激光双定位系统

2024-08-17

激光双定位系统（共6篇）

激光双定位系统篇1

摘要：LPNS系统采用激光三维定位、数据自动采集以及计算机以太网微波通讯技术。系统稳定可靠, 运行维护方便, 充分实现了库区管理的精确化、简单化、自动化。

关键词：天车定位,稳定,自动化,钢铁

1 系统概述

LPNS (laser pointing navigation system) 系统是针对大型钢铁企业原料库、中间库和成品库的管理要求所做, 根据库区的上料、卸料、倒库和出库等功能要求, 综合考虑了库区管理、天车三维定位、智能导航、数据自动采集以及计算机无线通讯, 形成了全方位智能化的原料库、中间库和成品库天车定位管理系统。

LPNS系统中采用了激光三维定位、数据自动采集以及计算机以太网微波通讯技术。系统稳定可靠, 运行维护方便, 充分实现了库区管理的精确化、简单化、自动化。

2 系统组成

系统主要包括三个部分:

2.1 天车激光定位系统;

2.2 无线网络通讯系统;

2.3 地面网络服务系统。

3 系统配置

3.1 天车激光定位系统。

天车工业终端PC、激光测量定位仪X/Y轴、旋转编码器Z轴、重量信号采集装置、中央电控柜;

3.2 无线网络通讯系统

天车无线通讯设备、基站无线通讯设备、天车终端全向天线、地面基站全向天线、固定机架;

3.3 地面网络服务系统

服务器、工作站、显示器、光纤收发器、光纤接线箱、交换机、电源电缆、光纤等。

4 LPNS系统详细说明

4.1 天车激光定位导航系统

天车激光定位是在天车上用一台激光测量定位仪动态测量大车行走的精确位置即X轴方向上的位置, 由于库区的纵向距离较远, 测距仪需要在被测量的方向的末端安装一个反射镜。用一台激光测距仪动态测量小车行走的精确位置即Y轴方向上的位置。钢卷的精确位置即Z轴方向上的位置是由旋转编码器来测量。旋转编码器安装在钢缆的卷筒上, 使它在天钩运行的范围内可以精确测量被测物体上下移动的动态位置。这样物体的三维空间位置即被精确测量定位。

4.2 无线微波网络通讯系统

无线网 (Wireless Network) 以其无需布线、在一定区域漫游、运行费用低廉等优点, 在许多应用场合有其他联网技术不可替代的作用, 而在无线通信技术中, 以微波的收、发作为无线网络的通信信道, 因其工作稳定、数据传输速率高、误码率低、无须申请频率资源且具有保密性和收、发的单一性, 可以进行有效的数据提取。因此, 基于微波技术的计算机无线网能实现天车与地面的数据传输。

4.3 地面网络服务系统

地面网络服务系统的拓扑结构可分为三种:无中心的分布对等方式、有中心的集中控制方式、以及上述方式的混合方式。

5 系统优越性及特点

5.1 抗震性

所选用的工控机及测距仪本身要具有很高的防震等级, 能完全适应天车运行时产生的震动, 与此同时, 在此基础上专门按照减震要求设计减震架, 从而把机械震动对设备的影响降低到最小程度。确保工控机正常的数据传输、储存。

5.2 防尘性

电子器件通常对粉尘较为敏感, 冶金厂矿的粉尘中通常含有大量的矿粉和碳粉, 这些导电物质会产生更大的危害。无线通讯系统中外置设备所用的防尘箱, 其外部箱体均为精心设计的防尘式密闭箱, 箱体的进线孔、箱盖与箱体的结合处均用橡胶条密封, 确保灰尘不侵入。

5.3 耐高温、耐湿度

天车激光定位导航系统所用激光测量设备、车载终端、无线终端设备、无线局域网的发射和接收装置在使用中均有一定的温度限制, 当超过这个温度范围则会引起误差增大甚至工作失常。所选的设备需具有强的耐高温、耐湿度, 即使温度高达60℃, 湿度为95%, 所有设备也能正常运行。

