(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610915090.6
(22)申请日 2016.10.20
司
地址 518000 广东省深圳市南山区深南大
道9988号
申请人 深圳大族彼岸数字控制软件技术有
限公司
(72)发明人 陆渊 肖球 温旺古 封雨鑫
陈燚 高云峰
(74)专利代理机构 深圳市道臻知识产权代理有
限公司 44360
代理人 陈琳
(51)Int.Cl.
B23K 26/08(2014.01)
B23K 26/38(2014.01)
(54)发明名称
调整方法
(57)摘要
本发明涉及激光数控系统领域，具体涉及一
种激光切割头的高度调整系统，包括传感器、前
激光切割头的喷嘴与加工工件表面之间的电容
值；该前置放大器将电容值转化为震荡频率信
号；该信号调理器将震荡频率信号进行处理，获
得激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离信
号；该数控单元距离信号并通过控制高度调整轴
调整激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离。
本发明还涉及一种高度调整方法。本发明的高度
调整轴均由数控系统控制，无需转换高度调整轴
的控制权，避免控制权冲突，可在数控系统的操作界面直接进行标定、高度随动等操作，无需到电柜中进行操作，提高激光切割的质量和加工效
率。权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 106312306 A 2017.01.11
C N 106312306
A
1.一种激光切割头的高度调整系统，包括与激光切割头连接的高度调整轴，其特征在于，该高度调整系统还包括：
传感器，该传感器检测激光切割头的喷嘴与加工工件表面之间的电容值；
前置放大器，该前置放大器分别与传感器和信号调理器连接，该前置放大器将电容值转化为震荡频率信号；
信号调理器，该信号调理器将震荡频率信号进行处理，获得激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离信号；
数控单元，该数控单元分别与信号调理器和高度调整轴连接，其根据距离信号并通过控制高度调整轴调整激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离。
2.根据权利要求1所述的高度调整系统，其特征在于：该信号调理器包括信号滤波整形模块和DSP信号处理模块，该信号滤波整形模块分别与前置放大器和DSP信号处理模块连接，该DSP信号处理模块与数控单元连接；该信号滤波整形模块将震荡频率信号进行滤波、整形、分频，该DSP信号处理模块将滤波、整形、分频后的震荡频率信号进行信号处理，获得激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离信号。
3.根据权利要求2所述的高度调整系统，其特征在于：该信号滤波整形模块包括依次连接的五阶带通滤波电路、滞回比较器和分频电路，该五阶带通滤波电路与前置放大器连接，该五阶带通滤波电路将震荡频率信号进行过滤高次谐波和直流分量，该滞回比较器将小振幅近似正弦信号初步整形成近似方波信号，该分频电路再整形并分频为方波信号。
4.根据权利要求2所述的高度调整系统，其特征在于：该DSP信号处理模块存储有若干标定点，每一标定点均包括激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离值，以及每一距离值对应的频率值；该DSP信号处理模块将滤波、整形、分频后的震荡频率信号的频率值与每一标定点的频率值进行比较及分段线性化，获得采集到的频率值所对应的距离值，并将包含距离值的距离信号发送到数控单元中。
5.根据权利要求1至4任一所述的高度调整系统，其特征在于：该信号调理器与数控单元之间采用数字总线通信方式。
6.一种激光切割头的高度调整方法，其特征在于，包括步骤：
根据应用环境设置一预设高度值；
检测激光切割头的喷嘴与加工工件表面构成的电容值，及将电容值转化为震荡频率信号，根据震荡频率信号获得激光切割头的喷嘴与加工工件的表面的距离；
将预设高度值和距离进行比较，并根据预设高度值动态调整激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离。
7.根据权利要求6所述的高度调整方法，其特征在于，该高度调整方法还包括标定步骤：
控制激光切割头朝着加工工件表面移动，并等待碰撞信号；
检测到碰撞信号后控制激光切割头远离加工工件表面移动，并等待碰撞信号消失；
在控制激光切割头远离加工工件表面移动的过程中设置若干标定点，记录每一标定点的激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离。
8.根据权利要求7所述的高度调整方法，其特征在于，获得激光切割头的喷嘴与加工工件的表面的距离的步骤包括：
将震荡频率信号放大，并过滤高次谐波和直流分量，以及将小振幅近似正弦信号初步整形成近似方波信号，且再整形并分频为方波信号；
设置若干标定点，每一标定点均包括激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离值，以及包括每一距离值对应的频率值；
将滤波、整形、分频后的震荡频率信号的频率值与每一标定点的频率值进行比较及分段线性化，获得采集到的频率值所对应的距离值。
9.根据权利要求8所述的高度调整方法，其特征在于，设置标定点的步骤还包括：
根据每一标定点的距离值和频率值，计算出若干线段及每一线段的斜率。
10.根据权利要求9所述的高度调整方法，其特征在于，分段线性化的步骤包括：
根据线段的斜率与线段的端点值，将滤波、整形、分频后的震荡频率信号的频率值进行比较及分段线性化，计算出所述频率值的近似距离值。
一种激光切割头的高度调整系统及其高度调整方法
技术领域
[0001]本发明涉及激光数控系统领域，具体涉及一种激光切割头的高度调整系统及其高度调整方法。
