选取相邻的若干个采样值进行平均后输出。
[0073]
s4、若校准过程中发生故障，处理故障并重新开始校准。
[0074]
在实际校准的过程中，不可避免地会发生一些故障，当发生故障时需要进行相应的处理并重新启动校准。
[0075]
s401、当发生校准长时间未启动故障时进行处理。
[0076]
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。该故障一般是校准必要条件未满足造成的，因此需要检查校准必要条件是否满足，具体来说，在本实施例中，需要检查以下条件：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。
[0077]
待上述条件全部满足以后，再次启动校准。
[0078]
s402、当发生无触板信号故障时进行处理。
[0079]
校准开始后首先需要确定距离感应器的零点，此时激光头喷嘴将和钢板发生接触，正常情况下当喷嘴接触到钢板时plc会接收到触板信号，z轴伺服电机将停下来不再下降。但实际上发生过喷嘴已经接触到钢板但plc接收不到触板信号的故障，此时需要检查激光头的喷嘴、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。
[0080]
s403、当发生校准中触板故障时进行处理。
[0081]
校准过程中，激光头从距离钢板最大的特征点往下逐渐靠近钢板，一般最后两个特征点距离钢板已经非常近了，这时有可能会发生触板故障。即在校准的最后两个特征点出现喷嘴接触到钢板的信号，此时校准会中止并报错。若是偶尔发生这种故障，可以手动抬起z轴伺服电机，直到激光头距离钢板10mm以上，然后再次启动校准即可。若是经常发生这种故障，则需要降低z轴伺服电机在校准过程中的下降速度，然后再次启动校准。
[0082]
按照上述步骤调节y轴和z轴伺服电机，将激光头移动到校准特征曲线上的每个特征点，然后回到初始位，出现故障时分别进行处理，即可完成这种激光头距离感应器的校准方法。
[0083]
本发明实施例提供的这种激光头距离感应器的校准控制方法，首先将激光头焦距调整到零位并检查激光头状态信号，根据切割高度范围设置合适的校准特征曲线；然后调节y轴伺服电机将激光头移动到钢板上部，再调节z轴伺服电机先将激光头喷嘴与钢板接触，再移动到校准特征曲线上的每个特征点；然后使用比例控制器将y轴和z轴伺服电机移回初始位，并对测量距离值进行滤波处理。最后给出了校准过程中出现故障时的处理方法。这样就完成了这种激光头距离感应器的校准方法。
[0084]
综上所述，本发明实施例提供的这种激光头距离感应器的精确校准控制方法与系统，实现了自动进行激光头距离感应器的精确校准。在激光切割机常用的切割高度区间设置了较密集的特征点，整个测量范围内设置了16个特征点的校准特征曲线，从而可确保距离感应器在工作点附近的测量精度；在校准过程中调节伺服电机的移动速度，初期以高速
运行以节省时间，接近目标值时降到低速以保证定位精度和保护设备的安全；校准完成后采用了多点平均滤波方法以减小外部干扰对距离感应器测量值的影响；最后给出了校准发生故障时的处理方法，从而解决了激光头距离感应器难以精确校准的问题。
[0085]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：
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：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。7.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s3中，控制y、z轴伺服电机回到初始位的具体方法为：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：s
y，sp
＝lim(k
y
×
y
act
)s
z，sp
＝lim(k
z
×
z
act
)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。8.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；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；当发生校准中触板故障时进行处理的方法为：若发生次数或频率少于预设值，则手动抬起z轴伺服电机，直到激光头与钢板之间的距离感应器的最大测量范围，然后再次启动校准即可；若发生次数或频率大于或等于预设值，则降低z轴伺服电机在校准过程中的下降速度，然后再次启动校准。9.一种激光头距离感应器的精确校准控制系统，其特征在于，包括激光切割设备，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；
所述的控制器用于实现权利要求1-8中任意一项所述的激光头距离感应器的精确校准控制方法。10.根据权利要求9所述的激光头距离感应器的精确校准控制系统，其特征在于，所述的控制器为plc控制器。

技术总结
本发明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。


技术研发人员：陈跃华 熊金猛
受保护的技术使用者：中冶南方工程技术有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/8/21