5.4 强通讯性

天车激光定位导航系统中所选用的无线通讯设备要具有强大的桥接功能和抗干扰能力, 即使在高强磁场下, 也能完成正常的通讯功能。

6 生产效益分析

6.1取消了地面人员, 从而降低库区中的一些危险作业。同时也节约了地面人员的人工费用 (按每个库区地面需要1人×3班来计算, 人工费用可节约近10万元) 。

6.2减少材料被运输的次数, 从而减少对材料造成损伤的危险。 (特别是高价值的冷热轧卷) 从而改善了产品质量。

6.3由于在作业命令处理中的故障减少而节省费用和时间。

6.4在线盘查库区, 减少停产时间。

6.5 通过获得高效率的物流 (优化连铸连轧和冷轧之间的钢卷运输) 而降低能源消耗。

6.6 更有效的作业命令处理, 获得更有效的工作流程, 从而节约资金和时间。

6.7 有效提高仓储面积, 降低运输卡车装卸及等待的时间。

采用行车激光定位系统后不仅生产效益得到了提高, 工作状况也得到了明显的改善, 如下表

7 总结

LPNS系统能够实现库区的统筹管理。包括钢卷的入库、倒库、出库、库存查询, 根据库存情况做出统计以及根据钢卷的种类、数量做出库存分析等功能。LPNS系统的引入大大减少了人工盘库、库区确认、计算分析统计等的工作量, 结果更科学准确, 提升了企业的工作效率和自动化程度。

激光双定位系统篇2

选择性激光烧结是采用激光逐层烧结粉末固体特定区域, 使得烧结成型的固话层通过叠加最终形成所需形状的零件。整个工艺过程包括数据处理、铺粉、烧结、后处理等。其成型工作原理:首先将模型数据进行处理, 通过计算机控制激光的运动轨迹。在进行工作时粉末缸上升, 由铺粉装置将粉末均匀的铺在成型缸的上层, 同时激光在工作层面有选择的将固体粉末烧结成型, 形成一个零件的层面, 一个工作面完成后成型缸下降, 再由铺粉装置将粉末均匀的铺设在已成型工件的表面, 如此循环往复最终形成三维零件。在整个工艺过程中需要对设备的环境温度以及工作平台温度进行调控, 以减少成型翘曲以及层与层之间的结合力。

工艺过程中铺粉装置作为工艺成型的基础装置, 铺粉装置的稳定性对成型的效率及精度、工艺的可靠性与便捷性都具有重要的影响, 任何因送粉铺粉装置的缺陷都会影响成型零件的质量, 因此现阶段有许多对SLS铺粉装置的研究与探索。

杨军惠[6]等人设计了一种辊子式铺粉装置如图1所示, 系统由工作台、铺粉装置、激光器、激光光路发生系统外加辅助系统组成。铺粉装置动力部分配置伺服电机、滚珠丝杠、通过齿轮和齿条进行传动。铺粉装置的Z方向采用双活塞缸结工作平台, 通过控制两个缸体内活塞的升降高度来实现对铺粉层厚的控制。铺粉装置Z轴方向的运动采用了导柱滑键结构, 活塞与丝杠母采用导柱连接, 其优点是在丝杠螺母副带动活塞直线运动的过程中, 丝杠螺母副在滑键的导向作用下运动平稳, 避免了由于丝杠螺母副的摆动所引起的活塞上升、下降产生的高度误差而影响Z方向铺粉层厚。

包坤[7]设计了一种单缸双辊双向铺粉装置, 缩小了设备体积, 提高了设备运行效率;针对双光源激光快速成型机, 双缸铺粉三缸铺粉方式都会使得激光快速成型机整体设备过于庞大, 同时使得铺粉效率低下。因此其采用了单缸跟随式漏斗铺粉方式。同时采用辊子式和移动漏斗式相结合的复合式铺粉方式。通过调节漏斗出粉口的高度来调节铺粉辊对铺粉平面的压力作用, 可提高铺粉的密实度, 利用铺粉辊逆向旋转所产生的摩擦力作用, 将粉末颗粒向前滚动推进, 可以实现小粒径流动性较差的粉体的铺粉。

赵培[8]等人提出了一种结构简单的快速成形的“跳跃式”铺粉装置。该铺粉装置采用刮板式铺粉机构和滚轮、轨道的构建, 并配有辅助的侧翼结构。该铺粉装置利用上下轨道的自动切换使刮片在铺粉过程的行程两端实现单向抬升与下落, 使得粉末堆始终保持在刮片运动前方, 减少了物料的堆积, 同时加装的侧翼减少了刮片两侧的物料流失, 达到了粉末的高效利用。其设计的铺粉装置具有模块化设计, 可针对不同物料加装模块, 具有易用性的特点。

