(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211148876.1 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 重庆元韩汽车技 术设计研究院有限 公司 地址 401220 重庆市渝北区回兴街道银锦 路66号 (72)发明人 杨辉　龚华　陈龙　 (74)专利代理 机构 重庆强大凯创专利代理事务 所(普通合伙) 50217 专利代理师 蒙捷 (51)Int.Cl. B23K 26/08(2014.01) B23K 26/38(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 三维激光切割机 器人调高系统 (57)摘要 本发明涉及激光加工领域， 具体为三 维激光 切割机器人调高系统。 包括切割头、 传动机构、 电 机， 还包括： 位置检测模块， 包括电容传感器与信 号转换器； 所述电容传感器， 用于实时监测切割 头距离加工板材表面的高度变化； 所述信号转换 器， 用于将电容传感器的电容量数值变化情况转 化为数字信号发送至调 高器； 调高器， 包括对比 模块与PID控制器； 所述对比模块， 用于对比匹配 切割头当前高度， 并输出当前切割头距离加工板 材表面的位置误差到PID控制器； 所述PID控制 器， 计算电机需要调整的控制量并消除控制量误 差； 驱动器， 用于按照PID 控制器输 出的控制量驱 动电机。 该技术方案能够减小误差， 使三维激光 切割机器人的高度调节更加精 准， 进一步提高工 件切缝的质量。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 115446447 A 2022.12.09 CN 115446447 A 1.三维激光切割机器人调高系统， 包括切割头、 传动机构、 电机， 切割头与电机通过传 动机构传动连接， 所述电机用于带动切割头移动， 其特 征在于， 还 包括： 位置检测模块， 包括电容传感器与信号转换器； 所述电容传感器， 用于实时监测切割头 距离加工板材表面的高度变化； 所述信号转换器， 用于将电容传感器的电容量数值变化情 况转化为数字信号发送至调高器； 调高器， 包括对比模块与PID控制器； 所述对比模块， 用于根据位置检测模块传输的信 息对比匹配切割头当前高度， 并输出当前切割头距离加工板材表面的位置误差到PID控制 器； 所述PID控制器， 计算电机需要驱动的控制量并消除控制量 误差； 驱动器， 用于按照PID控制器输出的控制量驱动电机 。 2.根据权利要求1所述的三维激光切割机器人调高系统， 其特征在于： 所述电机采用伺 服电机， 所述伺服电机由所述驱动器驱动。 3.根据权利要求2所述的三维激光切割机器人调高系统， 其特征在于： 所述位置检测模 块与所述调高器之间通过有 线网络传输数据， 并通过远端POE设备 供电。 4.根据权利要求3所述的三维激光切割机器人调高系统， 其特征在于： 还包括系统软 件， 所述系统软件预设有功能模块， 所述功能模块能够发送预设的指令 至所述调高器。 5.根据权利要求4所述的三维激光切割机器人调高系统， 其特征在于： 所述功能模块包 括高度调节模块， 用于调节切割头的高度， 所述高度调节模块内预设有三维工件最高点的 高度信息 。 6.根据权利要求5所述的三维激光切割机器人调高系统， 其特征在于： 所述功能模块还 包括速度调节模块， 用于调节切割头的移动速度。 7.根据权利要求4所述的三维激光切割机器人调高系统， 其特征在于： 所述传动机构末 端设置有防抖机构， 并通过弹簧与切割头弹性连接 。 8.根据权利要求4所述的三维激光切割机器人调高系统， 其特征在于： 所述传动机构包 括转动连接架， 所述 转动连接架与切割头固定连接 。 9.根据权利要求8所述的三维激光切割机器人调高系统， 其特征在于： 所述系统软件还 包括角度调节模块， 用于发送角度调节指令控制所述 转动连接架。 10.根据权利要求7或9任一项所述的三维激光切割机器人调高系统， 其特征在于： 所述 位置检测模块还包括陀螺仪， 用于测量切割头发生抖动、 偏转或倾斜时的角速度， 所述陀螺 仪的检测结果由所述信号 转换器转 化为数字信号后发送至所述调高器。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115446447 A 2三维激光切割机 器人调高系统 技术领域 [0001]本发明涉及激光加工领域， 具体为 三维激光切割机器人调高系统。 背景技术 [0002]随着激光技术的不断进步， 在机械加工领域使用激光设备进行切割生产越来越普 遍。 激光加工设备通过将激光束投射到物体的表面， 利用高温对物体进行切割、 焊接、 打孔 等操作。 不仅可以节省样板及工装设备， 还可以大 大缩短生产准备周期。 [0003]然而， 在实际加工过程中， 由于被切割的加工板材表面并不是一个理想的平面， 加 工板材表面不平、 机床几何误差、 工件 热变形等因素都会导致切割头做切割运动的时候， 激 光焦点无法持久稳定照射在工件的最佳位置， 这使得工件的加工质量无法得到保证。 [0004]目前市面上存在公布号为CN205111073U的专利， 其技术方案为通过检测器检测并 输出表征激光切割头与工件之间距离的检测信号， 然后通过控制器向驱动器发送控制指 令， 驱动激光切割头朝接 近或远离 工件方向运动。 [0005]该技术虽然实现了实时检测切割的高度， 并通过控制系统调整切割头位置， 但是 其在减小调高系统数据传输和数据处理的误差方面没有相应的考量， 导致其调高系统的精 度还存在一定误差， 加工质量也会由此受到影响。 此外， 三 维激光切割在实际生产中需要加 工多个部位， 如果切割头在各个部位的移动过程中没有合理规划切割轨迹， 将严重影响切 割效率， 甚至发生切割头撞击 到工件的情况。 发明内容 [0006]针对现有技术存在的缺陷， 本发明所解决的技术问题在于： 提出三维激光切割机 器人调高系统， 该技术方案能够使三维激光切割机器人 的高度调节更加精准， 进一步提高 工件切缝的质量。 [0007]为解决上述问题， 本 发明提供的基础方案： 三维激光切割机器人调高系统， 包括切 割头、 传动机构、 电机， 切割头与电机通过传动机构传动连接， 所述电机用于带动切割头移 动， 还包括： 位置检测模块， 包括电容传感器与信号转换器； 所述电容传感器， 用于实时监测 切割头距离加工板材表面的高度变化； 所述信号转换器， 用于将电容传感器的电容量数值 变化情况转化为数字信号发送至调高器； 调高器， 包括对比模块与PID控制器； 所述对比模 块， 用于对比匹配切割头 当前高度， 并输出当前切割头距离加工板材表面的位置误差到PID 控制器； 所述PID控制器， 计算电机需要调整的控制量并消除控制量误差； 驱动器， 用于按照 PID控制器输出的控制量驱动电机 。 [0008]基础方案 的有益效果： 位置检测模块采用电容式位移传感器成本相对较低、 有极 高的位移检测分辨率， 检测精度高； 利用信号转换器， 将电容传感器电容量变化转化为数字 信号， 提高数据传输的抗干扰能力， 保证信号准确性， 避免数据传输造成的误差， 同时本方 案也通过记录电容量变化 实现了对切割头距离加工板材表面 实际高度的实时监测； 调高器 中的对比模块根据位置检测模块传输的数字信号匹配切割头当前高度， 相较于现有技术直说　明　书 1/5 页 3 CN 115446447 A 3