一种激光喷嘴与加工面垂直度的校核系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种激光喷嘴与加工面垂直度的校核系统，包括设置于激光喷嘴上同一位置的第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器；所述第一测距传感器的测距方向与激光喷嘴的轴向平行，所述第二测距传感器和第三测距传感器的测距方向均与激光喷嘴的轴向呈等值夹角；还包括根据所述第一测距传感器、第二测距传感器及第三测距传感器采集的自身到加工面的距离数据判断激光喷嘴是否垂直于加工面的控制器。本实用新型所公开的校核系统，通过第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器的测距功能，以及控制器的逻辑运算功能，避免了现有技术中的肉眼观察和接触式的直尺测量方法，较快速且精确地识别激光喷嘴与加工面的垂直度关系。
【专利说明】
-种激光喷嘴与加工面垂直度的校核系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及激光切割技术领域，特别设及一种激光喷嘴与加工面垂直度的校 核系统。
【背景技术】
[0002] 随着中国机械工业的发展，机械设备的生产、制造及加工都具有了较高标准的工 艺要求。
[0003] 激光切割是一种高效、高水平的金属板材切割工艺，激光切割机利用高功率密度 激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化溫度，蒸发形成孔桐，随着光束对材料的 移动，孔桐连续形成宽度很窄（如0.1 mm)的切缝，完成对材料的切割。由于激光光斑小、能量 密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。
[0004] 为了实现复杂形状或大切割行程的切割工艺，激光切割一般通过计算机化数字控 制技术(CNC)装置实现，或称机器人激光切割。而在机器人进行平面激光切割加工过程中， 为了达到加工材料边缘整齐、光滑度等切割工艺要求，往往需要在切割过程中确保激光喷 嘴与加工面保持垂直。目前，工业上一般使用肉眼观察和接触式的直尺测量方法测量激光 喷嘴与加工面之间的垂直度或倾斜角度，通过不断的调整和测量，使激光喷嘴与加工面逐 渐保持垂直。然而，传统的垂直度校核方法效率低、误差大，不仅耽误生产制造流程，往往还 是无法满足较高的切割工艺标准要求。
[0005] 因此，如何较快速、精确地识别激光喷嘴与加工面是否垂直，是本领域技术人员亟 待解决的技术问题。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是提供一种激光喷嘴与加工面垂直度的校核系统，能够较快 速、精确地识别激光喷嘴与加工面的夹角关系。
[0007] 为解决上述技术问题，本实用新型提供一种激光喷嘴与加工面垂直度的校核系 统，包括设置于激光喷嘴上同一位置的第一测距传感器、第二测距传感器和第=测距传感 器;所述第一测距传感器的测距方向与激光喷嘴的轴向平行，所述第二测距传感器和第= 测距传感器的测距方向均与激光喷嘴的轴向呈等值夹角；还包括根据所述第一测距传感 器、第二测距传感器及第=测距传感器采集的自身到加工面的距离数据判断激光喷嘴是否 垂直于加工面的控制器。
[000引优选地，所述第一测距传感器、第二测距传感器和第=测距传感器均为红外测距 传感器。
[0009] 优选地，所述第二测距传感器和第一测距传感器的测距方向共同所在平面，与所 述第=测距传感器和第一测距传感器的测距方向共同所在平面垂直。
[0010] 优选地，所述第二测距传感器和第=测距传感器的测距方向与激光喷嘴的轴向所 呈的夹角均为30°~60°。
[0011] 优选地，还包括与所述控制器信号连接，并在所述控制器判断出激光喷嘴不与加 工面垂直时发出警报信号的报警器。
[0012] 优选地，还包括与所述控制器信号连接，并根据所述控制器计算出的激光喷嘴与 加工面之间的夹角差值调整激光喷嘴倾斜角度的机械臂。
