一种切管机激光头坡口随动控制方法与流程

本发明涉及切管机，具体为一种切管机激光头坡口随动控制方法。

背景技术：

1、在工业制造领域，切管机是一种广泛应用于管道切割的设备。在切管过程中，为了确保管道的焊接质量，通常需要对管道进行坡口处理。传统的切管机在进行坡口处理时，往往采用固定的激光头进行照射和加热，使得坡口的角度和形状难以精确控制。此外，传统的切管机在进行坡口处理时，容易受到管道材料、厚度等因素的影响，导致坡口质量不稳定，进一步影响焊接质量，3d激光切割设备需要使用坡口随动控制，在不同的角度和不同的喷嘴形状及大小下，相同的切割高度所得到的传感器距离均是不同的。因此，为了解决这一问题，提出一种切管机激光头坡口随动控制方法。

2、为什么要标定坡口：因为激光切割的时候使用的是传感器的电容值作为判断切割头末端上的喷嘴到板材或者管材上的距离，当0°的时候喷嘴末端到平面的距离好判断，但是当切割头旋转一定的角度后，由于喷嘴的形状大小不同会导致跟随高度不等于反馈高度，但我们实际控制的还是跟随高度。

技术实现思路

1、基于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种切管机激光头坡口随动控制方法，以解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种切管机激光头坡口随动控制方法，包括：

3、s1：通过激光头对管材进行扫描，确保标定和校准过程中始终定位于管材表面；

4、s2：进行b轴标零和摆长校准，确保切管机的机械系统和控制系统处于初始状态，为坡口处理提供准确的参考基准；

5、s3：根据坡口标定数据和管道参数，计算激光头的照射角度和功率，调整激光头的跟随高度与反馈高度，确保激光头在坡口处理过程中保持最佳工作状态。

6、本发明进一步设置为，所述b轴标零具体包括：将切割头的角度调整为45°，移动切割头向下至触碰管材表面，获得z轴高度z1，再将切割头的角度调整为-45°，移动切割头向下至触碰管材，获得z轴高度z2，得到切割头在45°和-45°时两次z轴高度的插值δz，当δz在-0.06～0.06范围外时，调整切割头的角度，角度偏差过大时每次修正0.1的偏移角度，角度偏移较小的时候每次修正0.01的偏移角度，直至δz在-0.06～0.06范围内时b轴垂直，使用坡口单点测试程序得到示波器图形，当图形两端对称后，完成标定b轴零点。

7、本发明进一步设置为，完成标定b轴零点后，所述摆长校准具体包括：切割头垂直下降触碰管材后获得一个z轴的坐标值，再将切割头的角度调整为45°下降触碰管材后获得第二个z轴的坐标值，通过角度和两次z轴坐标值的差值，根据预设的摆长计算公式计算摆长l，其中，预设的摆长计算公式为：l＝(φd/2)*tanα*cosα+△z/(1-cosα(，l为摆长，φd为管材直径，α为切割头的角度，△z为两次z轴坐标值的差值。

8、本发明进一步设置为，坡口标定数据的获取逻辑包括：

9、在2-16mm间选择一个固定的长度作为间隙g，按照间隙g选择连续15个点，切割头调整为0°，向下移动触碰管材测量出z轴坐标得到#206，关闭切割头跟随，将切割头调整为45°，计算rtcp点与实际切割点的z轴距离；

10、读取摆过45°后的间隙值，通过滤波0.15s读取3次当前间隙反馈值，并取平均值存入参数bevel_gap内，通过程序循环标定好不同间隙g对应间隙反馈值，并依次存入参数bevel_gap内完成标定。

11、本发明进一步设置为，rtcp点与实际切割点的z轴距离的计算逻辑为：#1＝#201*sin45°，#2＝#206-#201*(1-cos45°)，其中，#1为水平距离，即从切割头0°时触碰管材的点到切割头旋转至45°后的触点之间的水平位移，#2为切割头在旋转至45°后的垂直高度，#201为摆长与设定间隙g的总和，#206为切割头0°时跟随高度的z轴坐标。

12、本发明进一步设置为，计算激光头的照射角度和功率，调整激光头的跟随高度与反馈高度，包括：

13、标定垂直方向上的传感器，在0°情况下探管找到管材位置，将切割头升高到2mm位置；

14、旋转坡口角度到5°；

15、记录当前位置的实际反馈高度，沿着切割头方向向上移动1mm，记录跟随高度和实际反馈高度的位置，重复至跟随高度达到15mm；

16、旋转坡口角度到10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、-5°、-10°、-15°、-20°、-25°、-30°、-35°、-40°、-45°，每次旋转后均记录跟随高度和实际反馈高度的位置。

17、本发明进一步设置为，根据跟随高度和实际反馈高度的关系得到拟合曲线：y＝y1+(cos(x)-cos(x1))/(cos(x2)-cos(x1))*(y2-y1)，其中，y为实际跟随高度，y1为0度时参考高度，x为当前坡口角度，x1为0度，x2为45度，y2为45度时测量高度，如图2所示，在左侧可以设定基准的参考高度(坐标位置列)，设定45度角的实际高度数据(angle 1)，右侧则会显示实际的数据曲线。