综上所述, 较为成熟的铺粉装置有移动料斗式, 刮板式, 辊子式以及复合式移动料斗及其复合型铺粉机构, 适用于铺送高流动性粉末。辊子式在上述铺粉装置中的压实效果最好, 刮板式的铺平效果最好, 其缺点在于推铺粉末的过程中, 辊子和刮板对粉末的约束性较差, 造成粉末在铺粉方向的两侧流散, 并在铺粉形成的末端形成粉末堆积, 造成粉末的浪费, 同时效率也会降低。随着SLS加工材料的需求越来越多样, 需要针对对物性不同的材料开发出更为多样的铺粉系统。文章由苏州市基础项目资助。

摘要：选择性激光烧结 (SLS) 是一种重要的快速成型技术, 利用激光照射粉末实现工件的加工固化。文章对SLS系统现有的铺粉结构进行了对比介绍, 主要包括辊子式铺粉装置、单缸双辊双向铺粉装置和“跳跃式”铺粉装置等。此外, 文章还对双光源激光快速成型机的单缸跟随式漏斗铺粉方式进行了简要介绍。

关键词：选择性激光烧结,SLS,铺粉装置

参考文献

[1]Chua Chee Kai, Leong Kah Fai.Rapid prototyping in Singapore:1988 to 1997[J].Rapid Prototyping Journal, 1997, 3 (3) :116-119.

[2]张剑峰, 张建华, 赵剑峰, 等.激光快速成形制造技术的应用研究进展[J].航空制造技术, 2002, 7:34-37.

[3]Knuth J P.Material increase manufacturing by rapid prototyping technique[J].Annals of the CIPP, 1999, 40 (2) :603-604.

[4]朱剑英.增材制造法-MIM技术[J].航空精密制造技术, 1993 (1) :29-32.

[5]J.P.Kruth, X.Wang, T.Laoui, L.Froyen.Progress in Selective Laser Sintering.Annals of the CIPP, 2001, 21-38.

[6]杨军惠, 党新安, 杨立新.选择性激光烧结快速成型机铺粉装置设计[J].机床与液压, 2010, 38 (8) :11-13.

[7]包坤.双光源激光烧结铺粉系统的改进及成型工艺研究[D].

激光双定位系统篇3

1 材料与方法

自2008年3月, 对85例拟行肿瘤精确放疗患者应用三维移动激光定位系统进行了CT模拟定位扫描, 其中男56例, 女29例, 年龄18～67岁, 平均年龄42岁。扫描部位中头颈部肿瘤58例, 胸腹部肿瘤27例。定位设备为GE 公司的四排大孔径CT机, FOV为65 cm;激光定位系统为LAP系统;治疗设备和验证系统分别为医科达加速器以及iView-GT射野影像验证系统;三维放射治疗计划系统为Elakta-PrecisePLAN三维治疗计划系统。

2 操作顺序和步骤

2.1 体位固定

头颈部肿瘤采用碳纤头颈肩底座和头颈肩热塑料面网, ABCDE五种型号透明枕分别加以固定。体部肿瘤则采用碳纤定位底版加腹膜进行固定。制作固定装置时, 头颈部的如鼻子、眉弓、锁骨上窝、双肩等处要塑造成形, 待面罩完全冷却后再松开。制作体部固定时, 要在相应的位置画上标志点以便复位。

2.2 CT定位扫描和图像传输

在CT模拟机的平面平板床上利用相应的标志点对患者进行复位, 开启移动激光灯, 使两侧激光“十”字投射到病人头体部两侧适当的位置, 使纵轴激光线通过人体纵轴中线, 在体膜投射点上分别划上“十字”并贴上铅粒, 作为参考坐标系的体表标记。进行CT增强扫描, 然后将图像通过网络传至三维计划系统, 由医生勾画靶区, 物理师进行计划设计。

