本發(fā)明涉及金屬管材的激光切割運動控制領(lǐng)域，具體地說是一種測定金屬管材切割系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械中心位置的方法。

背景技術(shù)：

金屬管材切割系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸中心坐標(biāo)，是三維數(shù)控系統(tǒng)刀路計算過程中需要設(shè)置的重要參數(shù)。金屬管材切割系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸中心的測定一般采用簡單的人工測量手動輸入方式或是采用昂貴的對刀儀測定實現(xiàn)。采用簡單的人工測量手動輸入方式容易引入人為測量誤差，導(dǎo)致測定不夠準(zhǔn)確，而且測量時間很長。利用對刀儀的測量方法，需要添加額外的測量傳感器，成本較高，而且測量步驟較為復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有測量方法的不足，現(xiàn)提供一種測定金屬管材切割系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械中心位置的方法，該方法依靠激光切割系統(tǒng)中的切割頭噴嘴作為電容式調(diào)高器的感應(yīng)頭，節(jié)約成本。該方法利用有效的測量方法，使測量結(jié)果較為準(zhǔn)確。這種用于激光切割系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸中心位置測定方法，是一種自動化控制的測量方法，具有重復(fù)精度較高，成本較低，使用便捷、安全性可靠等優(yōu)良特點。

為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種測定金屬管材切割系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械中心位置的方法，包括電容式調(diào)高器，其特征在于：具體方法如下：

（1）通過卡尺測量金屬管材的寬度W和高度H，然后觀察電容式調(diào)高器的感應(yīng)頭是否在金屬管材的上方，若不在金屬管材的上方，調(diào)整切割噴嘴的位置；

（2）粗矯平操作：系統(tǒng)控制切割頭先向X軸正向移△X，通過控制電容式調(diào)高器測量金屬管材上表面的Z軸坐標(biāo)zp1；再控制切割頭向X軸負(fù)方向平移2*△X，然后再次通過控制電容式調(diào)高器測量金屬管材上表面的Z軸坐標(biāo)zp2；

（3）得出金屬管材的上表面的傾斜角大約為arctan[(zp1-zp2)/(2*△X)]，根據(jù)傾斜角度控制旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動-arctan[(zp1-zp2)/ (2*△X)]；

（4）粗尋中操作：系統(tǒng)控制切割頭以較快速度分別向金屬管材的X方向正邊界和X方向負(fù)邊界運動，并捕捉切割頭噴嘴出邊時的X軸的正邊界坐標(biāo)xp1和X軸的負(fù)邊界坐標(biāo)xp2；

（5）得出機(jī)械中心x軸坐標(biāo)在(xp1+xp2)/2附近，控制切割噴嘴平移到X軸(xp1+xp2)/2位置；

（6）精矯平操作：經(jīng)過粗矯平和粗尋中操作后，估計出金屬管材的X軸正邊界和負(fù)邊界位置，通過系統(tǒng)控制切割頭先向X軸正向移W/4距離，再通過控制電容式調(diào)高器測量金屬管材上表面的Z軸坐標(biāo)Zq1，然后再控制切割頭向X軸負(fù)方向移W/4，再次通過控制電容式調(diào)高器測量金屬管材上表面的Z軸坐標(biāo)Zq2；

（7）得出金屬管材的傾斜角為arctan[(Zq1-Zq2)*2/ W)]，控制旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動-arctan[(Zq1-Zq2) *2/ W)]；

（8）精尋中操作：對金屬管材的上表面及下表面分別進(jìn)行精尋中操作，得出X軸的正邊界坐標(biāo)X1、X軸的負(fù)邊界坐標(biāo)X2、金屬管材上表面的Z1坐標(biāo)及旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180°后的X軸的正邊界坐標(biāo)X3、X軸的負(fù)邊界坐標(biāo)X4、金屬管材上表面的Z2坐標(biāo)；

（9）得到機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸中心坐標(biāo)R（Xr, Zr），Xr=（X1+X2+X3+X4）/4；Zr=（Z1+Z2）/2-H/2-△F，H為金屬管材高度，△F為電容式調(diào)高器的跟隨距離參數(shù)。

對金屬管材的上表面精尋中操作如下：

（1）首先設(shè)定電容式調(diào)高器為低速尋邊模式，然后控制切割頭以較慢的速度分別向方管的X方向正邊界運動；

（2）當(dāng)電容式調(diào)高器捕捉到切割頭噴嘴出邊時，記錄X軸的正邊界坐標(biāo)X1；

（3）同樣的，再次設(shè)定電容式調(diào)高器為低速尋邊模式，然后控制切割頭以較慢的速度分別向方管的X方向負(fù)邊界運動；

（4）當(dāng)電容式調(diào)高器捕捉到切割頭噴嘴出邊時，記錄X軸的負(fù)邊界坐標(biāo)X2；

（5）最后控制切割頭噴嘴移動到（X1+X2）/2位置，然后再控制電容式調(diào)高器測量金屬管材上表面的Z1坐標(biāo)。

對金屬管材的下表面精尋中操作如下：

（1）控制旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180度，將電容式調(diào)高器設(shè)定為低速尋邊模式，然后控制切割頭以較慢的速度分別向方管的X方向正邊界運動；

