[发明专利]激光加工系统头组件的动态高度调节系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及优选地与激光加工系统一起使用的动态高度调节系统和方法。更具体地，本发明提供了包括使用单一频率的动态切割头高度调节系统，其中对相位变化进行处理以在增加可靠性和增强的工艺控制下确定工件上高度的变化。

背景技术

从申请人在2011年10月1日递交的美国专利申请号No.61/542，156中创新性研发中认识了激光加工系统的切割头组件，将其全部内容合并在此作为参考。申请人的切割头可选地包括如这里所述使用的同一地点或远程计算机化的加工控制器。这种系统讨论了通过激光束加工工件的有效系统。

从美国专利5，694，046(Hillerich)可知用于监测工件的热处理(焊接)的方法。这种方法采用一些要求来形成与参考频率分配相比更加复杂的测量电容频率分布，以确定工件的热加工参数(焊接)。认识到这种复杂的信号方法采用了信号确定中的延迟，容易由于电压波动、信号干扰误差和在焊接期间的单独激光脉冲持续时间上不能连续记录测量的电容而折衷。这种方法不适用于在集成的动态生产周期中对高速激光加工的连续适应。

因此，需要一种针对激光加工系统头组件的改进的动态高度调节系统和方法。

发明内容

响应于所提到问题的至少一个，本发明提供了一种操作激光加工系统的头组件的动态高度调节系统和方法。所提出的方法和系统允许在整个加工周期期间的精确加工控制，所述加工不局限于所实施的激光加工的类型。

在本发明的备选改进中，加工控制在整个加工周期使用激光加工系统头组件的电容，其中监测单一频率的相位变化以确定工件和激光喷嘴之间的距离变化。

本发明的另一个方面实现了备选的工件形状、材料、类型、涂层和厚度的容易和可操作集成，同时保持连续的加工。

本发明的再一个方面实现了环境加工温度的校正，以消除信号误差并且增强加工控制。

在本发明的再一个备选方面中，所提出的方法和系统可操作适用于切割多种工件，包括金属并且更具体地包括在一个或多个侧面上涂覆的材料。

在所提出的本发明的另外一个改进中，所述系统和方法以改进的精度适应非平坦的、或者可以是实质上平坦的但是包含非平坦区域的工件。

在所提出的本发明的另外一个改进中，可以通过中央加工控制单元或者一个或多个远程加工控制单元来可操作地控制多个连续的切割头。

所提出的方法和系统还可操作地实现了在整个连续加工周期期间对一个或多个切割头的令人满意的监测，具体地其中连续的加工周期包括使用-不使用的间隔，或者其中工件可以经历可变速率的热膨胀。

本发明的另一个方面实现了与具有相同或不同厚度的工件一起使用的一个或多个加工头的可操作控制，使得加工控制器可以采用每个工件的初始厚度的表示，用于通过使用周期对单独加工头的可操作导引。

所提出的系统和方法包括单一频率的使用，其中连续地测量相位变化，并且连续的加工在增加的可靠性和迅速适应性内确定工件之间高度或距离的变化。

所述系统还实现了多个可操作计算机化的处理器控制，以及在集成加工系统和可选的远程接口上的加工控制信号和反馈分布的实质上改进。

根据本发明的备选实施例，提出了一种激光加工系统中相对于工件来调节切割头高度的方法，包括步骤：相对于工件定位切割头中的电容传感器；至少向传感器施加具有第一频率的第一信号；通过在使用期间评估第一信号来连续地监测随传感器的电容变化的第一信号的相位变化；以及将所述相位变化与测量的切割头高度基准范围进行比较，从而确定切割头相对于工件的高度。

根据本发明的另一个备选实施例，提出了一种激光加工系统中相对于工件来调节切割头高度的方法，包括步骤：相对于工件定位切割头中的电容传感器，所述电容传感器包括喷嘴和隔离的传感器模块；产生频率相等但是相位不同的第一信号和第二信号；向电容传感器施加第一信号；根据切割头相对于工件的位置来检测随电容传感器中的电容变化的第一信号的相移；将第二信号调节为与第一信号相位相差约-90°的固定值；通过评估第一信号相对于第二信号的固定值相位差的相移来确定随传感器的电容变化的第一信号的相移；以及将所述电容变化与高度与相位变化的映射基准进行比较，从而确定在使用期间切割头和工件之间的相对高度。