2.3 确定治疗中心

医生确认靶区后物理师将治疗中心坐标经网络传送至三维移动激光定位系统, 按照定位时的体位对病人进行复位, 开启移动激光灯, 使得两侧水平方向的激光灯十字线和顶壁垂直方向的激光灯十字线与患者体表热塑体膜上“十字”相吻合。驱动三维移动激光定位系统控制电脑, 显示等中心坐标点的激光线将自动地投射在病人体表前方和左、右侧热塑膜上 (Y方向的坐标尚须移动调整) 。标记好三个新的“十字”点, 这个就是治疗时的中心坐标点。

2.4 治疗中心准确性的验证

让病人躺在加速器治疗床上进行摆位, 使其体位和 CT定位复位时相同, 将加速器治疗室激光灯对准靶区治疗中心坐标点。开启电子射野影像系统 (EPID) , 采用双曝光法分别拍摄正侧位射野验证片, 将验证片上骨性标志与计划系统所形成的数字重建射线影像进行比较, 记录其摆位误差, 确定 X-Z平面和 Y-Z平面等中心点与实际靶区中心的误差。

3结果

对85例实行精确放疗的患者进行CT模拟定位、移动激光定位系统进行复位以确定等中心治疗坐标, 使用电子射野影像系统 (EPID) 进行验证, 85例病人的误差数据结果显示, 头颈部肿瘤等中心治疗点与实际靶区中心的误差值均<2mm。而胸腹部肿瘤误差值均<3mm。

4讨论

三维移动激光定位系统主要由三维移动定位光灯, 数字控制软件和激光灯趋动系统构成, 其点是:两侧的柱式激光灯可行70 cm的垂直升降动, 顶蓬激光灯可行70 cm范围的水平移动。其般安装在CT定位机室内, 与三维治疗计划系统过网络连接构成了三维CT模拟定位系统, 其与般的三维激光定位系统区别在于它的移动性, 通激光趋动系统, 可控制三条激光线在三维坐标系作较大范围的移动, 并可将治疗计划结果中的治疗等中心点或重要器官参考点的三维坐标在体表的对应关系自动而精确地投射到皮肤表面, 以便于体表标记和同时等中心多野照射的实施。本人应用其为85例精确放疗的患者进行定位复位, 其精确度高, 重复性好, 所有误差值均在允许范围内。但是三维移动激光灯的准确校准, 是CT模拟定位非常重要的环节, 也是误差的来源, 因此定期专人校对三维移动激光定位系统是必不可少的。

参考文献

[1]胡丽霞, 李先明, 吴冬, 等.多层螺旋CT模拟定位技术在调强放疗中的应用[J].医学影像学杂志, 2006, 16 (2) , 159-161.

激光双定位系统篇4

(1) 激光有小的光束发散角, 即所谓的方向性好或准直性好。

(2) 激光的单色性好, 或者说相干性好, 普通灯源或太阳光都是非相干光。

(3) 激光的输出功率虽然有限度, 但光束细, 所以功率密度很高, 一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。

1 相位式激光测距仪原理

激光测距原理图如图1所示, 激光测距仪的测距原理是由激光器对被测目标发射一个光信号, 然后接受目标反射回来的光信号, 通过测量光信号往返经过的时间, 计算出目标的距离。设目标的距离为L, 光信号往返所走过的距离即为2L。

式中:c为光在空气中的传播速度;

T为光信号往返所经过的时间;

L为检测目标的距离。

测距仪由激光器发出按某一频率变化的正弦调制光波, 光波的强度变化规律与光源的驱动电源的变化完全相同, 发出的光波到达被测目标, 通常这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜, 这块反射镜能把入射光束反射回去, 而且保证反射光的方向与入射光方向完全一致。在仪器的接收端获得调制光波的回波, 经鉴相和光电转换后, 得到与接受到的光波调制频率相位完全相同的电信号, 此电信号放大后与光源的驱动电压相比较, 测得两个正弦电压的相位差, 根据所测相位差就可算得所测距离。假设正弦调制光波往返后相位延迟一个Φ角, 又令激光调制频率为ω。, 则光波在被测距离上往返一次所需时间t为:

把上式代入测距公式中, 得到:

而Φ=N×2П+△Φ, 所以被测距离L为:

