切割裝置雷射測距調高系統的製作方法

2023-12-02 21:42:51 7

專利名稱：切割裝置雷射測距調高系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種焊接切割技術領域的切割測距系統，特別是一種切割裝置雷射測距調高系統。
背景技術：
在現代製造業尤其是汽車、船舶製造業中，切割是非常重要的加工手段，而在實際割槍的操作過程中，往往需要使割槍與工件的表面位置保持恆定高度。切割裝置雷射測距調高系統通過傳感器反饋當前高度與期望值進行比較後，使割槍定位到預定高度。對於加工高精度零件，該系統對於加工前的準備工作尤其實用。切割裝置雷射測距調高系統，測距方式可分為接觸式和非接觸式。如果在加工中，突然出現大的坑洞，接觸式測距將無法完成測距工作。在非接觸式測距中，弧壓測距應用廣泛，通過測量切割時產生的電弧弧壓來確定位置，但割槍在轉角處，弧壓會產生突變，導致測量值不準確。
經對現有技術的文獻檢索發現，公開號為CN201037761的中國發明專利申請提出了一種測量高度簡易數控裝置，它包括支架總成、發條彈簧總成、傳感器、齒輪軸、彈簧軸、巻筒、鋼絲繩，整個裝置採用了機電一體化設計，但是該種方法使用大量的機械元件來達到高度定位目的，但是該結構複雜、體積龐大，而且機械元件在使用一段時間後會產生疲勞現象，而且應用範圍狹小。公開號為CN200990019的中國發明專利申請提出了一種切割機中自動調整切割高度的控制器，它包括切割高度檢測單元、切割高度反饋單元、切割高度調整電路、切割高度對比單元。該方法通過檢測割槍與切割材料之間的電容變化來判斷割槍高度，再調整割槍高度，但電容可檢測距離並不大，距離在5mm—100mm之間，當超出這個範圍，電容傳感器的非線性變得極差並且變化極小；因實際需要檢測的距離一般是大於200mra的，所以檢測並不能達到很理想的效果
發明內容
本發明目的在於克服現有技術的不足，提出一種切割裝置雷射測距調高系統，採用非接觸式測距技術及電子控制，提供手動與自動兩種運動模式選擇，以及兩種不同的參數設定方式，彌補了接觸式測距和弧壓式測距的不足，給使用者操作帶來極大的彈性；使定位更加準確，效率高，體積小巧，操作簡便，檢測距離大，成本低。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括:鍵盤輸入模塊、顯示模塊、運動模塊、通信模塊、主控模塊、傳感器信號採集處理模塊和異常處理模塊，其中
鍵盤輸入模塊與主控模塊、顯示模塊分別相連，鍵盤輸入模塊將按鍵信息發送到主控模塊，鍵盤輸入模塊將當前按鍵信息發送到顯示模塊顯示當前的按鍵信息；鍵盤輸入模塊包括運動模式和參數設定模式，在運動模式下，直接將按鍵信息發送至主控模塊；在參數設定模式下，通過按鍵選擇所需設定的命令代碼及修改該命令代碼所對應的參數值；
顯示模塊與鍵盤輸入模塊、主控模塊、異常處理模塊分別相連，顯示模塊顯示三種代碼，在運動模式下，顯示當前電機位置、鍵盤按鍵信息；在參數設定模式下，顯示需要設定的命令代碼及該命令代碼所對應的參數值；當發生異常後顯示異常代碼；顯示模塊顯示鍵盤輸入模塊的按鍵信息，在參數設定模式下，顯示需要設定的命令代碼及該命令代碼所對應的參數值，主控模塊將當前電機所在位置發送至顯示模塊，異常處理模塊將異常代碼發送至顯示模塊，顯示模塊顯示異常信息；
運動模塊與主控模塊、異常處理模塊分別相連；運動模塊在正常工作時，根據從主控模塊發送來的信息控制電機啟停、轉速及轉向；當有信息從異常模塊發送過來，則立即使電機停止運轉，並將異常代碼發送到顯示模塊；
通信模塊與主控模塊、傳感器信號採集處理模塊分別相連，根據確定好的通信協議，進行接收信息或發送信息，並進行數據校驗；
主控模塊與鍵盤輸入模塊、運動模塊、傳感器信號採集處理模塊、通信模塊、顯示模塊分別相連，主控模塊通過從鍵盤輸入模塊傳來的數據信息查找所需執行的命令；主控模塊根據從傳感器信號採集處理模塊傳來的有效信息，計算當前所 在位置並將該位置信息發送到運動模塊，並將需要發送的數據交由通信模塊發 送；
