一種激光噴嘴與加工面垂直度的校核系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種激光噴嘴與加工面垂直度的校核系統(tǒng)，包括設置于激光噴嘴上同一位置的第一測距傳感器、第二測距傳感器和第三測距傳感器；所述第一測距傳感器的測距方向與激光噴嘴的軸向平行，所述第二測距傳感器和第三測距傳感器的測距方向均與激光噴嘴的軸向呈等值夾角；還包括根據所述第一測距傳感器、第二測距傳感器及第三測距傳感器采集的自身到加工面的距離數據判斷激光噴嘴是否垂直于加工面的控制器。本實用新型所公開的校核系統(tǒng)，通過第一測距傳感器、第二測距傳感器和第三測距傳感器的測距功能，以及控制器的邏輯運算功能，避免了現有技術中的肉眼觀察和接觸式的直尺測量方法，較快速且精確地識別激光噴嘴與加工面的垂直度關系。
【專利說明】
-種激光噴嘴與加工面垂直度的校核系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本實用新型設及激光切割技術領域，特別設及一種激光噴嘴與加工面垂直度的校 核系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著中國機械工業(yè)的發(fā)展，機械設備的生產、制造及加工都具有了較高標準的工 藝要求。
[0003] 激光切割是一種高效、高水平的金屬板材切割工藝，激光切割機利用高功率密度 激光束照射被切割材料，使材料很快被加熱至汽化溫度，蒸發(fā)形成孔桐，隨著光束對材料的 移動，孔桐連續(xù)形成寬度很窄（如0.1 mm)的切縫，完成對材料的切割。由于激光光斑小、能量 密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質量。
[0004] 為了實現復雜形狀或大切割行程的切割工藝，激光切割一般通過計算機化數字控 制技術(CNC)裝置實現，或稱機器人激光切割。而在機器人進行平面激光切割加工過程中， 為了達到加工材料邊緣整齊、光滑度等切割工藝要求，往往需要在切割過程中確保激光噴 嘴與加工面保持垂直。目前，工業(yè)上一般使用肉眼觀察和接觸式的直尺測量方法測量激光 噴嘴與加工面之間的垂直度或傾斜角度，通過不斷的調整和測量，使激光噴嘴與加工面逐 漸保持垂直。然而，傳統(tǒng)的垂直度校核方法效率低、誤差大，不僅耽誤生產制造流程，往往還 是無法滿足較高的切割工藝標準要求。
[0005] 因此，如何較快速、精確地識別激光噴嘴與加工面是否垂直，是本領域技術人員亟 待解決的技術問題。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的是提供一種激光噴嘴與加工面垂直度的校核系統(tǒng)，能夠較快 速、精確地識別激光噴嘴與加工面的夾角關系。
[0007] 為解決上述技術問題，本實用新型提供一種激光噴嘴與加工面垂直度的校核系 統(tǒng)，包括設置于激光噴嘴上同一位置的第一測距傳感器、第二測距傳感器和第=測距傳感 器;所述第一測距傳感器的測距方向與激光噴嘴的軸向平行，所述第二測距傳感器和第= 測距傳感器的測距方向均與激光噴嘴的軸向呈等值夾角；還包括根據所述第一測距傳感 器、第二測距傳感器及第=測距傳感器采集的自身到加工面的距離數據判斷激光噴嘴是否 垂直于加工面的控制器。
[000引優(yōu)選地，所述第一測距傳感器、第二測距傳感器和第=測距傳感器均為紅外測距 傳感器。
[0009] 優(yōu)選地，所述第二測距傳感器和第一測距傳感器的測距方向共同所在平面，與所 述第=測距傳感器和第一測距傳感器的測距方向共同所在平面垂直。
[0010] 優(yōu)選地，所述第二測距傳感器和第=測距傳感器的測距方向與激光噴嘴的軸向所 呈的夾角均為30°~60°。
[0011] 優(yōu)選地，還包括與所述控制器信號連接，并在所述控制器判斷出激光噴嘴不與加 工面垂直時發(fā)出警報信號的報警器。
[0012] 優(yōu)選地，還包括與所述控制器信號連接，并根據所述控制器計算出的激光噴嘴與 加工面之間的夾角差值調整激光噴嘴傾斜角度的機械臂。
