[發明專利]一種異形筒形零件激光切割精確定位系統及方法

有效

• 申請號: 201811560900.6
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109530944B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 段愛琴;馬旭頤;王彬;楊璟;趙曉龍;蘆偉
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B23K26/70
• 分類號: B23K26/70;B23K26/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種異形筒形零件激光切割精確定位系統及方法。該系統包括激光位移傳感器、攝像頭、計算機、激光切割頭、測量標志模塊，所述計算機接收激光位移傳感器、攝像頭的信號，該方法，可實現三維空間快速精確定位；同時通過計算，可以提升對點的精度，也可大大提升其效率；其次每個零件只需裝配一次，完成所有面的加工，從而避免多次裝配帶來的軌跡誤差，可以提升圖像的辨識度，避免強光對圖像干擾。提高識別精度。

技術領域

本發明涉及激光切割技術領域，具體地說是一種異形筒形零件激光切割精確定位系統及方法。

背景技術

激光切割是利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射處的材料迅即熔化，氣化、燒蝕或達到燃點，同時借與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現割開工件的一種熱切割方法。激光切割技術由于其切割速度快，熱影響區小，工件變形小、光束無慣性，可實行高速切削、切縫邊緣垂直度好等優勢，已經在工件切割領域中得到了廣泛的應用，其已經成為各種金屬、非金屬零件加工的常用手段之一。

采用激光切割/焊接技術進行大型薄壁異形筒類零件的制造具有明顯的優勢，目前正在大量推廣使用。該類零件關鍵特征是，需要進行多次的翻轉(或變換角度)才能完成切割零件，且由于異形且大型，難以采用常規的旋轉類零件加工方法。現有的激光切割方法是，采用與零件一致的可以旋轉或翻轉的型面支撐結構的工裝，切割軌跡采用劃線器預先劃好，再對線切割，這種方法具有兩個缺點，一是由于采用劃線器劃線具有一定的誤差，且在對線切割時也有誤差，精度比較低；二是對于對面焊接邊的切割需要多次裝配，帶來誤差。

因此，采用現有的激光切割技術，需要解決如下幾個難題：第一，空間精確定位；在多次翻轉下，需要能夠快速準確對零件在現有機床坐標系中進行準確定位，將定位測量值輸入到工裝和零件的三維數模中，定位并轉化為新的軌跡進行切割。第二，目前利用切割頭同軸的激光指示光進行定位，還存在一個可達性問題；第三，采用同軸對點，雖然使用攝像頭，但是由于沒有計算值，需要多次調整才能到位。

發明內容

本發明的目的就是為了解決現有激光切割大型異形筒形零件技術中，采用旋轉(或翻轉)工裝存在的多次旋轉(或翻轉)中無法精確三維定位，且需要多次重新裝配零件帶來的誤差等問題，提供一種提高激光切割大型異形筒形零件三維快速和精度定位系統和方法。

為達到上述技術目的，本發明采用以下技術方案：

一種異形筒形零件激光切割精確定位系統，包括激光位移傳感器、攝像頭、計算機、激光切割頭、測量標志模塊，所述計算機接收激光位移傳感器、攝像頭的信號，所述激光位移傳感器和攝像頭安裝于激光切割頭上，所述測量標志模塊為六面體形，數量為三個以上，每個測量標志模塊的五個面有十字形測量標志，另一個面為用于安裝在工裝上的工作面。

作為優選，所述激光位移傳感器和攝像頭安裝于激光切割頭上主軸旁的安裝固定模塊上。

作為優選，所述測量標志模塊的數量為4個。

一種異形筒形零件激光切割精確定位方法，包括如下步驟：

步驟1：在工裝出廠前安裝測量標志模塊，并對這些模塊在三坐標測量機上進行標定，統一進入工裝三維數模中；

步驟2：通過安裝固定模塊，將激光位移傳感器、攝像頭安裝到已有激光切割頭上，安裝要求是激光位移傳感器輸出激光束與機床Z軸同軸，與切割激光在機床X軸或Y軸上同軸，在Y軸或X軸上根據安裝的可操作性進行固定距離的安裝；

步驟3：對安裝好的激光位移傳感器、攝像頭進行位置標定，確定其與切割激光束的相對位置，包括激光位移傳感器位移讀數與切割焦點的Z軸差值，激光位移傳感器激光束與切割激光束在Y軸或X軸上的差值，記錄這些值進入圖像分析算法中；

步驟4：將激光位移傳感器、攝像頭連接到計算機；根據工作目標確定圖像分析算法；