[发明专利]三维激光切割机器人调高系统

说明书

本发明涉及激光加工领域，具体为三维激光切割机器人调高系统。包括切割头、传动机构、电机，还包括：位置检测模块，包括电容传感器与信号转换器；所述电容传感器，用于实时监测切割头距离加工板材表面的高度变化；所述信号转换器，用于将电容传感器的电容量数值变化情况转化为数字信号发送至调高器；调高器，包括对比模块与PID控制器；所述对比模块，用于对比匹配切割头当前高度，并输出当前切割头距离加工板材表面的位置误差到PID控制器；所述PID控制器，计算电机需要调整的控制量并消除控制量误差；驱动器，用于按照PID控制器输出的控制量驱动电机。该技术方案能够减小误差，使三维激光切割机器人的高度调节更加精准，进一步提高工件切缝的质量。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体为三维激光切割机器人调高系统。

背景技术

随着激光技术的不断进步，在机械加工领域使用激光设备进行切割生产越来越普遍。激光加工设备通过将激光束投射到物体的表面，利用高温对物体进行切割、焊接、打孔等操作。不仅可以节省样板及工装设备，还可以大大缩短生产准备周期。

然而，在实际加工过程中，由于被切割的加工板材表面并不是一个理想的平面，加工板材表面不平、机床几何误差、工件热变形等因素都会导致切割头做切割运动的时候，激光焦点无法持久稳定照射在工件的最佳位置，这使得工件的加工质量无法得到保证。

目前市面上存在公布号为CN205111073U的专利，其技术方案为通过检测器检测并输出表征激光切割头与工件之间距离的检测信号，然后通过控制器向驱动器发送控制指令，驱动激光切割头朝接近或远离工件方向运动。

该技术虽然实现了实时检测切割的高度，并通过控制系统调整切割头位置，但是其在减小调高系统数据传输和数据处理的误差方面没有相应的考量，导致其调高系统的精度还存在一定误差，加工质量也会由此受到影响。此外，三维激光切割在实际生产中需要加工多个部位，如果切割头在各个部位的移动过程中没有合理规划切割轨迹，将严重影响切割效率，甚至发生切割头撞击到工件的情况。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明所解决的技术问题在于：提出三维激光切割机器人调高系统，该技术方案能够使三维激光切割机器人的高度调节更加精准，进一步提高工件切缝的质量。

为解决上述问题，本发明提供的基础方案：三维激光切割机器人调高系统，包括切割头、传动机构、电机，切割头与电机通过传动机构传动连接，所述电机用于带动切割头移动，还包括：位置检测模块，包括电容传感器与信号转换器；所述电容传感器，用于实时监测切割头距离加工板材表面的高度变化；所述信号转换器，用于将电容传感器的电容量数值变化情况转化为数字信号发送至调高器；调高器，包括对比模块与PID控制器；所述对比模块，用于对比匹配切割头当前高度，并输出当前切割头距离加工板材表面的位置误差到PID控制器；所述PID控制器，计算电机需要调整的控制量并消除控制量误差；驱动器，用于按照PID控制器输出的控制量驱动电机。

基础方案的有益效果：位置检测模块采用电容式位移传感器成本相对较低、有极高的位移检测分辨率，检测精度高；利用信号转换器，将电容传感器电容量变化转化为数字信号，提高数据传输的抗干扰能力，保证信号准确性，避免数据传输造成的误差，同时本方案也通过记录电容量变化实现了对切割头距离加工板材表面实际高度的实时监测；调高器中的对比模块根据位置检测模块传输的数字信号匹配切割头当前高度，相较于现有技术直接利用电容量进行计算，本方案通过匹配具体高度，滤除干扰数据，能够保证后续计算的准确性；而后对比模块将计算出位置误差，并经由PID控制器计算出控制量，同时通过积分、微分等方式消除控制量误差，提高精度；最终驱动器根据PID控制器输入的控制量驱动电机，调整切割头的高度。

进一步，所述电机采用伺服电机，所述伺服电机由所述驱动器驱动。

本技术方案，相较于普通电机，伺服电机具有响应速度快、精度高、脉动转矩小、传动功率大和效率高等优势。