一种测定金属管材切割系统旋转轴机械中心位置的方法与流程

本发明涉及金属管材的激光切割运动控制领域，具体地说是一种测定金属管材切割系统旋转轴机械中心位置的方法。

背景技术：

金属管材切割系统旋转轴中心坐标，是三维数控系统刀路计算过程中需要设置的重要参数。金属管材切割系统旋转轴中心的测定一般采用简单的人工测量手动输入方式或是采用昂贵的对刀仪测定实现。采用简单的人工测量手动输入方式容易引入人为测量误差，导致测定不够准确，而且测量时间很长。利用对刀仪的测量方法，需要添加额外的测量传感器，成本较高，而且测量步骤较为复杂。

技术实现要素：

为克服现有测量方法的不足，现提供一种测定金属管材切割系统旋转轴机械中心位置的方法，该方法依靠激光切割系统中的切割头喷嘴作为电容式调高器的感应头，节约成本。该方法利用有效的测量方法，使测量结果较为准确。这种用于激光切割系统的旋转轴中心位置测定方法，是一种自动化控制的测量方法，具有重复精度较高，成本较低，使用便捷、安全性可靠等优良特点。

为实现上述目的，设计一种测定金属管材切割系统旋转轴机械中心位置的方法，包括电容式调高器，其特征在于：具体方法如下：

（1）通过卡尺测量金属管材的宽度W和高度H，然后观察电容式调高器的感应头是否在金属管材的上方，若不在金属管材的上方，调整切割喷嘴的位置；

（2）粗矫平操作：系统控制切割头先向X轴正向移△X，通过控制电容式调高器测量金属管材上表面的Z轴坐标zp1；再控制切割头向X轴负方向平移2*△X，然后再次通过控制电容式调高器测量金属管材上表面的Z轴坐标zp2；

（3）得出金属管材的上表面的倾斜角大约为arctan[(zp1-zp2)/(2*△X)]，根据倾斜角度控制旋转轴转动-arctan[(zp1-zp2)/ (2*△X)]；

（4）粗寻中操作：系统控制切割头以较快速度分别向金属管材的X方向正边界和X方向负边界运动，并捕捉切割头喷嘴出边时的X轴的正边界坐标xp1和X轴的负边界坐标xp2；

（5）得出机械中心x轴坐标在(xp1+xp2)/2附近，控制切割喷嘴平移到X轴(xp1+xp2)/2位置；

（6）精矫平操作：经过粗矫平和粗寻中操作后，估计出金属管材的X轴正边界和负边界位置，通过系统控制切割头先向X轴正向移W/4距离，再通过控制电容式调高器测量金属管材上表面的Z轴坐标Zq1，然后再控制切割头向X轴负方向移W/4，再次通过控制电容式调高器测量金属管材上表面的Z轴坐标Zq2；

（7）得出金属管材的倾斜角为arctan[(Zq1-Zq2)*2/ W)]，控制旋转轴转动-arctan[(Zq1-Zq2) *2/ W)]；

（8）精寻中操作：对金属管材的上表面及下表面分别进行精寻中操作，得出X轴的正边界坐标X1、X轴的负边界坐标X2、金属管材上表面的Z1坐标及旋转轴旋转180°后的X轴的正边界坐标X3、X轴的负边界坐标X4、金属管材上表面的Z2坐标；

（9）得到机械的旋转轴中心坐标R（Xr, Zr），Xr=（X1+X2+X3+X4）/4；Zr=（Z1+Z2）/2-H/2-△F，H为金属管材高度，△F为电容式调高器的跟随距离参数。

对金属管材的上表面精寻中操作如下：

（1）首先设定电容式调高器为低速寻边模式，然后控制切割头以较慢的速度分别向方管的X方向正边界运动；

（2）当电容式调高器捕捉到切割头喷嘴出边时，记录X轴的正边界坐标X1；

（3）同样的，再次设定电容式调高器为低速寻边模式，然后控制切割头以较慢的速度分别向方管的X方向负边界运动；

（4）当电容式调高器捕捉到切割头喷嘴出边时，记录X轴的负边界坐标X2；

（5）最后控制切割头喷嘴移动到（X1+X2）/2位置，然后再控制电容式调高器测量金属管材上表面的Z1坐标。

对金属管材的下表面精寻中操作如下：

（1）控制旋转轴旋转180度，将电容式调高器设定为低速寻边模式，然后控制切割头以较慢的速度分别向方管的X方向正边界运动；

（2）当电容式调高器捕捉到切割头喷嘴出边时，记录X轴的正边界坐标X3；

（3）同样的，将电容式调高器设定为低速寻边模式，然后控制切割头以较慢的速度分别向方管的X方向负边界运动；

（4）当电容式调高器捕捉到切割头喷嘴出边时，记录X轴的负边界坐标X4；

（5）最后控制切割头喷嘴移动到（X1+X2+X3+X4）/4位置，然后再控制调高器测量金属管材上表面的Z2坐标。

所述的金属管材为金属矩形管材。

本发明同现有方法相比，本发明提出的方法使用全新的测量步骤：通过粗矫平操作，防止管材过度倾斜，导致调高器意外撞管；通过粗寻中操作计算出管材中心大概位置，防止调高器扎到方管外面；粗矫平、粗寻中后，并调整参数后，通过精矫平操作提高矫平的精度，完成矫平；最后通过精寻中操作完成高精度的机械中心测量。