显然, 只要能够测量出发射和接收光波之间的相位差, 就可确定出距离L的数值。但目前任何测量交变信号相位的方法, 都不能确定出相位的整周期数N, 只能测定不是2П的尾数△Φ, 由于N值不确定, 故距离L就成为多值解。既然相位测量可以确定被测量的尾数, 那么, 利用两种光尺同时测量同一个量, 则可以解决多值问题。系统中用两把精度都是1‰的光尺, 其中一把光尺的L1=0.1m, 另一把光尺的L2=10m。分别测量同一距离, 然后把测得的结果, 相互组合起来即可。比如距离为2.047m, 用L1光尺测量得到不足0.1的尾数0.047m。L2光尺测量得到不足10m的尾数2m, 把两个光尺相加起来的读数为2.047m。

2 激光定位器在脱硫系统的应用

脱硫倾翻车在脱硫过程中, 需要在多位置间移动, 且在移动过程中需要准确定位, 以前使用机械定位装置, 但在脱硫、扒渣过程中溅出的铁渣经常造成机械定位开关及电缆线的烧损, 影响脱硫的正常进行。为了减少故障率, 提高脱硫作业率, 研究使用激光定位代替机械定位, 激光定位的优点在于电缆线少, 维护方便, 且激光定位为连续定位, 方便岗位人员做。

由于激光定位器应用光的反射原理, 需在脱硫倾翻车上安装反光板, 反光板要求既不能过分粗糙, 也不能过分光滑, 这样都不利于激光的漫散射, 影响激光定位器测量效果。经过反复试验最终使用不锈钢板作为反光板, 并在反光板上加挡渣板, 避免因脱硫、扒渣是铁水、铁渣喷到反光板上影响测量效果。

激光定位器安装需要固定并防止剧烈震动, 震动大将影响激光定位器使用寿命和测量精度, 如果在倾翻车行走定位过程中发生震动将不能准确定位, 影响脱硫作业的进行。经过反复的试验通过地基上做支架加垫片在防震上取得了很好的效果。

激光定位器发送光信号, 测量光反射时间, 计算出距离, 并在内部转化成4mA～20mA信号, 4mA～20mA信号通过PLC模拟量模块进入PLC。由于信号模拟量传输, 受到电磁干扰信号不稳定, 需要对信号做抗干扰处理。首先GEPLC模拟量模块需要将信号负接地, 保持信号电平平稳。激光定位器有数据通讯端口, 通讯端口处于开路状态, 易受到周围辐射磁场的干扰, 为避免这种干扰, 自制通讯接头, 减少干扰保持信号稳定。激光定位器发送的4mA～20mA信号, 经模拟量模板采集到PLC中, 为了在控制倾翻车信号的准确, 需要排除干扰及异常信号。对信号做平稳处理。

脱硫倾翻车属于大惯性负载, 且铁水量不同质量不同, 惯性就不同。倾翻车在移动过程中在同一点不同时间激光测距会出现偏差。这些给倾翻车停止时需要准确定位带来难度。为解决激光定位存在的偏差, 经过大量的观察, 查找出偏差数据量, 根据偏差数据量设定范围值, 使倾翻车在一个范围内停车, 范围选择很关键, 既要能够解决倾翻车数据偏差问题还要使倾翻车准确停车。

3 结语

通过使用激光定位器代替机械限位使倾翻车停车, 没有了大量的机械限位, 减少了电缆的数量, 这样在脱硫、扒渣过程中不存在限位烧坏情况, 保证了生产稳定运行, 同时减少了员工的劳动强度, 取得了很好的经济效益。

参考文献

[1]辛煜.激光近程动态测距技术的研究[D].南京:南京理工大学, 2004:6～15.

[2]陈琳.基于激光测距仪的三坐标测量系统研究[J].光学仪器, 2002, 24 (2) :7～11.

激光双定位系统篇5

关键词：激光切割,定位,板材,上料

0 引言

激光切割由于具有高柔性、高精度等特点, 在钣金加工中占有越来越重要的地位, 更有取代传统钣金加工方法的趋势。随着人力成本的上升, 对机械加工的自动化程度也提出了更高的要求。激光切割柔性生产线系统能够有效地降低人力成本, 提高生产效率。具有自动上下料和自动零件分选功能的自动激光切割柔性生产线系统, 能够更加有效地降低生产过程对人的依赖程度。

