本技術(shù)涉及水導(dǎo)激光加工，具體而言涉及一種用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、水導(dǎo)激光加工(water-jet?guided?laser,wjgl)也叫做激光水射流加工，是指將激光耦合到高壓水束內(nèi)，耦合水束進(jìn)行加工的技術(shù)，通過(guò)激光與水束耦合的加工方法會(huì)產(chǎn)生平行于切口斷面的切縫，其不僅可以保證精密的加工精度，而且還可以確保加工區(qū)域保證冷卻和干凈，同時(shí)在加工過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行激光聚焦和距離控制，能夠適用于各種厚度范圍、難加工材料的加工，同時(shí)還不會(huì)產(chǎn)生熱影響區(qū)和微裂紋等缺陷，滿(mǎn)足復(fù)雜和精密的加工需求。

2、激光水射流噴嘴是形成穩(wěn)定、可靠的“水光纖”的必要條件，噴嘴一般為藍(lán)(紅)寶石材料制作，對(duì)加工精度要求非常高。由于噴嘴承受著高水壓以及未進(jìn)入水束的激光沖擊，造成噴嘴是一個(gè)常規(guī)耗材零件。每次更換新的噴嘴，不同噴嘴間都有加工差異性，除了噴嘴的加工誤差，還包括噴嘴安裝的定位誤差，高壓水沖擊造成的誤差等，都會(huì)導(dǎo)致加工的“水刀”幾何位置和尺寸精度有偏差。比如，水束與工件坐標(biāo)系不垂直；水束直徑在不同水壓下呈現(xiàn)不同直徑等。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，通常有兩種方法矯正水束的幾何關(guān)系。第一種方法是采用人工手動(dòng)測(cè)量并調(diào)整水束垂直度，矯正精度、效率均較低。第二種方法是使用水束多次在x和y方向上，不同高度觸碰傳感器，通過(guò)三角函數(shù)確定偏差角度，控制微動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)加工頭偏轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行水束矯正，雖然矯正的可靠性和精度比較高，但是操作比較繁瑣，一般需要多次取樣比對(duì)運(yùn)算，對(duì)傳感器的要求比較高，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型目的在于提供一種用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，基于視覺(jué)定位進(jìn)行水導(dǎo)激光水射流的定位與校正，為水導(dǎo)激光設(shè)備的“對(duì)刀”、“換刀”以及高壓泵重啟后對(duì)噴嘴的沖擊等因素所引起的水束偏斜、水束直徑變化等問(wèn)題提供快速的、有效的定位與校正補(bǔ)償。

2、根據(jù)本實(shí)用新型目的的第一方面，提出一種用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，包括俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、水導(dǎo)激光加工頭、安裝法蘭、x向視覺(jué)相機(jī)、y向視覺(jué)相機(jī)、視覺(jué)識(shí)別組件以及控制系統(tǒng)；

3、所述俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)組合安裝，構(gòu)成兩自由度的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)被設(shè)置成能夠繞y軸向旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)被設(shè)置成能夠繞x軸向旋轉(zhuǎn)；

4、所述水導(dǎo)激光加工頭通過(guò)所述安裝法蘭安裝在所述旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)上，并能夠通過(guò)所述兩自由度的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整水導(dǎo)激光加工頭在x-y向的角度；

5、所述x向視覺(jué)相機(jī)和y向視覺(jué)相機(jī)分別布置在水導(dǎo)激光加工頭下方對(duì)應(yīng)的x方向與y方向，并且相機(jī)視野均完全覆蓋水射流緊密段，用于從x方向與y方向分別對(duì)水射流進(jìn)行成像輸出；

6、所述視覺(jué)識(shí)別組件分別與所述x向視覺(jué)相機(jī)和y向視覺(jué)相機(jī)連接，用于根據(jù)x向視覺(jué)相機(jī)和y向視覺(jué)相機(jī)輸出的水射流圖像，識(shí)別水射流沿著x方向和/或y方向的角度偏差；

7、所述控制系統(tǒng)分別與所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、所述俯仰機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接，用于根據(jù)所述角度偏差對(duì)應(yīng)控制驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、所述俯仰機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)與俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的微調(diào)，補(bǔ)償消除水射流在x方向和/或y方向的角度偏差。

8、作為可選的實(shí)施例，所述俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)均具有自鎖功能。

9、作為可選的實(shí)施例，所述俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)具有10″以?xún)?nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)分辨率，旋轉(zhuǎn)范圍在±10°。

10、作為可選的實(shí)施例，所述x向視覺(jué)相機(jī)設(shè)置于水導(dǎo)激光加工頭后方，相機(jī)視野面朝x方向。

11、作為可選的實(shí)施例，所述y向視覺(jué)相機(jī)設(shè)置于水導(dǎo)激光加工頭側(cè)面，相機(jī)視野面朝y方向。

12、作為可選的實(shí)施例，所述控制系統(tǒng)基于x方向的角度偏差，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)帶動(dòng)水導(dǎo)激光加工頭反向旋轉(zhuǎn)以消除偏差，補(bǔ)償水射流在x方向的傾斜角度；并且，

13、基于y方向的角度偏差，通過(guò)控制俯仰機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)帶動(dòng)水導(dǎo)激光加工頭反向旋轉(zhuǎn)以消除偏差，補(bǔ)償水射流在y方向的傾斜角度。