附图说明

图1为旋转轴机械中心测量流程示意图。

图2为矩形管材在数控系统坐标系的位置示意图。

图3为矫平示意图。

图4 寻找旋转轴机械中心坐标示意图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，将测定旋转轴机械中心方法分为四个步骤：粗矫平，粗寻中，精矫平，精寻中。

首先需要通过卡尺测量矩形金属管材的宽度W和高度H。然后观察确定电容式调高器的感应头（即切割喷嘴），是否在矩形金属管材的上方，如果不在矩形金属管材的上方可以点动数控软件调整切割喷嘴位置。如果切割喷嘴在矩形金属管材的上方，那么可以进行粗矫平操作。

粗矫平操作：系统控制切割头先向X轴正向移△X (为安全起见，△X取较小的值)，再通过控制电容式调高器测量矩形金属管材上表面的Z轴坐标zp1。然后在控制切割头向X轴负方向平移2*△X，然后再次通过控制电容式调高器测量矩形金属管材上表面的Z轴坐标zp2。那么矩形金属管材的上表面的倾斜角大约为arctan[(zp1-zp2)/ (2*△X)]，所以只需控制旋转轴转动-arctan[(zp1-zp2)/ (2*△X)]，就可以完成粗矫平。

粗寻中操作：控制切割头以较快速度分别向方管的X方向正边界和X方向负边界运动，并捕捉切割头喷嘴出边时的X轴的正边界坐标xp1和X轴的负边界坐标xp2。得到机械中心x轴坐标应该(xp1+xp2)/2附近，最后控制切割喷嘴平移到X轴(xp1+xp2)/2位置。

精矫平操作：经过粗矫平和粗寻中操作后，可以粗略估计出管子的X轴正边界和负边界位置。精矫平和粗矫平动作相似。通过系统控制切割头先向X轴正向移W/4距离（W为矩形管的宽度），再通过控制电容式调高器测量矩形金属管材上表面的Z轴坐标Zq1。然后在控制切割头向X轴负方向移W/4，然后再次再通过控制电容式调高器测量矩形金属管材上表面的Z轴坐标Zq2。那么方管的倾斜角为arctan[(Zq1-Zq2)*2/ W)]，所以只需控制旋转轴转动-arctan[(Zq1-Zq2) *2/ W)]，就可以完成精矫平。

精寻中操作：精寻中操作分为上表面寻中和下表面寻中两个小步骤。如图4，实线为测量上表面时的矩形金属管材，虚线为旋转180度后的矩形金属管材，用于测量下表面的操作。

（1）上表面寻中。首先设定电容式调高器为低速寻边模式，然后控制切割头以较慢的速度分别向矩形金属管材的X方向正边界运动。当电容式调高器捕捉到切割头喷嘴出边时，记录X轴的正边界坐标X1。同样的，再次设定调高器为低速寻边模式，然后控制切割头以较慢的速度分别向矩形金属管材的X方向负边界运动。当电容式调高器捕捉到切割头喷嘴出边时，记录X轴的负边界坐标X2，最后控制切割头喷嘴移动到（X1+X2）/2位置，然后再控制电容式调高器测量矩形金属管材上表面的Z1坐标。

（2）下表面寻中。此时旋转轴旋转180度，矩形金属管材的位置变为图4虚线位置，然后同样的，将电容式调高器设定为低速寻边模式，然后控制切割头以较慢的速度分别向矩形金属管材的X方向正边界运动。当电容式调高器捕捉到切割头喷嘴出边时，记录X轴的正边界坐标X3。同样的，将电容式调高器设定为低速寻边模式，然后控制切割头以较慢的速度分别向矩形金属管材的X方向负边界运动。当电容式调高器捕捉到切割头喷嘴出边时，记录X轴的负边界坐标X4，最后控制切割头喷嘴移动到（X1+X2+X3+X4）/4位置，然后再控制电容式调高器测量矩形金属管材上表面的Z2坐标。

最后计算得到机械的旋转轴中心坐标R（Xr, Zr），Xr=（X1+X2+X3+X4）/4；Zr=（Z1+Z2）/2-H/2-△F。其中：H为矩形金属管材高度。△F为调高器的跟随距离参数。