CN117102701A - 一种坡口切割高度的补偿控制方法、装置、电子设备、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种坡口切割高度的补偿控制方法、装置、电子设备、存储介质,所述方法包括步骤:获取激光枪头与管面间的电容测量值;根据激光枪头的倾角修正电容测量值;基于修正后的电容测量值获取激光枪头的高度补偿值;根据高度补偿值生成均值脉冲信号;对均值脉冲信号进行FIR滤波,得到高度补偿控制信号;基于高度补偿控制信号对激光枪头的高度调整轴或高度调整关节进行运动控制。本发明采用电容传感测距,转换速率快,保证了激光枪头高度补偿的实时性;且本发明基于FIR滤波原理,在均值脉冲信号的基础上生成平滑的高度补偿控制信号,避免了现有补偿过程中存在的“阶跃突变”,保证了切割的稳定性并消除了高度补偿时所造成的冲击。
Description
技术领域
本发明属于激光切管技术领域,尤其涉及一种坡口切割高度的补偿控制方法、装置、电子设备、存储介质。
背景技术
在带坡口切割的管切领域,当管材表面不够平整或发生形变时往往会导致切割质量下降,甚至无法完成切割。为此,需要在切割过程中,实时检测激光枪头到管材表面的距离并调整激光枪头的高度,保证激光枪头与管面切割点的实际距离符合***设置,从而保证切割质量。然而,目前市面上大多的解决方案是利用激光测距进行高度调整,但激光测距转换速度慢,且控制的实时性得不到保证。
在得到激光枪头与管材表面的距离后,需要将其与用户预先设定的高度值进行比较,从而计算出激光枪头的补偿高度(需要调整的高度值),进而生成控制信号对激光枪头的高度调整轴或高度调整关节进行控制。其中,控制信号是根据补偿高度生成的一定数量的脉冲信号,每个脉冲对应一定的高度调整距离(例如每个脉冲信号代表0.1mm,完成10mm的高度补偿则需要100个脉冲信号)。然而,现有方法中通常采用均值补偿的方式,即简单地将脉冲信号平均分配到各周期,导致控制信号呈现为阶跃函数的形式,使得补偿过程中存在“阶跃突变”(如补偿开始时由0脉冲突然跃变到10个脉冲),这种“阶跃突变”会对机械造成冲击,从而减损机械寿命。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种坡口切割高度的补偿控制方法、装置、电子设备、存储介质,采用的技术方案具体如下:
一种坡口切割高度的补偿控制方法,包括以下步骤:
S1、获取电容传感器测得的激光枪头与管材表面间的电容测量值;
S2、根据激光枪头的倾斜角度对电容测量值进行修正;
S3、基于修正后的电容测量值获取激光枪头的高度补偿值;
S4、根据高度补偿值生成均值脉冲信号;
S5、对均值脉冲信号进行FIR(Finite Impluse Response, 有限长单位冲击响应)滤波,得到高度补偿控制信号;
S6、基于高度补偿控制信号对激光枪头的高度调整轴或高度调整关节进行运动控制。
进一步地,步骤S2中,如果激光枪头与管材表面垂直,则无需修正电容测量值;如果激光枪头与管材表面并非垂直,且激光枪头与竖直方向的倾角为θ,则将电容测量值与倾角θ的余弦值的乘积作为修正后的电容测量值。
进一步地,步骤S3中,包括:
基于修正后的电容测量值C和电容计算公式得到激光枪头与管面切割点的距离l = kS / C,然后将其与切管***数控中心的预设值进行比较,若不符合则根据倾斜角度计算激光枪头的高度补偿值:若激光枪头垂直于管材表面,则激光枪头的高度补偿值等于预设值与距离l的差值;若激光枪头与竖直方向的倾角为θ,则激光枪头的高度补偿值等于预设值与距离l的差值再乘以cos θ。
进一步地,步骤S4中,将高度补偿值对应的脉冲数平均分配到每个周期内,以生成均值脉冲信号。
进一步地,步骤S5中,假设均值脉冲信号P = [P 1 ,P 2 ,…, P n ,…, P N],其中,N为周期数,P n表示分配到第n个周期的脉冲数,对于均值脉冲信号则有P 1 =P 2 =…=P n …=P N;
对均值脉冲信号进行一次FIR滤波,得到一次滤波信号D=[D 1 ,D 2 ,…, D m ,…,D M],其中,D m表示分配到第m个周期的脉冲数且D m= (P m + P m-1 + P m-2 + P m-3) / 4,若涉及的计算项未包含在均值脉冲信号P中,则将其以零代替;M为一次滤波信号的周期数;
对一次滤波信号再做一次FIR滤波,得到二次滤波信号R=[R 1 ,R 2 ,…, R q ,…,R Q],其中,R q表示分配到第q个周期的脉冲数且R q= (D q + D q-1 + D q-2 + D q-3) / 4,若涉及的计算项未包含在一次滤波信号D中,则将其以零代替;Q为二次滤波信号的周期数。
一种坡口切割高度的补偿控制装置,包括电容测量模块、电容修正模块、高度补偿计算模块和控制信号生成模块;所述电容测量模块基于电容传感器获取激光枪头与管材表面间的电容值;所述电容修正模块用于根据激光枪头的倾斜角度对电容测量值进行修正;所述高度补偿计算模块用于根据上述方法获取激光枪头的高度补偿值;所述控制信号生成模块则用于根据上述方法生成激光枪头的高度补偿控制信号,并将控制信号发送给切管***的数控中心,进而调整激光枪头的高度。
一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述的补偿控制方法的计算步骤。