背景技术
[0002]在激光切割机床控制中，由于工件的起伏和形变等因素，激光的焦点与工件表面的位置会产生变化而影响切割效果，因此要保证良好的切割效果则需要控制喷嘴与工件之间的间隙为一个恒定值，传统的切割头高度调整方法是由一个独立的高度调整器对Z轴进行控制，而其他轴由运动控制卡或数控系统控制，或者由独立的高度调整器给出Z轴控制信号，由数控系统去执行。
[0003]因此，上述控制方式会导致一致性较差。
[0004]如何解决现有控制方式的一致性较差的问题，是本领域技术人员重点研究的问题之一。
发明内容
[0005]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光切割头的高度调整系统，解决现有控制方式的一致性较差的问题。
[0006]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光切割头的高度调整方法，解决现有控制方式的一致性较差的问题。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光切割头的高度调整系统，包括与激光切割头连接的高度调整轴，该高度调整系统还包括：
[0008]传感器，该传感器检测激光切割头的喷嘴与加工工件表面之间的电容值；[0009]前置放大器，该前置放大器分别与传感器和信号调理器连接，该前置放大器将电容值转化为震荡频率信号；
[0010]信号调理器，该信号调理器将震荡频率信号进行处理，获得激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离信号；
[0011]数控单元，该数控单元分别与信号调理器和高度调整轴连接，其根据距离信号并通过控制高度调整轴调整激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离。
[0012]其中，较佳方案是：该信号调理器包括信号滤波整形模块和DSP信号处理模块，该信号滤波整形模块分别与前置放大器和DSP信号处理模块连接，该DSP信号处理模块与数控单元连接；该信号滤波整形模块将震荡频率信号进行滤波、整形、分频，该DSP信号处理模块将滤波、整形、分频后的震荡频率信号进行线性化，获得激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离信号。
[0013]其中，较佳方案是：该信号滤波整形模块包括依次连接的五阶带通滤波电路、滞回比较器和分频电路，该五阶带通滤波电路与前置放大器连接，该五阶带通滤波电路将震荡频率信号进行过滤高次谐波和直流分量，该滞回比较器将小振幅近似正弦信号初步整形成
近似方波信号，该分频电路再整形并分频为方波信号。
[0014]其中，较佳方案是：该DSP信号处理模块存储有若干标定点，每一标定点均包括激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离值，以及每一距离值对应的频率值；该DSP信号处理模块将滤波、整形、分频后的震荡频率信号的频率值与每一标定点的频率值进行比较及分段线性化，获得采集到的频率值所对应的距离值，并将包含距离值的距离信号发送到数控单元中。
[0015]其中，较佳方案是：该信号调理器与数控单元之间采用数字总线通信方式。[0016]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光切割头的高度调整方法，包括步骤：
[0017]根据应用环境设置一预设高度值；
[0018]检测激光切割头的喷嘴与加工工件表面构成的电容值，及将电容值转化为震荡频率信号，根据震荡频率信号获得激光切割头的喷嘴与加工工件的表面的距离；
[0019]将预设高度值和距离进行比较，并根据预设高度值动态调整激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离。
[0020]其中，较佳方案是，该高度调整方法还包括标定步骤：
[0021]控制激光切割头朝着加工工件表面移动，并等待碰撞信号；
[0022]检测到碰撞信号后控制激光切割头远离加工工件表面移动，并等待碰撞信号消失；
[0023]在控制激光切割头远离加工工件表面移动的过程中设置若干标定点，记录每一标定点的激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离。
[0024]其中，较佳方案是，获得激光切割头的喷嘴与加工工件的表面的距离的步骤包括：[0025]将震荡频率信号放大，并过滤高次谐波和直流分量，以及将小振幅近似正弦信号初步整形成近似方波信号，且再整形并分频为方波信号；
[0026]设置若干标定点，每一标定点均包括激光切割头的喷嘴与加工工件表面的距离值，以及包括每一距离值对应的频率值；
[0027]将滤波、整形、分频后的震荡频率信号的频率值与每一标定点的频率值进行比较及分段线性化，获得采集到的频率值所对应的距离值。
[0028]其中，较佳方案是，设置标定点的步骤还包括：
[0029]根据每一标定点的距离值和频率值，计算出若干线段及每一线段的斜率。[0030]其中，较佳方案是，分段线性化的步骤包括：
[0031]根据线段的斜率与线段的端点值，将滤波、整形、分频后的震荡频率信号的频率值进行比较及分段线性化，计算出所述频率值的近似距离值。
[0032]本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过一种激光切割头的高度调整系统及其高度调整方法，高度调整轴均由数控系统控制，无需转换高度调整轴的控制权，避免控制权冲突，可在数控系统的操作界面直接进行标定、高度随动等操作，无需到电柜中进行操作，进一步提供优良的高度控制性能，提高激光切割的质量和加工效率；其结构简单、接线方便、使用便捷，在生产、使用、维护过程中降低成本及劳动力；同时，标定过程实现自动化，避免了手动标定的繁琐操作，以及与数控单元采用数字总线通信方法，避免模拟量干扰。
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