1 背景技术

为了实现激光切割后零件的准确分选, 需要对切割时上料的板材进行精确定位。尤其是在一套激光切割柔性生产线有多台激光切割机时, 不仅要让板材在单台激光切割机上定位, 还要保证切割板材能在每台激光切割机定位的一致性, 这样才能为后续零件分选创造条件。由于料库内板材位置的不确定性, 在上料机械手将板材放置在激光切割机上后, 板材的位置也有不确定性。传统的激光切割机, 其上料的位置的准确性要求不高, 一般只需要有一个粗略的定位, 难以做到精确定位, 为后续的分选、废料的分离带来一定的困难, 难以满足自动化生产的要求。

2 设计原理

针对此种情况, 笔者设计出一种激光切割柔性生产线板材上料定位系统, 通过采用Beckhoff控制器进行控制, 可以有效地实现板材精确定位, 尤其能实现当激光切割柔性生产线配置多台激光切割机时的板材精确定位。

图1为带有两台激光切割机的激光切割柔性生产线结构示意图。两台激光切割机并列设置, 料库位于其一侧, 废料分离台、分拣工作台位于其另一侧, 上料、下料机械手设置在桁架上, 可沿桁架作直线运动, 两台激光切割机共用上料、下料机械手、废料分离台和分拣工作台;因此, 两台激光切割机需要坐标原点的连线与上料机械手、下料机械手的运动轨迹相平行, 当有两台以上的激光切割机时, 各激光切割机的坐标原点应在一条直线上。

1.料库2.工作台3.坐标原点4.激光切割机9.上料机械手12.废料分离台13.下料机械手14.分拣工作台15.桁架

在此定位系统中, 包括了上料机械手和工作台, 工作台上设置有定位销和定位夹钳。如图2所示, 上料机械手上铰接有旋转支架, 旋转支架与上料机械手的铰接点位于旋转支架的中部, 旋转支架两端分别与上料机械手之间设有拉簧, 拉簧位于旋转支架的同一侧, 旋转支架的另一侧一端设有定位气缸, 旋转支架另一侧的另一端设有导轨, 导轨上配合设置有滑块, 定位气缸的活塞杆伸出端设有连接座, 连接座与滑块相连, 所述连接座上还连接有真空吸盘;所述定位销为一个, 所述定位夹钳至少有两个并分布于一直线上;当真空吸盘处于自由状态时, 导轨轴线方向与定位夹钳所在直线方向的夹角为45°。

7.旋转支架8.铰接点701, 707.拉簧702.滑块703.定位气缸704.连接座705.真空吸盘706.导轨

如图3所示, 该装置工作时, 上料机械手将板材从料库中取出并放置在激光切割机的工作台上;由于板材的位置不确定, 放置后无法与工作台上的定位夹钳和定位销对齐, 也与激光切割机的坐标原点不对齐。此时, 真空吸盘开始工作, 吸住板材后, 定位气缸动作, 定位气缸活塞杆伸出端沿导轨滑动, 真空吸盘带动板材移动, 旋转支架可克服拉簧的拉力作适应性转动, 使板材的一条边靠在定位销上, 另一边靠在位于同一直线上的两个定位夹钳上, 通过三点定位, 使得板材能准确定位, 当板材靠在定位销和定位夹钳上时, 板材上的某一点与坐标原点相对应, 在后续的工作流程中, 该点可作为定位点。板材切割时, 板材上的废料和工件之间保持微连接, 切割完成后, 下料机械手抓取板材, 移动到废料分离台位置, 将废料和工件分离, 下料机械手带着工件继续移动到分拣工作台上方, 分批将工件释放, 相同规格的工件在同一批中释放, 实现了不同规格工件的分拣。

2.工作台5.定位销6.定位夹钳7.旋转支架8.铰接点9.上料机械手10.板材11.导向钢球

该装置通过旋转支架的转动, 配合定位气缸活塞杆伸缩, 能快速将板材移动到定位位置, 随后通过定位夹钳夹紧板材进行进一步加工。与现有技术相比, 本设计保证了板材在每台激光切割机上料定位方式相同, 在每台激光切割机上都能精确定位。

3 控制

为了实现此控制, 笔者选用了Beckhoff基于PC的控制平台:具有更高CPU性能的嵌入式控制器, 分布式I/O端子模块和Ether CAT通讯系统构成。通讯完全通过Ether CAT实现, 速度快、可靠性好。Ether CAT采用“一网到底”的总线结构, 柔性生产线上各系统控制简单、明了。在控制器中, 本设计的各类控制界面, 按照需要进行编制, 简单方便、操作灵活。通过采用分布式I/O端子模块, 就近联接, 大大方便本设计的布线, 而且又节约了成本。