一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,所述处理器执行上述的补偿控制方法的计算步骤。
相比于现有技术,本发明具备以下有益效果:
1)本发明采用电容传感测距,转换速率快,保证了激光枪头高度补偿的实时性;
2)本发明基于FIR滤波原理,在均值脉冲信号的基础上生成平滑的高度补偿控制信号,避免了现有补偿过程中存在的“阶跃突变”,保证了切割的稳定性,并基本上消除了高度补偿时对机械造成的冲击,从而有效延长机械的使用寿命。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。
图1是本发明一实施例提供的坡口切割高度的补偿控制方法流程图;
图2是本发明一实施例提供的坡口切割示意图;
图3是本发明一实施例提供的FIR滤波效果对比示意图;
图4是本发明一实施例提供的电子设备的模块组成示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供一种坡口切割高度的补偿控制方法,如图1所示,主要包括以下步骤:
(1)获取电容传感器测得的激光枪头与管材表面间的电容测量值
电容传感器的主要作用是对激光枪头与管材表面之间的距离变化进行响应,激光枪头和管材表面分别相当于电容的两个极板,当激光枪头在竖直方向移动时,激光枪头与管材表面的距离将随之发生变化,根据电容计算公式C = kS / d,其中,S为极板相对面积,k为介电常数,d为激光枪头与管材表面的距离,电容传感器测得的电容值也将随之改变。相反,如果已知电容传感器的电容测量值,那么就可以计算得到激光枪头与管材表面的距离。
(2)根据激光枪头的倾斜角度对电容测量值进行修正
如果激光枪头是垂直于管材表面的,则可直接根据电容计算公式,计算得到激光枪头与管面切割点的距离,激光枪头与管材表面的距离即是激光枪头与管面切割点的距离。而当进行坡口切割时,激光枪头不再垂直于管材表面,而是存在一定的倾斜角度,如图2所示,因此无法直接利用电容测量值准确得到激光枪头与管面切割点的距离。由于激光枪头的面积较小,当其倾斜时,其与管材表面的相对面积可视为不变,因此只需根据激光枪头的倾斜角度对电容测量值进行修正,即可再次利用电容计算公式直接计算得到激光枪头与管面切割点的距离。假设激光枪头与竖直方向的倾角为θ,电容测量值为C 0,则修正后的电容测量值C = C 0×cos θ。
(3)基于修正后的电容测量值获取激光枪头的高度补偿值
首先,基于修正后的电容测量值C和电容计算公式得到激光枪头与管面切割点的距离l = kS / C,然后将其与切管***数控中心的预设值进行比较,若不符合则根据倾斜角度计算激光枪头的高度补偿值:若激光枪头垂直于管材表面,则激光枪头的高度补偿值等于预设值与距离l的差值;若激光枪头与竖直方向的倾角为θ,则激光枪头的高度补偿值等于预设值与距离l的差值再乘以cos θ。
(4)根据高度补偿值生成均值脉冲信号
均值脉冲信号也就是目前普遍采用的平均值补偿方式,只是采用平均值进行补偿填充。假定通过计算和换算得出,进行某一高度补偿,需要发送100个脉冲,在10个周期内完成。普通的平均值补偿方式,简单将100个脉冲均分到10个周期。
(5)对均值脉冲信号进行两次FIR滤波,得到高度补偿控制信号
假设均值脉冲信号P = [P 1 ,P 2 ,…, P n ,…, P N],其中,N为周期数,P n表示分配到第n个周期的脉冲数,对于均值脉冲信号则有P 1 =P 2 =…=P n …=P N。
首先对均值脉冲信号进行一次FIR滤波,得到一次滤波信号D=[D 1 ,D 2 ,…, D m ,…, D M],其中,D m表示分配到第m个周期的脉冲数且D m= (P m + P m-1 + P m-2 + P m-3) / 4,若涉及的计算项未包含在均值脉冲信号P中,则将其以零代替,例如D 1= (P 1 + P 0 + P -1 + P -2) / 4,其中P 0 、P -1和P -2均未包含在P中,则将其值取为0;M为一次滤波信号的周期数,其取值由实际情况确定,即一次滤波信号包含的所有周期的总脉冲数要与均值脉冲信号中的总脉冲数相同。
然后对一次滤波信号再做一次FIR滤波,得到二次滤波信号R=[R 1 ,R 2 ,…, R q ,…, R Q],其中,R q表示分配到第q个周期的脉冲数且R q= (D q + D q-1 + D q-2 + D q-3) / 4,若涉及的计算项未包含在一次滤波信号D中,则将其以零代替。同理Q为二次滤波信号的周期数,其取值由实际情况确定,即二次滤波信号包含的所有周期的总脉冲数要与均值脉冲信号中的总脉冲数相同。
以下给出一个具体的实例:
均值脉冲信号包含10个周期,每个周期的脉冲数均为10个,共有100个脉冲,即:
P = [10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10];
根据FIR滤波的计算公式,得到的一次滤波信号为:
D = [2.5, 5, 7.5, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 7.5, 5, 2.5],共13个周期;
再次滤波后,得到的二次滤波信号为:
R = [0.625, 1.875, 3.75, 6.25, 8.125, 9.375, 10, 10, 10, 10, 9.375,8.125, 6.25, 3.75, 1.875, 0.625],共16个周期。
