[發明專利]大功率數控激光切割機床用Z軸浮動控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201510405701.8
• 申請日: 2015-07-13
• 公開（公告）號: CN104959735B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 司立眾;鞠全勇;劉旭明;鄭李明;周洪;高峰
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/08;B23K26/70
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司32206
• 代理人: 蔣昱

技術領域??

本發明涉及能實現大功率數控激光切割機床Z軸浮動的方法和裝置領域，特別涉及一種大大功率數控激光切割機床用Z軸浮動控制裝置及控制方法。

背景技術

激光切割頭是數控激光切割機最重要的配件之一。數控激光切割機在使用過程中，為保證獲得高質量的切口，噴嘴到被切割工件表面的高度必須保持穩定。由于數控激光切割機速度快，操作人員采用眼看、手調的方式調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穩定的裝置便成為大功率數控激光切割系統的必需。早期，大功率數控激光切割機采用接觸式探腳，利用電感傳感器來實現對激光切割頭與被加工板材之間距離的監控（也稱Z浮或Z軸隨動），但這種方式存在一個明顯的缺陷，即在檢測時探腳必須接觸被加工板材表面，對有些較軟的板材（如不銹鋼板、鋁板等）會留下一些劃痕，不能滿足對工件表面質量要求較高的加工。目前，國際上最新的方法是采用電容傳感器來實現對激光切割頭與被加工板材之間距離的監控，它能實現Z軸浮動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，而對非金屬板材不適用，這樣就限制了大功率數控激光切割機的使用范圍，因此有人想到設置超聲波傳感器，由超聲測距原理知，超聲波測距為非接觸式測距，且對任何材質的物體都能進行測距，所以它能滿足數控激光切割機切割任何板材時對距離的非接觸式檢測的需求，但是目前在小功率數控激光切割機系統中應用的超聲傳感器是平行于光束安裝的（大功率數控激光切割機系統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，傳感器測量點與光束入射點必然有一段距離，而這一距離就可能有起伏，并因此會導致光束聚焦點與被切割物體表面的光束入射點之間距離有變化；當然，對于數控激光切割機來說，一個很嚴重的問題是，傳感器正下方的板材可能已經被切割，即脫離了母體，甚至已經掉落，對于大功率數控激光切割機來說，這是其工作常態，從這一情況來看，這樣設計的裝置就不能適合大功率數控激光切割機，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，現有的在小功率數控激光切割機應用上使用的超聲波傳感器有明顯的不足。

發明內容

針對以上問題，本發明為一種大功率數控激光切割機床用Z軸浮動控制裝置及控制方法，本發明能夠實現對任何材料板材距離的非接觸式探測，這樣不僅能克服電容傳感檢測方式不適用于非金屬板材的缺陷，也能避免電感傳感檢測方式的接觸式探腳對較軟板材的劃傷，并且采用兩對傾斜設置的傳感器，并外加四個垂直傳感器輔助，使得其激光切割Z軸浮動精度和可靠性得到了有效保證，為達此目的，本發明提供一種大功率數控激光切割機床用Z軸浮動控制裝置，包括超聲波傳感器安裝座、垂直安裝超聲波傳感器、傾斜安裝超聲波發射器和傾斜安裝超聲波接收器，所述Z軸浮動控制裝置通過超聲波傳感器安裝座套裝在大功率數控激光切割機床的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個安裝孔，8個安裝孔分別是四個垂直安裝孔和四個傾斜安裝孔，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，四個垂直安裝孔內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射器與超聲接收器一體式超聲波傳感器，四個傾斜安裝孔內分別安裝有傾斜安裝超聲波發射器一、傾斜安裝超聲波接收器一、傾斜安裝超聲波發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射器二與傾斜安裝超聲波接收器二的交點在噴嘴下方的待切割板材的板面附近。

作為本發明進一步改進，所述超聲波傳感器安裝座上安裝的8個安裝孔，相鄰安裝孔之間圓弧所對的圓心角為45o，為了保證對稱安裝孔之間角度一般為45°。