根据激光切割柔性生产线的流程, 确定上料定位系统的控制步骤如下:上料机械手9取料至切割机4的工作台2上→真空吸盘705工作吸住板材→定位气缸703活塞杆伸出→真空吸盘705带动板材移动→板材靠在定位销5和定位夹钳6上, 定位夹钳6夹紧板材→真空吸盘705释放→上料机械手9抬升→定位气缸703活塞杆缩回→上料机械手9回到取料位置。根据加工工件的需要, 上料定位系统中包括自动运行和手动操作控制方式。

4 结语

板材上料定位系统在激光切割柔性生产线中占有重要地位。本设计提供了一种更加简单可靠的定位系统选择, 该装置特别适合应用在多台激光切割机公用上料、下料和分选机构的自动化板材加工柔性生产线上。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2011.

激光双定位系统篇6

随着数控加工中心的广泛应用, 对零件加工精度要求也越来越高, 数控机床的精度也有了更高的要求。为了保证加工质量, 对数控机床的定位精度进行检测和补偿是最根本的, 由于本文中的半闭环系统机床的定位精度主要是受到滚珠丝杠精度的影响, 滚珠丝杠的精度主要受到制造误差和使用磨损的影响[1,2], 所以通过对数控机床进行定期检测, 并对数控系统进行正确螺距误差补偿, 来提高数控机床的加工定位精度。

利用Renishaw激光干涉检测实际误差, 通过FANUC系统软件的误差补偿界面对立式加工中心进行补偿, 从而提高数控机床的定位精度。文章以加工中心的X轴为例说明使用激光干涉仪测量和补偿数控机床螺距误差的方法。

1 激光干涉仪测量线性误差的原理

雷尼绍公司的激光干涉仪ML10 主要由激光头、环境补偿单元、玻璃镜组件、机械结构件及配套软件组成。其中激光头发出波长约为0.633 μm、且波长稳定的激光;玻璃组件有分光镜和反射镜;机械结构件用来支撑激光头, 可自由调整并确保光路进入测量路径;环境补偿单元可以采集现场环境的大气压力和湿度以及机床本体的温度, 将环境对测量的影响计入系统里[3,4]。

线性测量是测量机床精度中最常见的一种测量, 其典型安装布局示意图如图1 所示。线性测量光学组件包括一只分光镜和两只反射镜。把其中一只反射镜用紧固螺钉固定在分光镜上, 构成干涉镜, 激光头发出的光束会射入干涉镜, 再分为两道光束。一道光束射向连接在分光镜上的反射镜 (固定反射镜) , 而第二道光束则通过分光镜射入第二个反射镜 (移动反射镜) 。这两道光束再反射回分光镜, 重新汇聚之后返回激光头, 当移动反射镜在移动过程中, 返回激光头的干涉光束会呈现明暗变化, 激光头接收到返回的干涉光束, 激光头内部传感器检测出条纹明暗的变化, 并通过信号处理电路处理并计算出移动反射镜所移动的距离[5,6]。

假设出现明暗条纹的次数为N, 反射镜移动的距离为N倍的二分之一波长 (0.633 μm ) 。所以移动反射镜随着工作台在移动过程中, 通过检测到明暗条纹变化的次数, 就可得到工作台移动的距离。

2 定位精度检测和螺距误差补偿的步骤

文章以半闭环立式加工中心的X方向的定位精度检测和误差补偿为例来说明操作步骤。

X轴补偿起点0 mm, 补偿终点840 mm, 补偿间隔60 mm。

具体步骤说明如下。

第一步:连接激光干涉仪;放置好激光头, 将干涉镜固定在主轴上, 移动的反射镜固定在工作台上, 然后对光, 对光的目的是为了让检测的光线能准确返回激光头上, 让激光头得到最强的反馈信息, 以便计算实际的行程数值[6,7]。

第二步:设置参数。

(1) 参数3620设置为30, 由于误差补偿间隔是60 mm, 全长一共补偿15 个数据, 其中有一个是补偿参考点, 这里选螺距误差补偿数据表中的第30号为X轴补偿参考点。