[0013] 本实用新型所提供的激光喷嘴与加工面垂直度的校核系统，主要包括第一测距传 感器、第二测距传感器、第=测距传感器和控制器。其中，第一测距传感器、第二测距传感器 和第=测距传感器均设置于激光喷嘴上的同一位置，且第一测距传感器的测距方向与激光 喷嘴的轴向平行，同时第二测距传感器和第=测距传感器的测距方向均与激光喷嘴的轴向 呈夹角CU通过测距传感器的测距功能可W避免手工测量或接触式测量，避免对校核结果造 成影响。立个测距传感器的设置方式是为了利用几何学中的直线与平面垂直的判定定理， 良r若一条直线同时垂直于平面内的两条相交直线，则该直线垂直于该平面"。其中第一测 距传感器到加工面的距离线段即相当于其中的待判定直线，而第二测距传感器和第=测距 传感器到加工面的距离线段在平面上的投影即为两条相交直线。假设第一测距传感器测量 自身到加工面的距离为a,第二测距传感器测量自身到加工面的距离为b，第=测距传感器 测量自身到加工面的距离为C。那么第一、第二、第=测距传感器就将a、b、c的值发送给控制 器，然后控制器通过汇总的数据进行逻辑计算，判断激光喷嘴是否垂直于加工面。在一种优 选实施例中，控制器可W通过计算a与b的比值W及a与C的比值，并判断两比值是否均等于 cosa来判断垂直度关系：如果是，则激光喷嘴与加工面垂直，如果否，则不垂直。如果a/b辛 cosa或者a/c辛cosa，或者a/b及a/c均不等于cosa，那么自然激光喷嘴就不垂直于加工面。 因此，本实用新型所提供的激光喷嘴与加工面垂直度的校核系统，通过第一测距传感器、第 二测距传感器和第=测距传感器的测距功能，W及控制器的逻辑运算功能，避免了现有技 术中的肉眼观察和接触式的直尺测量方法，较快速且精确地识别激光喷嘴与加工面的夹角 关系，判断激光喷嘴与加工面是否垂直。
【附图说明】
[0014] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还 可W根据提供的附图获得其他的附图。
[0015] 图1为本实用新型所提供的一种【具体实施方式】中激光喷嘴垂直于加工面时的状态 示意图；
[0016] 图2为本实用新型所提供的一种【具体实施方式】中激光喷嘴不垂直于加工面时的状 态示意图。
[0017] 其中，图1-图2中：
[0018] 第一测距传感器一1，第二测距传感器一2,第S测距传感器一3。
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0020] 请参考图1及图2,图1为本实用新型所提供的一种【具体实施方式】中激光喷嘴垂直 于加工面时的状态示意图，图2为本实用新型所提供的一种【具体实施方式】中激光喷嘴不垂 直于加工面时的状态示意图。
[0021] 在本实用新型所提供的第一种【具体实施方式】中，激光喷嘴与加工面垂直度的校核 系统主要包括第一测距传感器1、第二测距传感器2和第=测距传感器3, W及与第一测距传 感器1、第二测距传感器2和第=测距传感器3信号连接的控制器。
[0022] 其中，第一测距传感器1、第二测距传感器2和第=测距传感器3均设置在激光喷嘴 上的同一位置处，并且第一测距传感器1的测距方向与激光喷嘴的轴向平行，而第二测距传 感器2和第=测距传感器3的测距方向均与激光喷嘴的轴向呈夹角a。具体的，可将第一测距 传感器1、第二测距传感器2和第=测距传感器3均设置在激光喷嘴的底部或侧壁，当然同时 要避免遮挡激光喷嘴的出光口。第一测距传感器1、第二测距传感器2和第=测距传感器3设 置在激光喷嘴上的同一位置，理论上可W认为=者处于同一点，如此设置，可W在后续的测 量过程中提高测量结果的精确性。另外，第一测距传感器1、第二测距传感器2和第=测距传 感器3的测距方向并不相同，而需要说明的是，第一测距传感器1、第二测距传感器2和第= 测距传感器3所测量的距离均为自身到加工面的直线距离。其中第一测距传感器1的测距方 向与激光喷嘴的轴向平行，即第一测距传感器1的测量距离为自身到沿着激光喷嘴的轴向 与加工面的交点之间的线段长。而第二测距传感器2和第=测距传感器3的测距方向与激光 喷嘴的轴向均呈夹角〇,优选地，为了使第二测距传感器2和第=测距传感器3能够正常测距 (当测距方向与加工面平行时，无法顺利获得测量距离值），〇的取值一般可为30°~60°，比 如30°、45°、60°等。当然，a的取值是随意的，可W根据激光喷嘴自身的倾斜角度而定，只需 保证第二测距传感器2和第=测距传感器3的测距方向不与加工面平行即可。