[0013] 本實用新型所提供的激光噴嘴與加工面垂直度的校核系統(tǒng)，主要包括第一測距傳 感器、第二測距傳感器、第=測距傳感器和控制器。其中，第一測距傳感器、第二測距傳感器 和第=測距傳感器均設置于激光噴嘴上的同一位置，且第一測距傳感器的測距方向與激光 噴嘴的軸向平行，同時第二測距傳感器和第=測距傳感器的測距方向均與激光噴嘴的軸向 呈夾角CU通過測距傳感器的測距功能可W避免手工測量或接觸式測量，避免對校核結果造 成影響。立個測距傳感器的設置方式是為了利用幾何學中的直線與平面垂直的判定定理， 良r若一條直線同時垂直于平面內的兩條相交直線，則該直線垂直于該平面"。其中第一測 距傳感器到加工面的距離線段即相當于其中的待判定直線，而第二測距傳感器和第=測距 傳感器到加工面的距離線段在平面上的投影即為兩條相交直線。假設第一測距傳感器測量 自身到加工面的距離為a,第二測距傳感器測量自身到加工面的距離為b，第=測距傳感器 測量自身到加工面的距離為C。那么第一、第二、第=測距傳感器就將a、b、c的值發(fā)送給控制 器，然后控制器通過匯總的數據進行邏輯計算，判斷激光噴嘴是否垂直于加工面。在一種優(yōu) 選實施例中，控制器可W通過計算a與b的比值W及a與C的比值，并判斷兩比值是否均等于 cosa來判斷垂直度關系：如果是，則激光噴嘴與加工面垂直，如果否，則不垂直。如果a/b辛 cosa或者a/c辛cosa，或者a/b及a/c均不等于cosa，那么自然激光噴嘴就不垂直于加工面。 因此，本實用新型所提供的激光噴嘴與加工面垂直度的校核系統(tǒng)，通過第一測距傳感器、第 二測距傳感器和第=測距傳感器的測距功能，W及控制器的邏輯運算功能，避免了現有技 術中的肉眼觀察和接觸式的直尺測量方法，較快速且精確地識別激光噴嘴與加工面的夾角 關系，判斷激光噴嘴與加工面是否垂直。
【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還 可W根據提供的附圖獲得其他的附圖。
[0015] 圖1為本實用新型所提供的一種【具體實施方式】中激光噴嘴垂直于加工面時的狀態(tài) 示意圖；
[0016] 圖2為本實用新型所提供的一種【具體實施方式】中激光噴嘴不垂直于加工面時的狀 態(tài)示意圖。
[0017] 其中，圖1-圖2中：
[0018] 第一測距傳感器一1，第二測距傳感器一2,第S測距傳感器一3。
【具體實施方式】
[0019] 下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0020] 請參考圖1及圖2,圖1為本實用新型所提供的一種【具體實施方式】中激光噴嘴垂直 于加工面時的狀態(tài)示意圖，圖2為本實用新型所提供的一種【具體實施方式】中激光噴嘴不垂 直于加工面時的狀態(tài)示意圖。
[0021] 在本實用新型所提供的第一種【具體實施方式】中，激光噴嘴與加工面垂直度的校核 系統(tǒng)主要包括第一測距傳感器1、第二測距傳感器2和第=測距傳感器3, W及與第一測距傳 感器1、第二測距傳感器2和第=測距傳感器3信號連接的控制器。
[0022] 其中，第一測距傳感器1、第二測距傳感器2和第=測距傳感器3均設置在激光噴嘴 上的同一位置處，并且第一測距傳感器1的測距方向與激光噴嘴的軸向平行，而第二測距傳 感器2和第=測距傳感器3的測距方向均與激光噴嘴的軸向呈夾角a。具體的，可將第一測距 傳感器1、第二測距傳感器2和第=測距傳感器3均設置在激光噴嘴的底部或側壁，當然同時 要避免遮擋激光噴嘴的出光口。第一測距傳感器1、第二測距傳感器2和第=測距傳感器3設 置在激光噴嘴上的同一位置，理論上可W認為=者處于同一點，如此設置，可W在后續(xù)的測 量過程中提高測量結果的精確性。另外，第一測距傳感器1、第二測距傳感器2和第=測距傳 感器3的測距方向并不相同，而需要說明的是，第一測距傳感器1、第二測距傳感器2和第= 測距傳感器3所測量的距離均為自身到加工面的直線距離。其中第一測距傳感器1的測距方 向與激光噴嘴的軸向平行，即第一測距傳感器1的測量距離為自身到沿著激光噴嘴的軸向 與加工面的交點之間的線段長。而第二測距傳感器2和第=測距傳感器3的測距方向與激光 噴嘴的軸向均呈夾角〇,優(yōu)選地，為了使第二測距傳感器2和第=測距傳感器3能夠正常測距 (當測距方向與加工面平行時，無法順利獲得測量距離值），〇的取值一般可為30°~60°，比 如30°、45°、60°等。當然，a的取值是隨意的，可W根據激光噴嘴自身的傾斜角度而定，只需 保證第二測距傳感器2和第=測距傳感器3的測距方向不與加工面平行即可。
