本发明提供一种激光加工用双摆轴零点标定方法，主要解决现有标定方法不适用于五轴联动激光加工机床的双摆轴零点标定，使得加工精度较低的问题。本发明方法通过双摆轴激光加工头的两个电机自身的运动，结合输出后聚焦的焦点，通过激光束在透明材料平板上进行刻蚀，通过测量刻蚀的激光斑点的距离，即可得到双摆轴电机的零点位置。该方法需要的装置结构简单，可快速精确地得到A轴和C轴的零点坐标，非常适合激光加工设备中双摆轴零点位置的高精度标定。
1.一种激光加工用双摆轴零点标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在双摆轴激光加工头的头部安装测距传感器，标定测距传感器与激光焦点的位置，标定后测距传感器的数值为J1；
步骤二、通过视觉观察的方式调节C轴电机和A轴电机的角度，使C轴电机带动A轴的回转轴线与机床X轴运动方向平行，使得双摆轴激光加工头的头部与机床Y轴运动方向平行，记录此时A轴和C轴的坐标A1和C1，得到双摆轴激光加工头的初步零点位置，以此位置作为机床坐标系的参考零点；
步骤三、调整A轴电机和C轴电机至初步零点位置，将厚度为t的透明材料平板放置在激光焦点位置处，调整透明材料平板的位置，使得透明材料平板的平面与XZ平面平行，同时，使得测距传感器的数值保持在J1；
步骤四、开启激光，在透明材料平板的正面分别沿X向和Z向刻蚀两条线，随后，开启激光若干毫秒，在透明材料平板的正面形成斑点1，记录此时Y轴坐标Y1；
步骤五、C轴保持0度不变，旋转A轴180°，移动机床Y轴，通过测距传感器调节双摆轴激光加工头的位置，使激光焦点落于透明材料平板背面，微调Y轴，使测距传感器的数值显示为J1，开启激光若干毫秒，在透明材料平板背面刻蚀出斑点2，记录此时Y轴坐标Y2，双摆轴激光加工头的旋转半径为D＝(∣Y1‑Y2∣‑t)/2；
步骤六、取出透明材料平板，在显微镜下测量斑点1与斑点2的距离，用于获得双摆轴电机的零点位置，并计算两个斑点的距离差值，若两个斑点的距离差值小于设定值，则获取此时A轴和C轴的坐标A0和C0，执行步骤九；若两个斑点的距离差值大于设定值，则执行步骤七；
步骤七、在显微镜下测量斑点1与斑点2的距离，以步骤四刻蚀的两条线为基准，得到两个斑点在X方向和Z方向的距离dx和dy，进而求得A轴和C轴的调节角度Ta＝arctan(dz/2D)和调节角度Tc＝arctan(dx/2D)；
步骤八、根据步骤七获取的调节角度Ta和调节角度Tc分别调节A轴和C轴的角度；重复步骤三至步骤六，直至两个斑点的距离差值小于设定值；
2.根据权利要求1所述的激光加工用双摆轴零点标定方法，其特征在于：步骤一中，测距传感器为同轴测距传感器或旁轴测距传感器。
3.根据权利要求1所述的激光加工用双摆轴零点标定方法，其特征在于：步骤三中，所述透明材料平板为亚克力板。
4.根据权利要求1所述的激光加工用双摆轴零点标定方法，其特征在于：步骤三中，透明材料平板的长和宽分别为50mm，厚度为1mm。
5.根据权利要求1所述的激光加工用双摆轴零点标定方法，其特征在于：步骤六中，两个斑点的距离设定值为10微米。
6.根据权利要求1所述的激光加工用双摆轴零点标定方法，其特征在于：步骤四中，斑点1的直径为0.01mm，步骤五中，斑点2的直径为0.01mm。
一种激光加工用双摆轴零点标定方法
技术领域
[0001] 本发明属于激光加工领域，具体涉及一种激光加工用双摆轴零点标定方法。
背景技术
[0002] 激光加工是将激光束照射到工件表面，通过高能量密度的激光来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。目前，激光加工已经广泛应用于航空、航天、航海、汽车、半导体等多个行业，五轴联动激光加工机床是其中加工精度较高的设备。