[0023] 另外，还可使第二测距传感器2和第一测距传感器1的测距方向共同所在平面，与 第=测距传感器3和第一测距传感器1的测距方向共同所在平面垂直。即在保证第二测距传 感器2和第=测距传感器3的测距方向均与激光喷嘴的轴向呈夹角a的基础上，使第二测距 传感器2的测距方向沿着激光喷嘴的X轴方向，而同时使第=测距传感器3的测距方向沿着 激光喷嘴的y轴方向。其中，激光喷嘴的X轴方向和y轴方向均为人为规定的方向，而将第二 测距传感器2和第=测距传感器3的测距方向分别设置为X和y轴方向是为了后续的计算及 调整方便。需要说明的是，第二测距传感器2和第=测距传感器3的测距方向在激光喷嘴的 周向上是随意的，并不仅限于垂直关系。
[0024] 本实施例在正常运行时，假设第一测距传感器1沿着激光喷嘴的轴向测量自身到 加工面的距离为曰，而第二测距传感器2沿着与激光喷嘴的轴向呈a角的方向测量自身到加 工面的距离为b，第=测距传感器3沿着与激光喷嘴的轴向呈a角的方向测量自身到加工面 的距离为C(第二测距传感器2和第=测距传感器3的测距方向并不平行，优选地，第二测距 传感器2和第=测距传感器3的测距方向在激光喷嘴的周向上互相垂直）。
[0025] 而当=个测距传感器的测量数据都得出后，均汇总给控制器。控制器再对运些数 据进行逻辑运算，并依据判断结果判断激光喷嘴与加工面的垂直度关系。比如，控制器可W 通过计算a与b的比值W及a与C的比值，并判断两比值是否均等于cosa的方法来判断两者的 垂直度关系，如果是，则激光喷嘴与加工面垂直，如果否，则不垂直。
[0026] 具体的，控制器可W先计算a与b的比值，并判断a与b的比值是否等于cosa，然后再 计算a与C的比值，并判断a与C的比值是否等于cosa。当然，该顺序也可W完全相反，或者同 时计算a与b的比值W及a与C的比值，并不影响判断结果。根据直线与平面垂直的判定定理， 良r如果一条直线同时垂直于平面内两条相交直线，那么该直线垂直于该平面"。其中，由于 第一测距传感器1的测距方向平行于激光喷嘴的轴向，因此第一测距传感器1到加工面的线 段就相当于其中的待判定直线；同时由于第二测距传感器2和第=测距传感器3的测距方向 与激光喷嘴的轴向具有一定夹角，因此第二测距传感器2和第=测距传感器3到加工面的距 离线段在加工面上的投影即相当于两条相交直线。如果a比b的比值等于cosa，那么说明待 判定直线垂直于平面上的其中一条直线；如果a与C的比值也同时等于cosa，那么说明待判 定直线也同时垂直于平面上的另一条直线。而平面上的两条直线相交，因此满足直线与平 面垂直的判定定理，此时可判断出激光喷嘴与加工面垂直。另外，如果a与b的比值及a与C的 比值中有任意一个或两个均不满足等于cosa的条件，那么就不能满足直线与平面垂直的判 定定理，此时可判断出激光喷嘴与加工面不垂直。
[0027] 此外，当判断出a与b的比值不等于cosa时，此时可知在沿着第二测距传感器2的测 距方向在加工面上的投影方向上激光喷嘴是倾斜的（即待直线并不垂直于平面上的其中一 条直线），根据前述优选实施例中，第二测距传感器2与第=测距传感器3的测距方向在激光 喷嘴的周向上垂直的论述，可W认为激光喷嘴在自身的X轴(激光喷嘴的X轴与y轴的坐标系 建立参考前述内容)方向上倾斜了一定角度。而具体的倾斜角度可W根据a与b的比值与COS a之间的差值计算得出，此时就可通过机械臂的作用根据该倾斜角度值调整激光喷嘴在X轴 上的倾斜角度，使得激光喷嘴往趋近于垂直的方向转动。同理，当判断出a与C的比值不等于 cosa时，此时可知在沿着第=测距传感器3的测距方向在加工面上的投影方向上激光喷嘴 是倾斜的，即认为激光喷嘴在自身的y轴方向上倾斜了一定角度。那么同样可根据a与C的比 值与cosa之间的差值计算出倾斜角度差值，同时通过机械臂的作用根据该倾斜角度值调整 激光喷嘴在y轴上的倾斜角度，使得激光喷嘴往趋近于垂直的方向转动。