（2）當(dāng)電容式調(diào)高器捕捉到切割頭噴嘴出邊時，記錄X軸的正邊界坐標(biāo)X3；

（3）同樣的，將電容式調(diào)高器設(shè)定為低速尋邊模式，然后控制切割頭以較慢的速度分別向方管的X方向負(fù)邊界運動；

（4）當(dāng)電容式調(diào)高器捕捉到切割頭噴嘴出邊時，記錄X軸的負(fù)邊界坐標(biāo)X4；

（5）最后控制切割頭噴嘴移動到（X1+X2+X3+X4）/4位置，然后再控制調(diào)高器測量金屬管材上表面的Z2坐標(biāo)。

所述的金屬管材為金屬矩形管材。

本發(fā)明同現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明提出的方法使用全新的測量步驟：通過粗矯平操作，防止管材過度傾斜，導(dǎo)致調(diào)高器意外撞管；通過粗尋中操作計算出管材中心大概位置，防止調(diào)高器扎到方管外面；粗矯平、粗尋中后，并調(diào)整參數(shù)后，通過精矯平操作提高矯平的精度，完成矯平；最后通過精尋中操作完成高精度的機(jī)械中心測量。

附圖說明

圖1為旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械中心測量流程示意圖。

圖2為矩形管材在數(shù)控系統(tǒng)坐標(biāo)系的位置示意圖。

圖3為矯平示意圖。

圖4 尋找旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械中心坐標(biāo)示意圖。

具體實施方式

下面根據(jù)附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，將測定旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械中心方法分為四個步驟：粗矯平，粗尋中，精矯平，精尋中。

首先需要通過卡尺測量矩形金屬管材的寬度W和高度H。然后觀察確定電容式調(diào)高器的感應(yīng)頭（即切割噴嘴），是否在矩形金屬管材的上方，如果不在矩形金屬管材的上方可以點動數(shù)控軟件調(diào)整切割噴嘴位置。如果切割噴嘴在矩形金屬管材的上方，那么可以進(jìn)行粗矯平操作。

粗矯平操作：系統(tǒng)控制切割頭先向X軸正向移△X (為安全起見，△X取較小的值)，再通過控制電容式調(diào)高器測量矩形金屬管材上表面的Z軸坐標(biāo)zp1。然后在控制切割頭向X軸負(fù)方向平移2*△X，然后再次通過控制電容式調(diào)高器測量矩形金屬管材上表面的Z軸坐標(biāo)zp2。那么矩形金屬管材的上表面的傾斜角大約為arctan[(zp1-zp2)/ (2*△X)]，所以只需控制旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動-arctan[(zp1-zp2)/ (2*△X)]，就可以完成粗矯平。

粗尋中操作：控制切割頭以較快速度分別向方管的X方向正邊界和X方向負(fù)邊界運動，并捕捉切割頭噴嘴出邊時的X軸的正邊界坐標(biāo)xp1和X軸的負(fù)邊界坐標(biāo)xp2。得到機(jī)械中心x軸坐標(biāo)應(yīng)該(xp1+xp2)/2附近，最后控制切割噴嘴平移到X軸(xp1+xp2)/2位置。

精矯平操作：經(jīng)過粗矯平和粗尋中操作后，可以粗略估計出管子的X軸正邊界和負(fù)邊界位置。精矯平和粗矯平動作相似。通過系統(tǒng)控制切割頭先向X軸正向移W/4距離（W為矩形管的寬度），再通過控制電容式調(diào)高器測量矩形金屬管材上表面的Z軸坐標(biāo)Zq1。然后在控制切割頭向X軸負(fù)方向移W/4，然后再次再通過控制電容式調(diào)高器測量矩形金屬管材上表面的Z軸坐標(biāo)Zq2。那么方管的傾斜角為arctan[(Zq1-Zq2)*2/ W)]，所以只需控制旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動-arctan[(Zq1-Zq2) *2/ W)]，就可以完成精矯平。

精尋中操作：精尋中操作分為上表面尋中和下表面尋中兩個小步驟。如圖4，實線為測量上表面時的矩形金屬管材，虛線為旋轉(zhuǎn)180度后的矩形金屬管材，用于測量下表面的操作。

（1）上表面尋中。首先設(shè)定電容式調(diào)高器為低速尋邊模式，然后控制切割頭以較慢的速度分別向矩形金屬管材的X方向正邊界運動。當(dāng)電容式調(diào)高器捕捉到切割頭噴嘴出邊時，記錄X軸的正邊界坐標(biāo)X1。同樣的，再次設(shè)定調(diào)高器為低速尋邊模式，然后控制切割頭以較慢的速度分別向矩形金屬管材的X方向負(fù)邊界運動。當(dāng)電容式調(diào)高器捕捉到切割頭噴嘴出邊時，記錄X軸的負(fù)邊界坐標(biāo)X2，最后控制切割頭噴嘴移動到（X1+X2）/2位置，然后再控制電容式調(diào)高器測量矩形金屬管材上表面的Z1坐標(biāo)。

（2）下表面尋中。此時旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180度，矩形金屬管材的位置變?yōu)閳D4虛線位置，然后同樣的，將電容式調(diào)高器設(shè)定為低速尋邊模式，然后控制切割頭以較慢的速度分別向矩形金屬管材的X方向正邊界運動。當(dāng)電容式調(diào)高器捕捉到切割頭噴嘴出邊時，記錄X軸的正邊界坐標(biāo)X3。同樣的，將電容式調(diào)高器設(shè)定為低速尋邊模式，然后控制切割頭以較慢的速度分別向矩形金屬管材的X方向負(fù)邊界運動。當(dāng)電容式調(diào)高器捕捉到切割頭噴嘴出邊時，記錄X軸的負(fù)邊界坐標(biāo)X4，最后控制切割頭噴嘴移動到（X1+X2+X3+X4）/4位置，然后再控制電容式調(diào)高器測量矩形金屬管材上表面的Z2坐標(biāo)。

最后計算得到機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸中心坐標(biāo)R（Xr, Zr），Xr=（X1+X2+X3+X4）/4；Zr=（Z1+Z2）/2-H/2-△F。其中：H為矩形金屬管材高度。△F為調(diào)高器的跟隨距離參數(shù)。