[发明专利]光点补偿控制系统及其激光切割设备

说明书

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，特别是涉及一种光点补偿控制系统及其激光切割设备。

背景技术

传统的数控机床，如车床、铣床、加工中心等，属于接触加工设备。影响数控机床加工精度的关键因素也有很多，但激光切割数控机床加工的误差远小于传统的数控机床。尽管如此，激光切割数控机床仍然会产生或多或少的加工误差。在激光切割加工过程中，激光光斑运动轨迹与理想图形轨迹(也称设定轨迹)之间的关系对加工精度有着至关重要的作用，怎样在激光切割加工过程中保持激光光斑运动轨迹与理想图形轨迹完全相同，就成为激光切割加工中的一项关键技术。由于激光光斑运动轨迹与理想图形轨迹之间的关系发生变化的因素很多，加工工件表面凸凹不平、工件装夹方式、机床的几何误差等都会造成激光头的位移和理想位移发生偏差，从而导致加工误差。

减少机床的加工误差从而提高加工精度有两种基本方法：误差预防法和误差补偿法。误差预防法是一种硬件技术，通过设计和制造机床结构的途径以及保证机床装配的精确程度来减少误差。误差预防法有比较大的局限性，其成本较高。误差补偿法是一种软件技术，通过人为产生出一种新的误差去抵消当前的原始误差，是一种既高效又经济的提高机床加工精度的手段。通过误差补偿可在机床上加工出超过机床本身精度的工件。误差补偿法一般有两种补偿方式：离线补偿和实时补偿。离线补偿是测量离线状态下的误差并根据该误差对数控加工程序修改后将程序输入机床，或者将测量得到的误差作为误差文件置于数控系统中，使系统在运行过程中可以调用，达到加工时补偿误差的效果。离线补偿一般只能补偿几何误差。实时补偿是通过硬件辅助装置，将位置等外部信号输入补偿装置，由补偿装置中的误差模型实时计算误差补偿的数值，通过接口输入到数控系统进行误差补偿。实时补偿方法在机床中的适用性强，可以补偿包括几何误差在内的多种误差，并且误差预测模型的选择很灵活，从简单的线性模型到复杂的神经网络模型都可通过软件建模，选用最有效的误差预测模型以提高补偿精度。

现在，用于激光切割的中低端数控机床一般只采用离线补偿方法，其误差补偿程度有限，无法满足高加工精度的要求。在高端的激光切割设备中采用实时补偿方法的也不多见。

目前的激光焦点位置补偿采用步进电机加同步带的方式控制激光束的运动。激光切割中需要精确控制激光束的运动轨迹，才能切出需要的曲线，通常的做法是通过数控的两维机械运动完成相应的任务。但是，如果采用步进电机加同步带的方式控制激光束的运动，一般控制精度不高，主要原因是步进电机加同步带的控制属开环控制系统，这样的系统无法保证控制的高精度，同时抗干扰能力也不强。

另外，有些方案中在机械控制中加入检测工作头实际位置的传感器(如光栅、磁栅尺等可以检测具体位置的传感器)，可以实时检测出工作头的机械位置，该位置与理想位置会有一个误差，特别是在工作头在加速度变化较大运行时差值更大。目前，激光束与工作头基本都设计成一体，工作头与激光束相对固定不变，工作头的即时坐标就是激光点的即时坐标，即实际加工出的工件轮廓即为工作头的实际运动轨迹。激光切割光点的控制精度完全取决于机械的控制精度，如果需要较高的控制精度，就需要对机械导轨及控制电机等提出很高的要求，特别是对于加工幅面比较大的切割设备，对其要求更高。

为了改进上述技术现状，迫切需要研发出一种对整台激光切割设备的导轨和控制电机等机械配件要求不变的前提下提高切割质量的激光切割设备。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种光点补偿控制系统及其激光切割设备，其结构简单，制造成本低，在对整台设备的导轨和控制电机等机械配件要求不变的前提下提高了切割质量。

本发明采用的技术方案是：

一种光点补偿控制系统，用于激光切割设备中的误差补偿，所述系统包括微控制器、位置检测单元、位置调准控制器和执行机构；

微控制器与位置调准控制器连接，用于接收运动轴的设定脉冲信号的输入，并将设定脉冲信号传输给位置调准控制器；

位置检测单元与位置调准控制器连接，用于检测运动轴导轨的位移，并将检测到的位移信号转换为检测脉冲信号反馈给位置调准控制器；

位置调准控制器分别与微控制器、执行机构和所述位置检测单元连接，接收微控制器传输的设定脉冲信号和检测单元反馈的所述检测脉冲信号，根据设定脉冲信号和检测脉冲信号计算光点补偿量，将所述光点补偿量输出给所述执行机构；

执行机构与位置调准控制器连接，用于接收位置调准控制器输入的光点补偿量，并根据所述光点补偿量进行加工。