傳感器信號採集處理模塊與主控模塊、通信模塊相連，當需向傳感器發送命 令時，將命令數據交給通信模塊進行發送；傳感器會向通信模塊發送反饋消息；
異常處理模塊與顯示模塊、運動模塊分別相連；異常處理模塊包括以下三種 功能限位報警、無效命令異常、參數無效異常。
所述鍵盤輸入模塊提供四個按鍵的接口 ，鍵盤輸入模塊其中 一個按鍵在運動 模式和參數設定模式之間進行切換；在運動模式下，直接將按鍵信息發送至主控 模塊；在參數設定模式下,通過按鍵選擇所需設定的命令代碼及修改該命令代碼 所對應的參數值，並將這些數據一方面送入主控模塊，為後續的運動模塊操作提 供參數信息，另一方面對設定、修改的參數進行保存。
所述運動模式包括手動運動模式和自動運動模式，在手動運動模式下，通過 得到的按鍵信息人為的控制電機方向、運動距離，並將運動方向參數值發送給運 動模塊；在自動運動模式下通過按鍵調整控制目標運動距離，根據所設定的運動 距離參數值，與當前傳感器返回的數值進行比較後，對電機運動速度大小、方向 參數進行修改、保存，並將修改後的值發送給運動模塊。
所述數據校驗包括數據格式校驗和數據有效性校驗，數據格式校驗是由通信 模塊在接收信息後完成的，通信模塊對數據格式校驗是根據通信協議僅對數據長 度校驗；數據有效性校驗工作是由主控模塊或傳感器信號採集處理模塊來完成。
所述通信模塊包含兩部分，第一部分為與傳感器的通信部分，該部分使用 RS485串行通信方式實現，通過向傳感器發送命令，使傳感器返回所測得的數值， 並完成對數據有效性校驗工作，第一部分僅能在運動模式下進行；第二部分為與 主機通信的部分，數據有效性校驗是在主控模塊完成，該部分使用RS232串行通 信方式實現，除了通過鍵盤輸入模塊對控制參數進行設定外，本發明還支持通過 串行通信方式對參數進行設定，第二部分僅能在參數設定模式下進行。
所述傳感器信號採集處理模塊進行的數據有效性校驗包括地址匹配校驗、指7令校驗，只有當所有校驗工作符合要求後，才是有效數值。
所述限位報警包括正、負限位，當限位產生後，則電機不能往該方向運動； 無效命令異常產生後，會丟棄該命令，並予以提示；參數無效異常產生後，會不 對該參數進行修改。
所述參數設定模式通過兩種方式實現，第一是通過鍵盤按鍵逐個對所需參數 進行設定；第二是通過串行通信方式，通過發送一系列命令，對所需要設定的參 數進行修改。
所述通信協議指根據與其他模塊預先確定的協議進行數據傳輸，當發生與 外界通信時，接收或發送的指令格式為從機地址、指令長度、命令代碼、命令代 碼參數、指令校驗碼，指令校驗碼為從機地址、指令長度、命令代碼參數進行異 或後的值。
本發明系統的具體工作過程為系統開機後首先進行初始化，檢測與外部連 接的設備是否出現異常，當有異常，則直接進入異常處理模塊；若無異常，系統 默認進入工作模式。當通過鍵盤輸入模塊上的按鍵選擇自動運動模式時，主控模 塊比較預先設置的控制目標運動距離及當前從傳感器信號採集處理模塊得到的 實際距離，自動控制電機轉速，轉向。電機最高轉速不超過預先設定的轉動最高 頻率。此外在自動運動模式下，通過組合按鍵可以調整目標控制運動距離，每按 一次，目標距離按照預先設定的運動距離增量值進行調整。當按鍵選擇手動運動 模式時，主控模塊根據按鍵確定電機運動方向，電機根據預先設置的手動轉速值 轉動。在工作模式下，當無異常發生時，顯示模塊時刻顯示當前電機所在的位置； 若異常發生則進入異常處理模塊，只有當異常全部消除後才能繼續控制電機。
若操作者通過鍵盤輸入模塊選擇參數設定模式，此時主控模塊令電機停轉 後，操作者可以通過鍵盤上的按鍵確定所需設定的命令代碼，並對該代碼所對應 參數進行修改，保存。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果