18、本发明进一步设置为，根据得到的拟合曲线计算得到实际跟随高度，将所述实际跟随高度设置为表格，cnc使用当前数据根据实际坡口角度计算出当前跟随高度，实现坡口精确控制跟随。

19、本发明提供一种切管机激光头坡口随动控制方法，所述方法通过激光头对管材进行扫描，确保标定和校准过程中始终定位于管材表面；进行b轴标零和摆长校准，确保切管机的机械系统和控制系统处于初始状态，为坡口处理提供准确的参考基准；根据坡口标定数据和管道参数，计算激光头的照射角度和功率，调整激光头的跟随高度与反馈高度，确保激光头在坡口处理过程中保持最佳工作状态，产生的有益效果包括：

20、1、精确控制坡口角度和跟随高度：通过多次标定和校准步骤，特别是使用跟随高度与反馈高度之间的关系曲线，能够实时调整激光头的随动高度。这种方式确保了激光头在坡口处理过程中始终保持最佳的工作状态，从而显著提高坡口角度的精度；

21、2、提升切割精度和焊接质量：激光头的跟随高度能够根据实时计算进行调整，确保激光头始终在最优的切割距离上工作。这能够减少切割误差，提高坡口切割的精度，进而提升焊接质量，尤其是在对焊缝要求较高的工艺中；

22、3、适应不同坡口形状和工况：通过校准不同角度下的跟随高度，使得激光头能够灵活应对多种坡口形状(如不同角度和位置的坡口)，增加了系统的适用性。适应多种管材及坡口类型意味着该系统在多种工业环境下都有广泛的应用前景。

23、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种切管机激光头坡口随动控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种切管机激光头坡口随动控制方法，其特征在于，所述b轴标零具体包括：将切割头的角度调整为45°，移动切割头向下至触碰管材表面，获得z轴高度z1，再将切割头的角度调整为-45°，移动切割头向下至触碰管材，获得z轴高度z2，得到切割头在45°和-45°时两次z轴高度的插值δz，当δz在-0.06～0.06范围外时，调整切割头的角度，角度偏差过大时每次修正0.1的偏移角度，角度偏移较小的时候每次修正0.01的偏移角度，直至δz在-0.06～0.06范围内时b轴垂直，使用坡口单点测试程序得到示波器图形，当图形两端对称后，完成标定b轴零点。

3.根据权利要求1所述的一种切管机激光头坡口随动控制方法，其特征在于，完成标定b轴零点后，所述摆长校准具体包括：切割头垂直下降触碰管材后获得一个z轴的坐标值，再将切割头的角度调整为45°下降触碰管材后获得第二个z轴的坐标值，通过角度和两次z轴坐标值的差值，根据预设的摆长计算公式计算摆长l，其中，预设的摆长计算公式为：l＝(φd/2)*tanα*cosα+△z/(1-cosα)，l为摆长，φd为管材直径，α为切割头的角度，△z为两次z轴坐标值的差值。

4.根据权利要求1所述的一种切管机激光头坡口随动控制方法，其特征在于，坡口标定数据的获取逻辑包括：

5.根据权利要求4所述的一种切管机激光头坡口随动控制方法，其特征在于，rtcp点与实际切割点的z轴距离的计算逻辑为：#1＝#201*sin45°，#2＝#206-#201*(1-cos45°)，其中，#1为水平距离，即从切割头0°时触碰管材的点到切割头旋转至45°后的触点之间的水平位移，#2为切割头在旋转至45°后的垂直高度，#201为摆长与设定间隙g的总和，#206为切割头0°时跟随高度的z轴坐标。

6.根据权利要求1所述的一种切管机激光头坡口随动控制方法，其特征在于，计算激光头的照射角度和功率，调整激光头的跟随高度与反馈高度，包括：

7.根据权利要求6所述的一种切管机激光头坡口随动控制方法，其特征在于，根据跟随高度和实际反馈高度的关系得到拟合曲线：y＝y1+(cos(x)-cos(x1))/(cos(x2)-cos(x1))*(y2-y1)，其中，y为实际跟随高度，y1为0度时参考高度，x为当前坡口角度，x1为0度，x2为45度，y2为45度时测量高度。

8.根据权利要求7所述的一种切管机激光头坡口随动控制方法，其特征在于，根据得到的拟合曲线计算得到实际跟随高度，将所述实际跟随高度设置为表格，cnc使用当前数据根据实际坡口角度计算出当前跟随高度，实现坡口精确控制跟随。

技术总结
本发明公开了一种切管机激光头坡口随动控制方法，涉及切管机技术领域，该方法包括：通过激光头对管材进行扫描，确保标定和校准过程中始终定位于管材表面；进行B轴标零和摆长校准，确保切管机的机械系统和控制系统处于初始状态，为坡口处理提供准确的参考基准；根据坡口标定数据和管道参数，计算激光头的照射角度和功率，调整激光头的跟随高度与反馈高度，确保激光头在坡口处理过程中保持最佳工作状态。通过自动化和精确的控制，实现了坡口处理的高质量、高效率，并且减少了人工调整的负担，能够显著提升切管机的加工性能，并广泛应用于需要高精度坡口处理的领域。

技术研发人员：黄加园,邵望臻
受保护的技术使用者：英诺威讯智能科技（杭州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/10