[0003] 五轴联动激光加工机床的调试过程中，双摆轴的回转轴线与机床X/Y/Z坐标系的重合精度决定着五轴机床的加工精度。另外，在机床通过后处理软件输出加工程序的过程中，后处理软件中设置双摆轴两个电机的回转轴线分别与直线轴的两个轴完全重合，如果机床双摆轴的零点设置精度不准确，则输出的加工程序坐标存在偏差，进而影响加工精度。最后，双摆轴零点标定精度是五轴机床RTCP标定精度的基础，只有机床坐标系建立高精度的五轴坐标系，才可以实现高精度的五轴加工。中国专利CN2018106993942公开了一种五轴激光加工设备RTCP精度补偿方法，该方法可以实现激光加工机床RTCP精度补偿，然而并未说明双摆轴的零点标定方法。传统机械加工的双摆轴零点标定可通过千分表测量方法来实现，然而，该方法不适用于激光加工设备的双摆轴。
发明内容
[0004] 本发明的目的是解决现有方法不适用于五轴联动激光加工机床的双摆轴零点标定，使得其加工精度较低的问题，提供一种激光加工用双摆轴零点标定方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明激光加工用双摆轴零点标定方法包括以下步骤：
[0007] 步骤一、在双摆轴激光加工头的头部安装测距传感器，标定测距传感器与激光焦点的位置，标定后测距传感器的数值为J1；
[0008] 步骤二、当选用的双摆轴为绝对值式的电机时，在标定零点数值前，通过目测的方法调节C轴电机和A轴电机的角度，使C轴电机带动A轴的回转轴线大体与机床X轴运动方向平行，使得双摆轴激光加工头的头部与机床Y轴运动方向大体平行，记录此时A轴和C轴的坐标A1和C1，得到双摆轴激光加工头的初步零点位置，以此位置作为机床坐标系的参考零点；
[0009] 步骤三、调整A轴电机和C轴电机至初步零点位置，将厚度为t的透明材料平板放置在激光焦点位置处，调整透明材料平板的位置，使得透明材料平板的平面与XZ平面平行，同时，使得测距传感器的数值保持在J1；
[0010] 步骤四、开启激光，在透明材料平板的正面分别沿X向和Z向刻蚀两条线；另外开启激光若干毫秒，在透明材料平板的正面形成直径0.01mm左右的斑点1，记录此时Y轴坐标Y1；该步骤中，刻蚀的两条线用于后续步骤中测量激光斑点在X向和Z向的距离分量；
[0011] 步骤五、C轴保持0度不变，旋转A轴180°，移动机床Y轴，通过测距传感器调节双摆轴激光加工头的位置，使激光焦点落于透明材料平板背面，微调Y轴，使测距传感器的数值显示为J1，开启激光若干毫秒，在透明材料平板背面刻蚀出0.01mm的斑点2，记录此时Y轴坐标Y2，双摆轴激光加工头的旋转半径为D＝(∣Y1‑Y2∣‑t)/2；
[0012] 步骤六、取出透明材料平板，在显微镜下测量斑点1与斑点2的距离，并计算两个斑点的距离差值，若两个斑点的距离差值小于设定值，则获取此时A轴和C轴的坐标A0和C0，执行步骤九；若两个斑点的距离差值大于设定值，则执行步骤七；
[0013] 步骤七、在显微镜下测量斑点1与斑点2的距离，以步骤四刻蚀两条线为基准，得到两个斑点在X方向和Z方向的距离dx和dy，进而求得A轴和C轴的调节角度Ta＝arctan(dz/2D)和调节角度Tc＝arctan(dx/2D)；
[0014] 步骤八、根据步骤七获取的调节角度Ta和调节角度Tc分别调节A轴和C轴的角度；随后重复步骤三至步骤六，如此反复测量和调节A轴、C轴的角度，直至两个斑点的距离差值小于设定值；
[0015] 步骤九、将A0和C0作为数控系统的零点坐标即可。
[0016] 进一步地，步骤一中，测距传感器为同轴测距传感器或旁轴测距传感器。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0018] 1.本发明方法通过双摆轴两个电机自身的运动，结合输出后聚焦的焦点，在透明材料平板(如亚克力板)上进行刻蚀，通过测量刻蚀的激光斑点的距离，即可得到精度较高的双摆轴电机的零点位置。
[0019] 2.本发明方法需要的装置结构简单，可快速精确的得到双摆头的机床坐标系零点位置，非常适合激光加工设备中双摆轴激光加工头机床零点坐标系的找准。
附图说明