(2) 参数3621设置为30, 表示从螺距误差补偿数据表的第30号开始填入X轴的补偿值, 一共要填15个。

(3) 参数3622设置为44, 由于误差补偿间隔是60 mm, 全长一共补偿15 个数据, 并且从螺距误差补偿数据表中的第30 号开始, 一共要填15个。所以最后一个就是数据表中第44 号, 所以3622设置为44。

(4) 参数3623 设置为1, 表示补偿倍率为1倍, 实际补偿值=补偿值× 补偿倍率。

(5) 参数3624 设置为60, 补偿间隔60 mm, 每隔60 mm, 激光干涉仪采集一次数据。

(6) 进入螺距误差设定画面 (进入界面方法:按下“system”键→按下扩展软键→按下“螺补”软键) , 将表格中所有值都清零[9,10]。

第三步:打开激光干涉仪配套线性测量软件, 进行测量前设置, 然后运行工作台移动程序并通过激光干涉仪采集数据, 通过线性测量软件实时观看测量数据。

工作台移动程序程序如下:

程序00001 为主程序, 00002、00003、00004为子程序, 00001 主程序先快速定位X0, 调用00002 子程序5 次, 00002 子程序先越程到-1 mm, 再走到0 mm, 暂停4s, 再沿X轴正方向移动, 每移动60 mm暂停4s (调用00003 子程序14 次) , 到840 mm后越程到841 mm, 再走到840 mm, 暂停4s, 再沿X轴负方向移动 (调用00004 子程序14 次) , 每移动-60 mm暂停4s, 到X0。在运行以上程序过程中, 每暂停4s处, 激光干涉仪采集数据。

第四步:通过激光干涉仪配套的线性测量软件对激光干涉仪采集的数据进行误差分析得出补偿数据, 并将补偿数据输入数控系统。

数据采集结束后, 需按国家标准GB/T17421.2-2000 机床检验通则第2 部分来进行数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定[8,9,10]。

在激光干涉仪的线性测量软件中通过选择统计数表可查看出按照国标GB/T17421.2-2000 所统计出的所有误差值, 若选择GB/T17421.2-2000 分析曲线, 可查看误差分析曲线, 见图2 所示。补偿前该机床X向定位误差A:0.077 078 mm (双向定位) 。

通过线性测量软件生成补偿数值, 设置窗口如图3 所示, 补偿类型选择增量型, 补偿起点0mm, 补偿终点840 mm, 补偿间隔60 mm。

自动生成的补偿数值表见图4。进入FANUC系统的螺距误差设定画面, 从补偿点号第30号开始输入图4 中的补偿数值, 一共输入15 个补偿数据, 到第44号补偿点号结束。

第五步:再次进行补偿后的数据采集验证补偿结果是否合乎要求, 得到补偿后的误差分析曲线见图5所示。

根据补偿后的误差分析曲线 (见图5) , 补偿后该机床X向定位误差A:0.004 878 mm ( 双向定位) ;与误差补偿前比较, 数控机床精度得到了较大的改善。

3 总结

对于半闭环系统机床, 提高定位精度, 可以采用螺距误差补偿的方法, 其实质就是将数控机床某轴上的指令要求位置与激光干涉仪所测得的实际位置相比较, 通过激光干涉仪配套软件计算出全行程上的误差分布曲线, 并计算出每个测量点处的误差补偿时, 再将误差补偿值输入FANUC数控系统的螺距误差补偿界面表格中。FANUC数控系统控制该轴的运动时, 就会自动考虑到输入的误差补偿值, 并给予补偿。

从以上结果分析可以看出:使用Renishaw激光干涉仪并结合线性测量的方法进行检测, 之后将检测得到的数据进行分析, 最后将分析得到的补偿数据存放到数控系统中。从而提高机床的定位精度。

摘要：利用英国雷尼绍公司生产的MLIO激光干涉仪, 对配有FANUC 0i数控系统的立式加工中心进行误差数据采集, 通过激光干涉仪配套软件绘制定位误差曲线, 并生成误差补偿数据, 将误差补偿数据输入FANUC 0i系统, 可以显著提高机床的加工精度。

关键词：FANUC数控系统,激光干涉仪,误差补偿

参考文献

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