[0023] 另外，還可使第二測距傳感器2和第一測距傳感器1的測距方向共同所在平面，與 第=測距傳感器3和第一測距傳感器1的測距方向共同所在平面垂直。即在保證第二測距傳 感器2和第=測距傳感器3的測距方向均與激光噴嘴的軸向呈夾角a的基礎上，使第二測距 傳感器2的測距方向沿著激光噴嘴的X軸方向，而同時使第=測距傳感器3的測距方向沿著 激光噴嘴的y軸方向。其中，激光噴嘴的X軸方向和y軸方向均為人為規(guī)定的方向，而將第二 測距傳感器2和第=測距傳感器3的測距方向分別設置為X和y軸方向是為了后續(xù)的計算及 調整方便。需要說明的是，第二測距傳感器2和第=測距傳感器3的測距方向在激光噴嘴的 周向上是隨意的，并不僅限于垂直關系。
[0024] 本實施例在正常運行時，假設第一測距傳感器1沿著激光噴嘴的軸向測量自身到 加工面的距離為曰，而第二測距傳感器2沿著與激光噴嘴的軸向呈a角的方向測量自身到加 工面的距離為b，第=測距傳感器3沿著與激光噴嘴的軸向呈a角的方向測量自身到加工面 的距離為C(第二測距傳感器2和第=測距傳感器3的測距方向并不平行，優(yōu)選地，第二測距 傳感器2和第=測距傳感器3的測距方向在激光噴嘴的周向上互相垂直）。
[0025] 而當=個測距傳感器的測量數據都得出后，均匯總給控制器?？刂破髟賹\些數 據進行邏輯運算，并依據判斷結果判斷激光噴嘴與加工面的垂直度關系。比如，控制器可W 通過計算a與b的比值W及a與C的比值，并判斷兩比值是否均等于cosa的方法來判斷兩者的 垂直度關系，如果是，則激光噴嘴與加工面垂直，如果否，則不垂直。
[0026] 具體的，控制器可W先計算a與b的比值，并判斷a與b的比值是否等于cosa，然后再 計算a與C的比值，并判斷a與C的比值是否等于cosa。當然，該順序也可W完全相反，或者同 時計算a與b的比值W及a與C的比值，并不影響判斷結果。根據直線與平面垂直的判定定理， 良r如果一條直線同時垂直于平面內兩條相交直線，那么該直線垂直于該平面"。其中，由于 第一測距傳感器1的測距方向平行于激光噴嘴的軸向，因此第一測距傳感器1到加工面的線 段就相當于其中的待判定直線；同時由于第二測距傳感器2和第=測距傳感器3的測距方向 與激光噴嘴的軸向具有一定夾角，因此第二測距傳感器2和第=測距傳感器3到加工面的距 離線段在加工面上的投影即相當于兩條相交直線。如果a比b的比值等于cosa，那么說明待 判定直線垂直于平面上的其中一條直線；如果a與C的比值也同時等于cosa，那么說明待判 定直線也同時垂直于平面上的另一條直線。而平面上的兩條直線相交，因此滿足直線與平 面垂直的判定定理，此時可判斷出激光噴嘴與加工面垂直。另外，如果a與b的比值及a與C的 比值中有任意一個或兩個均不滿足等于cosa的條件，那么就不能滿足直線與平面垂直的判 定定理，此時可判斷出激光噴嘴與加工面不垂直。
[0027] 此外，當判斷出a與b的比值不等于cosa時，此時可知在沿著第二測距傳感器2的測 距方向在加工面上的投影方向上激光噴嘴是傾斜的（即待直線并不垂直于平面上的其中一 條直線），根據前述優(yōu)選實施例中，第二測距傳感器2與第=測距傳感器3的測距方向在激光 噴嘴的周向上垂直的論述，可W認為激光噴嘴在自身的X軸(激光噴嘴的X軸與y軸的坐標系 建立參考前述內容)方向上傾斜了一定角度。而具體的傾斜角度可W根據a與b的比值與COS a之間的差值計算得出，此時就可通過機械臂的作用根據該傾斜角度值調整激光噴嘴在X軸 上的傾斜角度，使得激光噴嘴往趨近于垂直的方向轉動。同理，當判斷出a與C的比值不等于 cosa時，此時可知在沿著第=測距傳感器3的測距方向在加工面上的投影方向上激光噴嘴 是傾斜的，即認為激光噴嘴在自身的y軸方向上傾斜了一定角度。那么同樣可根據a與C的比 值與cosa之間的差值計算出傾斜角度差值，同時通過機械臂的作用根據該傾斜角度值調整 激光噴嘴在y軸上的傾斜角度，使得激光噴嘴往趨近于垂直的方向轉動。
[0028] 而為了使工作人員及時獲知激光噴嘴的狀態(tài)，可在控制器判斷出激光噴嘴不與加 工面垂直時發(fā)出警報信號，比如該警報可W-直存在，直到激光噴嘴與加工面垂直時停止 發(fā)出信號。