[0028] 而为了使工作人员及时获知激光喷嘴的状态，可在控制器判断出激光喷嘴不与加 工面垂直时发出警报信号，比如该警报可W-直存在，直到激光喷嘴与加工面垂直时停止 发出信号。
[0029] 在关于调整激光喷嘴的倾斜角度的一种优选实施例中，控制器可首先根据a、b及a 的值计算激光喷嘴与加工面的夹角为e，再根据该e的角度值与90°之间的差值调整激光喷 嘴的倾斜角度;然后控制器根据a、c及a的值计算激光喷嘴与加工面的夹角为y，再根据y 与90°之间的差值调整激光喷嘴的倾斜角度。
[0030] 具体的，首先考宾A ARC.对丰巧二值化而袖其边BC长度为a，边AC长度为b，Z ACB 为曰。此时可根据余弦定理
开算出边AB的长度，再根据余弦定理
算出ZABC。再考察图中的虚线S角形，该虚线S角形即为激光喷 嘴垂直于加工面时的状态，显然，激光喷嘴当前状态下与垂直状态下的转角差值为e-9〇°。 即只需通过机械臂将激光喷嘴往-X轴方向转动(6-90°角即可使激光喷嘴垂直于平面内的其 中一条直线。同理，还可根据a、c及a的值计算激光喷嘴与加工面的夹角丫，再通过机械臂将 激光喷嘴往-y轴方向转动丫 -90°角即可使激光喷嘴同时垂直于平面内的另一条相交直线。 此时，经过两次调整之后的激光喷嘴理论上即与加工面垂直。
[0031] 综上所述，本实用新型所提供的激光喷嘴与加工面垂直度的校核系统，通过第一 测距传感器1、第二测距传感器2和第=测距传感器3的测距功能，W及控制器的逻辑运算功 能，利用直线与平面垂直的判定定理，避免了现有技术中的肉眼观察和接触式的直尺测量 方法，较快速且精确地识别激光喷嘴与加工面的夹角关系，并判断激光喷嘴与加工面的垂 直度关系。
[0032] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新 型。对运些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定 义的一般原理可W在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因 此，本实用新型将不会被限制于本文所示的运些实施例，而是要符合与本文所公开的原理 和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种激光喷嘴与加工面垂直度的校核系统，其特征在于，包括设置于激光喷嘴上同 一位置的第一测距传感器（1)、第二测距传感器(2)和第三测距传感器(3);所述第一测距传 感器（1)的测距方向与激光喷嘴的轴向平行，所述第二测距传感器（2)和第三测距传感器 (3)的测距方向均与激光喷嘴的轴向呈等值夹角；还包括根据所述第一测距传感器（1)、第 二测距传感器(2)及第三测距传感器(3)采集的自身到加工面的距离数据判断激光喷嘴是 否垂直于加工面的控制器。2. 根据权利要求1所述的校核系统，其特征在于，所述第一测距传感器（1)、第二测距传 感器(2)和第三测距传感器(3)均为红外测距传感器。3. 根据权利要求2所述的校核系统，其特征在于，所述第二测距传感器(2)和第一测距 传感器（1)的测距方向共同所在平面，与所述第三测距传感器(3)和第一测距传感器（1)的 测距方向共同所在平面垂直。4. 根据权利要求3所述的校核系统，其特征在于，所述第二测距传感器(2)和第三测距 传感器(3)的测距方向与激光喷嘴的轴向所呈的夹角均为30°~60°。5. 根据权利要求4所述的校核系统，其特征在于，还包括与所述控制器信号连接，并在 所述控制器判断出激光喷嘴不与加工面垂直时发出警报信号的报警器。6. 根据权利要求5所述的校核系统，其特征在于，还包括与所述控制器信号连接，并根 据所述控制器计算出的激光喷嘴与加工面之间的夹角差值调整激光喷嘴倾斜角度的机械 臂。
【文档编号】B23K26/70GK205520119SQ201620123194
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月16日
【发明人】肖磊, 吴佳霖, 李金江, 徐地华
【申请人】广东正业科技股份有限公司