[0020] 图1为现有五轴联动激光加工机床的双摆轴激光加工头示意图；
[0021] 图2为本发明方法中透明材料平板表面的斑点示意图。
[0022] 附图标记：1‑激光束，2‑C轴电机，3‑反射镜一，4‑A轴电机，5‑反射镜二，6‑测距传感器，7‑透明材料平板。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
[0024] 本发明提供一种激光加工用双摆轴零点标定方法，用以解决现有激光加工设备中双摆轴零点标定的难题。本发明方法通过双摆轴两个电机自身的运动，结合输出后聚焦的焦点，通过激光束1在透明材料平板(如亚克力板)上进行刻蚀，通过测量刻蚀的激光斑点距离，即可得到双摆轴电机的零点位置。该方法需要的装置结构简单，可快速精确地得到A轴和C轴的零点坐标，非常适合激光加工设备中双摆轴零点位置的高精度标定。
[0025] 如图1所示，现有五轴联动激光加工机床的双摆轴激光加工头包括C轴电机2、反射镜一3、A轴电机4和反射镜二5；本发明方法选用1mm左右厚度的透明材料平板7作为激光焦点的测量工具，在双摆轴激光加工头的头部安装测距传感器6，用于测量双摆轴激光加工头与透明材料平板7间的距离，通过测距传感器6可完成激光焦点位置的标定，保证在透明材料平板7正反两面刻蚀时的焦点位置一致。同时，通过测距传感器6可调整透明材料平板7的空间姿态，使其与机床XZ平面平行。以下通过具体的数值实例对本发明方法进行描述，该方法包括以下过程:
[0026] 步骤一、在双摆轴激光加工头的头部安装测距传感器，随后求取激光焦点的位置，标定激光焦点与测距传感器的距离，标定后的测距传感器的数值为J1；
[0027] 该步骤中，可使用透明材料平板对测距传感器的位置进行标定，即在激光焦点处放置透明材料平板，使得激光焦点在透明材料平板正反两面都正好落于透明材料平板表面，标定后的测距传感器的数值为J1；
[0028] 步骤二、通过视觉观察的方式调整双摆轴激光加工头的零点位置，以此位置作为机床坐标系的参考零点；
[0029] 步骤三、选用50mm长宽、厚度t为1mm的透明材料平板作为激光焦点的测量工具，调整A轴电机和C轴电机至其零点位置，调节透明材料平板的空间位置，使激光焦点正好落于透明材料平板的表面；同时利用测距传感器调整透明材料平板的姿态，使透明材料平板与机床的XZ平面平行，测距传感器的数值保持在J1；
[0030] 步骤四、保持激光常开，在透明材料平板正面分别沿X向和Z向各刻蚀一条0.1mm宽度的白色线条；开启激光0.1s，激光功率调节至0.2W左右，在透明材料平板表面形成直径0.01mm左右的白色斑点，做好标记，记为斑点1，同时记录此时Y轴坐标Y1；
[0031] 步骤五、C轴保持0度不变，A轴旋转180°，移动机床Y轴，通过测距传感器调节双摆轴激光加工头的位置，使激光焦点落于透明材料平板背面；开启激光0.1s，激光功率调节至0.2W左右，在透明材料平板背面形成直径0.01左右的白色斑点，做好标记，记为斑点2，同时记录此时Y轴坐标Y2，加工头的旋转半径D＝(∣Y1‑Y2∣‑t)/2；此时，t为1mm，即D＝(∣Y1‑Y2∣‑
1)/2；
[0032] 步骤六、取出透明材料平板，在显微镜下测量斑点1与斑点2的距离，并计算两个斑点的距离差值，若两个斑点的距离差值小于设定值，则获取此时A轴和C轴的坐标A0和C0，执行步骤九；若两个斑点的距离差值大于设定值，则执行步骤七；
[0033] 步骤七、如图2所示，在显微镜下测量斑点1与斑点2的距离，以步骤四刻蚀两条线为基准，得到两个斑点在X方向和Z方向的距离dx和dy，进而求得A轴和C轴的调节角度Ta＝arctan(dz/2D)和调节角度Tc＝arctan(dx/2D)；
[0034] 步骤八、根据步骤七获取的调节角度Ta和调节角度Tc分别调节A轴和C轴的角度，重复步骤三至步骤六，如此反复测量和调节A轴和C轴的角度，直到两个斑点的距离差值小于10微米；
[0035] 步骤九、把A0和C0设为数控系统的零点坐标。
