[发明专利]大功率数控激光切割机床用Z轴浮动控制装置及控制方法

说明书

技术领域  

本发明涉及能实现大功率数控激光切割机床Z轴浮动的方法和装置领域，特别涉及一种大大功率数控激光切割机床用Z轴浮动控制装置及控制方法。

背景技术

激光切割头是数控激光切割机最重要的配件之一。数控激光切割机在使用过程中，为保证获得高质量的切口，喷嘴到被切割工件表面的高度必须保持稳定。由于数控激光切割机速度快，操作人员采用眼看、手调的方式调整高度不可能满足高速切割的需要，因此一种能够保持激光切割头与被加工板材之间距离相对稳定的装置便成为大功率数控激光切割系统的必需。早期，大功率数控激光切割机采用接触式探脚，利用电感传感器来实现对激光切割头与被加工板材之间距离的监控（也称Z浮或Z轴随动），但这种方式存在一个明显的缺陷，即在检测时探脚必须接触被加工板材表面，对有些较软的板材（如不锈钢板、铝板等）会留下一些划痕，不能满足对工件表面质量要求较高的加工。目前，国际上最新的方法是采用电容传感器来实现对激光切割头与被加工板材之间距离的监控，它能实现Z轴浮动与板面不接触的加工要求；不过这一方法也有缺陷，那就是电容传感器只能使Z轴浮于金属板材表面，而对非金属板材不适用，这样就限制了大功率数控激光切割机的使用范围，因此有人想到设置超声波传感器，由超声测距原理知，超声波测距为非接触式测距，且对任何材质的物体都能进行测距，所以它能满足数控激光切割机切割任何板材时对距离的非接触式检测的需求，但是目前在小功率数控激光切割机系统中应用的超声传感器是平行于光束安装的（大功率数控激光切割机系统中尚未见面市的成品），即垂直（或近似垂直）被切割物体表面，则在被切割物体表面，传感器测量点与光束入射点必然有一段距离，而这一距离就可能有起伏，并因此会导致光束聚焦点与被切割物体表面的光束入射点之间距离有变化；当然，对于数控激光切割机来说，一个很严重的问题是，传感器正下方的板材可能已经被切割，即脱离了母体，甚至已经掉落，对于大功率数控激光切割机来说，这是其工作常态，从这一情况来看，这样设计的装置就不能适合大功率数控激光切割机，它仅适用于小功率，且在加工中要采取一定的切割技巧，如用桥位保持板材被分割部件与母体的一丝连接，但这也必然造成其存在加工缺陷，由此可见，现有的在小功率数控激光切割机应用上使用的超声波传感器有明显的不足。

发明内容

针对以上问题，本发明为一种大功率数控激光切割机床用Z轴浮动控制装置及控制方法，本发明能够实现对任何材料板材距离的非接触式探测，这样不仅能克服电容传感检测方式不适用于非金属板材的缺陷，也能避免电感传感检测方式的接触式探脚对较软板材的划伤，并且采用两对倾斜设置的传感器，并外加四个垂直传感器辅助，使得其激光切割Z轴浮动精度和可靠性得到了有效保证，为达此目的，本发明提供一种大功率数控激光切割机床用Z轴浮动控制装置，包括超声波传感器安装座、垂直安装超声波传感器、倾斜安装超声波发射器和倾斜安装超声波接收器，所述Z轴浮动控制装置通过超声波传感器安装座套装在大功率数控激光切割机床的Z轴的喷嘴上方，所述喷嘴上方有聚焦镜镜座组件，加工中所述喷嘴下方有待切割板材，所述超声波传感器安装座上共有8个安装孔，8个安装孔分别是四个垂直安装孔和四个倾斜安装孔，所述垂直安装孔与倾斜安装孔相互间隔并均布于安装座圆周上，四个垂直安装孔内分别安装有垂直安装超声波传感器一、垂直安装超声波传感器二、垂直安装超声波传感器三和垂直安装超声波传感器四，所述垂直安装超声波传感器一、垂直安装超声波传感器二、垂直安装超声波传感器三和垂直安装超声波传感器四为超声发射器与超声接收器一体式超声波传感器，四个倾斜安装孔内分别安装有倾斜安装超声波发射器一、倾斜安装超声波接收器一、倾斜安装超声波发射器二和倾斜安装超声波接收器二，所述倾斜安装超声波发射器一与倾斜安装超声波接收器一的轴线共面，所述倾斜安装超声波发射器二与倾斜安装超声波接收器二的轴线共面，所述倾斜安装超声波发射器一与倾斜安装超声波接收器一以及倾斜安装超声波发射器二与倾斜安装超声波接收器二的交点在喷嘴下方的待切割板材的板面附近。

作为本发明进一步改进，所述超声波传感器安装座上安装的8个安装孔，相邻安装孔之间圆弧所对的圆心角为45o，为了保证对称安装孔之间角度一般为45°。