[0029] 在關于調整激光噴嘴的傾斜角度的一種優(yōu)選實施例中，控制器可首先根據a、b及a 的值計算激光噴嘴與加工面的夾角為e，再根據該e的角度值與90°之間的差值調整激光噴 嘴的傾斜角度;然后控制器根據a、c及a的值計算激光噴嘴與加工面的夾角為y，再根據y 與90°之間的差值調整激光噴嘴的傾斜角度。
[0030] 具體的，首先考賓A ARC.對豐巧二值化而袖其邊BC長度為a，邊AC長度為b，Z ACB 為曰。此時可根據余弦定理
開算出邊AB的長度，再根據余弦定理
算出ZABC。再考察圖中的虛線S角形，該虛線S角形即為激光噴 嘴垂直于加工面時的狀態(tài)，顯然，激光噴嘴當前狀態(tài)下與垂直狀態(tài)下的轉角差值為e-9〇°。 即只需通過機械臂將激光噴嘴往-X軸方向轉動(6-90°角即可使激光噴嘴垂直于平面內的其 中一條直線。同理，還可根據a、c及a的值計算激光噴嘴與加工面的夾角丫，再通過機械臂將 激光噴嘴往-y軸方向轉動丫 -90°角即可使激光噴嘴同時垂直于平面內的另一條相交直線。 此時，經過兩次調整之后的激光噴嘴理論上即與加工面垂直。
[0031] 綜上所述，本實用新型所提供的激光噴嘴與加工面垂直度的校核系統(tǒng)，通過第一 測距傳感器1、第二測距傳感器2和第=測距傳感器3的測距功能，W及控制器的邏輯運算功 能，利用直線與平面垂直的判定定理，避免了現有技術中的肉眼觀察和接觸式的直尺測量 方法，較快速且精確地識別激光噴嘴與加工面的夾角關系，并判斷激光噴嘴與加工面的垂 直度關系。
[0032] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現或使用本實用新 型。對運些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定 義的一般原理可W在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因 此，本實用新型將不會被限制于本文所示的運些實施例，而是要符合與本文所公開的原理 和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1. 一種激光噴嘴與加工面垂直度的校核系統(tǒng)，其特征在于，包括設置于激光噴嘴上同 一位置的第一測距傳感器（1)、第二測距傳感器(2)和第三測距傳感器(3);所述第一測距傳 感器（1)的測距方向與激光噴嘴的軸向平行，所述第二測距傳感器（2)和第三測距傳感器 (3)的測距方向均與激光噴嘴的軸向呈等值夾角；還包括根據所述第一測距傳感器（1)、第 二測距傳感器(2)及第三測距傳感器(3)采集的自身到加工面的距離數據判斷激光噴嘴是 否垂直于加工面的控制器。2. 根據權利要求1所述的校核系統(tǒng)，其特征在于，所述第一測距傳感器（1)、第二測距傳 感器(2)和第三測距傳感器(3)均為紅外測距傳感器。3. 根據權利要求2所述的校核系統(tǒng)，其特征在于，所述第二測距傳感器(2)和第一測距 傳感器（1)的測距方向共同所在平面，與所述第三測距傳感器(3)和第一測距傳感器（1)的 測距方向共同所在平面垂直。4. 根據權利要求3所述的校核系統(tǒng)，其特征在于，所述第二測距傳感器(2)和第三測距 傳感器(3)的測距方向與激光噴嘴的軸向所呈的夾角均為30°~60°。5. 根據權利要求4所述的校核系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述控制器信號連接，并在 所述控制器判斷出激光噴嘴不與加工面垂直時發(fā)出警報信號的報警器。6. 根據權利要求5所述的校核系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述控制器信號連接，并根 據所述控制器計算出的激光噴嘴與加工面之間的夾角差值調整激光噴嘴傾斜角度的機械 臂。
【文檔編號】B23K26/70GK205520119SQ201620123194
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月16日
【發(fā)明人】肖磊, 吳佳霖, 李金江, 徐地華
【申請人】廣東正業(yè)科技股份有限公司