14、作為可選的實(shí)施例，所述視覺(jué)識(shí)別組件被設(shè)置成以下述方式識(shí)別角度偏差：

15、接收x向/y向視覺(jué)相機(jī)采集的水射流圖像；

16、對(duì)水射流的關(guān)鍵區(qū)域圖像進(jìn)行裁剪和灰度處理，將處理后水束影像近似擬合成一條灰色線段；

17、比對(duì)所述灰色線段與z軸豎直的參照線之間的角度，獲得水射流沿x向/y向的偏差角度。

18、作為可選的實(shí)施例，所述視覺(jué)識(shí)別組件被設(shè)置成用于根據(jù)x向/y向視覺(jué)相機(jī)采集的水射流圖像，識(shí)別定位水射流的實(shí)際寬度，獲得水導(dǎo)激光加工的激光耦合水束線徑以及中心點(diǎn)。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

20、(1)本實(shí)用新型提出的用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)在更換噴嘴、高壓水泵重啟等條件下，能夠自動(dòng)檢測(cè)空間的實(shí)際水射流與絕對(duì)豎直的參考系的偏差角度，基于偏差角度進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋控制以補(bǔ)償?shù)窒?，?shí)現(xiàn)對(duì)水射流的空間姿態(tài)矯正，保證水導(dǎo)激光加工精度；

21、(2)與現(xiàn)有接觸式傳感測(cè)量水束的空間兩點(diǎn)坐標(biāo)，再計(jì)算偏差角相比，本實(shí)用新型提出的用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、高效、成本低，通過(guò)本實(shí)用新型的水束射流定位校正系統(tǒng)對(duì)水射流姿態(tài)空間矯正時(shí)間縮短到1/3，實(shí)現(xiàn)高效高精度的校正；

22、(3)本實(shí)用新型的水束射流定位校正系統(tǒng)，能夠快速識(shí)別水射流直徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)水射流的加工寬度以及加工中心定位，以決定水導(dǎo)激光加工的起點(diǎn)位置以及加工尺寸，對(duì)加工刀具補(bǔ)償和刀具坐標(biāo)系設(shè)定提供精確的參考依據(jù)，提高水導(dǎo)激光加工的效率和精度。

23、應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開(kāi)的實(shí)用新型主題的一部分。另外，所要求保護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開(kāi)的實(shí)用新型主題的一部分。

24、結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本實(shí)用新型教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí)施例和特征。本實(shí)用新型的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見(jiàn)，或通過(guò)根據(jù)本實(shí)用新型教導(dǎo)的具體實(shí)施方式的實(shí)踐中得知。

技術(shù)特征：

1.一種用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，其特征在于，包括俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、水導(dǎo)激光加工頭、安裝法蘭、x向視覺(jué)相機(jī)、y向視覺(jué)相機(jī)、視覺(jué)識(shí)別組件以及控制系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，其特征在于，所述俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)均具有自鎖功能。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，其特征在于，所述俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)具有10″以?xún)?nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)分辨率，旋轉(zhuǎn)范圍在±10°，即：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，其特征在于，所述x向視覺(jué)相機(jī)設(shè)置于水導(dǎo)激光加工頭后方，相機(jī)視野面朝x方向。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，其特征在于，所述y向視覺(jué)相機(jī)設(shè)置于水導(dǎo)激光加工頭側(cè)面，相機(jī)視野面朝y方向。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)基于x方向的角度偏差，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)帶動(dòng)水導(dǎo)激光加工頭反向旋轉(zhuǎn)以消除偏差，補(bǔ)償水射流在x方向的傾斜角度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)基于y方向的角度偏差，通過(guò)控制俯仰機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)帶動(dòng)水導(dǎo)激光加工頭反向旋轉(zhuǎn)以消除偏差，補(bǔ)償水射流在y方向的傾斜角度。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺(jué)識(shí)別組件與所述控制系統(tǒng)集成一體設(shè)計(jì)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，其特征在于，所述x向視覺(jué)相機(jī)和y向視覺(jué)相機(jī)的位置相對(duì)水導(dǎo)激光加工頭來(lái)說(shuō)相對(duì)固定，且經(jīng)像素位置標(biāo)定：

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提供一種用于水導(dǎo)激光加工設(shè)備的水束射流定位校正系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、水導(dǎo)激光加工頭、安裝法蘭、X向視覺(jué)相機(jī)、Y向視覺(jué)相機(jī)、視覺(jué)識(shí)別組件以及控制系統(tǒng)。俯仰微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)組合安裝構(gòu)成兩自由度的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。水導(dǎo)激光加工頭能夠通過(guò)兩自由度的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整其在X?Y向的角度；視覺(jué)識(shí)別組件用于識(shí)別水射流沿著X方向和/或Y方向的角度偏差；控制系統(tǒng)可根據(jù)角度偏差控制驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、所述俯仰機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得兩自由度的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)微調(diào)水導(dǎo)激光加工頭，補(bǔ)償消除水射流在X和/或Y方向的角度偏差。

技術(shù)研發(fā)人員：邢飛,陸鑫,劉寶順,劉錦山,楊紀(jì)村,鎖紅波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20231230
技術(shù)公布日：2024/12/19