本發明在自動運動模式下，能使控制目標既準確又迅速的到達預定位置。以 傳感器量程200 750mm，傳感器返回數值0 4095為例；當處於自動運動模式下其距離目標位置最大誤差僅為0. 134rnni。本發明採用的是非接觸式測距技術， 能彌補接觸式測距和弧壓式測距的不足；提供手動與自動兩種運動模式選擇，以 及兩種不同的參數設定方式給使用者操作帶來極大的彈性。總體上來說，本發明 對定位技術是一大推進，不僅能提高定位準確性，又為用戶大大提高了時間效率， 從而為企業減少大量成本，提升企業競爭力。


圖l本發明系統示意框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括鍵盤輸入模塊、顯示模塊、運動模塊、通信模 塊、主控模塊、傳感器信號採集處理模塊和異常處理模塊，其中
鍵盤輸入模塊直接與主控模塊，顯示模塊相連。鍵盤輸入模塊將按鍵信息發 送到主控模塊。鍵盤輸入模塊其中一個按鍵可以在運動模式和參數設定模式間進 行切換。在運動模式下，直接將按鍵信息發送至主控模塊；在參數設定模式下， 通過按鍵可以選擇所需設定的命令代碼及修改該命令代碼對應的參數值，並將這 些數據一方面送入主控模塊，為後續的運動模塊操作提供參數信息，另一方面對 設定或修改的參數進行保存。鍵盤輸入模塊會將當前按鍵信息發送到顯示模塊顯 示當前按鍵信息。
顯示模塊給操作給予提示。其與鍵盤輸入模塊、主控模塊、異常處理模塊相 連。當信息從鍵盤輸入模塊發送來後，會將按鍵信息進行顯示，其中在參數設定 模式下，顯示需要設定的命令代碼及該命令代碼所對應的參數值；主控模塊將當 前電機所在位置發送至顯示模塊；當發生異常後，顯示異常代碼。
運動模塊與主控模塊、異常處理模塊及顯示模塊相連。運動模塊在正常工作 時，根據從主控模塊發送來的信息控制電機啟停、轉速及轉向。當有信息從異常 模塊發送過來，則立即使電機停止運轉，並將異常代碼發送到顯示模塊。
通信模塊與主控模塊及傳感器信號採集處理模塊相連。根據確定好的通信協議，進行接收信息和發送信息，在接收信息後對數據格式進行校驗。接收信息後 對數據格式校驗是根據通信協議僅對數據長度校驗，數據有效性校驗工作交給主 控模塊或傳感器信號採集處理進行。發送信息按照通信協議對數據處理後，再進 行發送工作。通信模塊包含兩部分。第一部分為與傳感器的通信部分，該部分使 用RS485串行通信方式實現，通過向傳感器發送命令，使傳感器返回所測得的數 值，並完成對數據有效性校驗工作。第一部分僅能在運動模式下進行。第二部分 為與主機通信部分，數據有效性校驗工作在主控模塊完成。該部分使用RS232 串行通信方式實現，除了通過鍵盤輸入模塊對控制參數進行設定外，本發明還支 持通過串行通信方式對參數進行設定。第二部分僅能在參數設定模式下進行。
主控模塊與鍵盤輸入模塊、運動模塊、傳感器信號採集處理模塊、通信模塊。 主控模塊通過從鍵盤輸入模塊傳來的數據信息査找所需執行的命令。據從傳感器 信號採集處理模塊傳來的有效信息，計算當前所在位置並將位置信息發送到運動 模塊；將需要發送的數據交由通信模塊發送；當在RS232串行通信模式時，還會 根據通信協議對數據有效性進行校驗。在運動模式下，通過按鍵選擇手動運動模 式和自動運動模式。其中在手動運動模式下，通過得到的按鍵信息人為的控制電 機方向，運動距離並將運動方向參數值發送給運動模塊；在自動模式下可以通過 按鍵調整控制目標運動距離。根據所設定的運動距離參數值，與當前傳感器返回 的數值進行比較後，對電機運動速度大小，方向參數進行修改，保存，然後將這 些值發送給運動模塊。其基本原理是當比較值與預定值相差較大時，使電機快速 的接近目標，當兩者差值較小時，電機以低度轉動。在參數設定模式下，對修改 後的參數進行保存。
異常處理模塊與顯示模塊、運動模塊相連；異常處理模塊，當出現異常時， 立刻使電機停止運轉，並將異常代碼發送給顯示模塊，由操作者排除異常；異常 處理模塊包括，限位報警、無效命令異常、參數無效異常等；限位報警包含正、 負限位，當限位產生後，則電機不能往該方向運動；無效命令異常產生後，丟棄 該命令，並予以提示；參數無效異常產生後，不對該參數進行修改；
傳感器信號採集處理模塊與主控模塊相連，當需向傳感器發送命令時，將命 令數據交給通信模塊進行發送；傳感器向通信模塊發送反饋消息，當通信模塊完成對數據格式校驗，會將反饋信息送到本模塊。本模塊進行數據有效性校驗，當 數據有效將測得數值發送到主控模塊。傳感器數據有效性校驗工作包括地址匹配 校驗、指令校驗等，只有當所有校驗工作符合要求後，才是有效數值。
本發明採用直流電機來對割槍與鋼板的距離進行單獨控制，因此控制模塊可 以將對電機的控制轉換成對割槍的控制。
命令代碼包括控制目標運動距離、手動模式時轉動頻率、自動模式時運動 距離增量值及電機轉動最高頻率等。
運動模式包括手動運動模式和自動運動模式。在手動運動模式下，直接通 過按鍵對電機運動方向進行選擇，如果需要改變速度可以通過進入參數設定模式 後，修改手動模式時轉動頻率。在自動運動模式下，系統根據預先設定好的目標 運動距離與當前所在位置，控制電機運動。目標運動距離可以通過按鍵進行調整。
通信協議指根據與其他模塊預先確定的協議進行數據傳輸。當發生與外界 通信時，接收或發送的指令格式為從機地址、指令長度、命令代碼、命令代碼參 數、指令校驗碼。指令校驗碼為從機地址、指令長度、命令代碼參數進行異或後 的值。
本發明系統的具體工作過程為系統開機後首先進行初始化，檢測與外部連 接的設備是否出現異常，當有異常，則直接進入異常處理模塊；若無異常，系統 默認進入工作模式。當通過鍵盤輸入模塊上的按鍵選擇自動運動模式時，主控模 塊比較預先設置的控制目標運動距離及當前從傳感器信號採集處理模塊得到的 實際距離，自動控制電機轉速，轉向。電機最高轉速不超過預先設定的轉動最高 頻率。此外在自動運動模式下，通過組合按鍵可以調整目標控制運動距離，每按 一次，目標距離按照預先設定的運動距離增量值進行調整。當按鍵選擇手動運動 模式時，主控模塊根據按鍵確定電機運動方向，電機根據預先設置的手動轉速值 轉動。在工作模式下，當無異常發生時，顯示模塊時刻顯示當前電機所在的位置； 若異常發生則進入異常處理模塊，只有當異常全部消除後才能繼續控制電機。
若操作者通過鍵盤輸入模塊選擇參數設定模式，此時主控模塊令電機停轉 後，操作者可以通過鍵盤上的按鍵確定所需設定的命令代碼，並對該代碼所對應 參數進行修改，保存。
權利要求
1、切割裝置雷射測距調高系統，其特徵在於，包括鍵盤輸入模塊、顯示模塊、運動模塊、通信模塊、主控模塊、傳感器信號採集處理模塊和異常處理模塊，其中鍵盤輸入模塊與主控模塊、顯示模塊分別相連，鍵盤輸入模塊將按鍵信息發送到主控模塊，鍵盤輸入模塊將當前按鍵信息發送到顯示模塊顯示當前的按鍵信息；鍵盤輸入模塊包括運動模式和參數設定模式，在運動模式下，直接將按鍵信息發送至主控模塊；在參數設定模式下，通過按鍵選擇所需設定的命令代碼及修改該命令代碼所對應的參數值；顯示模塊與鍵盤輸入模塊、主控模塊、異常處理模塊分別相連，顯示模塊顯示三種代碼，在運動模式下，顯示當前電機位置、鍵盤按鍵信息；在參數設定模式下，顯示需要設定的命令代碼及該命令代碼所對應的參數值；當發生異常後顯示異常代碼；顯示模塊顯示鍵盤輸入模塊的按鍵信息，在參數設定模式下，顯示需要設定的命令代碼及該命令代碼所對應的參數值，主控模塊將當前電機所在位置發送至顯示模塊，異常處理模塊將異常代碼發送至顯示模塊，顯示模塊顯示異常信息；運動模塊與主控模塊、異常處理模塊分別相連；運動模塊在正常工作時，根據從主控模塊發送來的信息控制電機啟停、轉速及轉向；當有信息從異常模塊發送過來，則立即使電機停止運轉，並將異常代碼發送到顯示模塊；通信模塊與主控模塊、傳感器信號採集處理模塊分別相連，根據確定好的通信協議，進行接收信息或發送信息，並進行數據校驗；主控模塊與鍵盤輸入模塊、運動模塊、傳感器信號採集處理模塊、通信模塊、顯示模塊分別相連，主控模塊通過從鍵盤輸入模塊傳來的數據信息查找所需執行的命令；主控模塊根據從傳感器信號採集處理模塊傳來的有效信息，計算當前所在位置並將該位置信息發送到運動模塊，並將需要發送的數據交由通信模塊發送；傳感器信號採集處理模塊與主控模塊、通信模塊相連，當需向傳感器發送命令時，將命令數據交給通信模塊進行發送；傳感器會向通信模塊發送反饋消息；異常處理模塊與顯示模塊、運動模塊分別相連；異常處理模塊包括以下三種功能限位報警、無效命令異常、參數無效異常。
2、 根據權利要求1的切割裝置雷射測距調高系統，其特徵是，所述鍵盤輸 入模塊包括運動模式和參數設定模式，在運動模式下，直接將按鍵信息發送至主 控模塊；在參數設定模式下，通過按鍵選擇所需設定的命令代碼及修改該命令代 碼所對應的參數值。
3、 根據權利要求1的切割裝置雷射測距調高系統，其特徵是，所述鍵盤輸 入模塊提供四個按鍵的接口，鍵盤輸入模塊其中一個按鍵在運動模式和參數設定 模式之間進行切換；在運動模式下，直接將按鍵信息發送至主控模塊；在參數設 定模式下，通過按鍵選擇所需設定的命令代碼及修改該命令代碼所對應的參數 值，並將這些數據一方面送入主控模塊，為後續的運動模塊操作提供參數信息， 另一方面對設定、修改的參數進行保存。
4、 根據權利要求1或2的切割裝置雷射測距調高系統，其特徵是，所述運 動模式包括手動運動模式和自動運動模式，在手動運動模式下，通過得到的按鍵 信息人為的控制電機方向、運動距離，並將運動方向參數值發送給運動模塊；在 自動運動模式下通過按鍵調整控制目標運動距離，根據所設定的運動距離參數 值，與當前傳感器返回的數值進行比較後，對電機運動速度大小、方向參數進行 修改、保存，並將修改後的值發送給運動模塊。
5、 根據權利要求1的切割裝置雷射測距調高系統，其特徵是，所述數據校 驗包括數據格式校驗和數據有效性校驗，數據格式校驗是由通信模塊在接收信息 後完成的，通信模塊對數據格式校驗是根據通信協議僅對數據長度校驗；數據有 效性校驗工作是由主控模塊或傳感器信號採集處理模塊來完成。
6、 根據權利要求1的切割裝置雷射測距調高系統，其特徵是，所述通信模 塊包含兩部分，第一部分為與傳感器的通信部分，該部分使用RS485串行通信方 式實現，通過向傳感器發送命令，使傳感器返回所測得的數值，並完成對數據有 效性校驗工作，第一部分僅能在運動模式下進行;第二部分為與主機通信的部分， 數據有效性校驗是在主控模塊完成。
7、 根據權利要求1的切割裝置雷射測距調高系統，其特徵是，所述傳感器信號採集處理模塊進行的數據有效性校驗包括地址匹配校驗、指令校驗，只有當 所有校驗工作符合要求後，才是有效數值。
8、 根據權利要求1的切割裝置雷射測距調高系統，其特徵是，所述在參數 設定模式下，通過兩種方式實現，第一是通過鍵盤按鍵逐個對所需參數進行設定; 第二是通過串行通信方式，通過發送一系列命令，對所需要設定的參數進行修改。
9、 根據權利要求1的切割裝置雷射測距調高系統，其特徵是，所述通信協 議指根據與其他模塊預先確定的協議進行數據傳輸，當發生與外界通信時，接 收或發送的指令格式為從機地址、指令長度、命令代碼、命令代碼參數、指令校 驗碼，指令校驗碼為從機地址、指令長度、命令代碼參數進行異或後的值。
全文摘要
本發明涉及一種切割裝置雷射測距調高系統，本發明包括鍵盤輸入模塊、顯示模塊、運動模塊、通信模塊、主控模塊、傳感器信號採集處理模塊和異常處理模塊，主控模塊與鍵盤輸入模塊、運動模塊、傳感器信號採集處理模塊、通信模塊、顯示模塊相連。本發明在自動運動模式下，能使控制目標既準確又迅速的到達預定位置，本發明採用的是非接觸式測距技術，能彌補接觸式測距和弧壓式測距的不足；提供手動與自動兩種運動模式選擇，以及兩種不同的參數設定方式給使用者操作帶來極大的彈性。本發明對定位技術是一大推進，不僅能提高定位準確性，又為用戶大大提高了時間效率，從而為企業減少大量成本，提升企業競爭力。
文檔編號G05B19/04GK101596659SQ20091005288
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月11日 優先權日2009年6月11日
發明者君 吳, 徐文超, 殷躍紅 申請人:上海交通大學