由图3所示,相比于均值滤波信号,通过两次FIR滤波后得到的二次滤波信号已经转变成一个十分平滑的信号,不再有较大的阶跃突变,基本上能够消除高度补偿时对机械造成的冲击,从而有效延长机械的使用寿命。
(6)基于高度补偿控制信号对激光枪头的高度调整轴或高度调整关节进行运动控制,从而使激光枪头与管面切割点的距离符合***设置。
实施例二
基于实施例一所述的补偿控制方法,本实施例提供一种坡口切割高度的补偿控制装置,主要包括电容测量模块、电容修正模块、高度补偿计算模块和控制信号生成模块。其中,电容测量模块基于电容传感器获取激光枪头与管材表面间的电容值;电容修正模块用于根据激光枪头的倾斜角度采用上述步骤(2)中的方法对电容测量值进行修正;高度补偿计算模块用于根据上述步骤(3)中的方法获取激光枪头的高度补偿值;控制信号生成模块则用于根据上述步骤(4)和(5)的方法生成激光枪头的高度补偿控制信号,并将控制信号发送给切管***的数控中心,进而调整激光枪头的高度。
实施例三
根据上述实施例,本实施例提供一种电子设备,如图4所示,为本实施例提供的一种可选的电子设备的结构示意图,该电子设备可以包括处理器、通信接口、存储器和通信总线,其中,处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令,以执行上述补偿控制方法的计算步骤,包括根据激光枪头的倾斜角度对电容测量值进行修正、基于修正后的电容测量值获取激光枪头的高度补偿值、根据高度补偿值生成均值脉冲信号,以及对均值脉冲信号进行两次FIR滤波以得到高度补偿控制信号。
此外,上述存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在几个计算机可读存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,计算机软件产品存储于一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明实施例一中任一所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上述产品可执行实施例一中所述补偿控制方法的计算步骤,具备方法相应的功能模块和有益效果,未在本实施例中详尽描述的技术细节,可参见本发明实施例一提供的管材随动支撑方法。
实施例四
根据上述实施例,本实施例提供一种计算机可读存储介质,其类型如实施例三中所述,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,所述处理器执行实施例一中所述的补偿控制方法的计算步骤。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用直至得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;在本发明的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,为了简明,它们没有在细节中提供;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种坡口切割高度的补偿控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、获取电容传感器测得的激光枪头与管材表面间的电容测量值;
S2、根据激光枪头的倾斜角度对电容测量值进行修正;
S3、基于修正后的电容测量值获取激光枪头的高度补偿值;
S4、根据高度补偿值生成均值脉冲信号;
S5、对均值脉冲信号进行FIR滤波,得到高度补偿控制信号;
S6、基于高度补偿控制信号对激光枪头的高度调整轴或高度调整关节进行运动控制。
2.如权利要求1所述的补偿控制方法,其特征在于,步骤S2中,如果激光枪头与管材表面垂直,则无需修正电容测量值;如果激光枪头与管材表面并非垂直,且激光枪头与竖直方向的倾角为θ,则将电容测量值与倾角θ的余弦值的乘积作为修正后的电容测量值。
3.如权利要求1或2所述的补偿控制方法,其特征在于,步骤S3中,包括:
基于修正后的电容测量值C和电容计算公式得到激光枪头与管面切割点的距离l = kS / C,其中S为极板相对面积,k为介电常数,然后将其与切管***数控中心的预设值进行比较,若不符合则根据倾斜角度计算激光枪头的高度补偿值:若激光枪头垂直于管材表面,则激光枪头的高度补偿值等于预设值与距离l的差值;若激光枪头与竖直方向的倾角为θ,则激光枪头的高度补偿值等于预设值与距离l的差值再乘以cos θ。
4.如权利要求1所述的补偿控制方法,其特征在于,步骤S4中,将高度补偿值对应的脉冲数平均分配到每个周期内,以生成均值脉冲信号。
5. 如权利要求1或4所述的补偿控制方法,其特征在于,步骤S5中,假设均值脉冲信号P= [P 1 ,P 2 ,…, P n ,…, P N],其中,N为周期数,P n表示分配到第n个周期的脉冲数,对于均值脉冲信号则有P 1 =P 2 =…=P n …=P N;
对均值脉冲信号进行一次FIR滤波,得到一次滤波信号D=[D 1 ,D 2 ,…, D m ,…,D M],其中,D m表示分配到第m个周期的脉冲数且D m = (P m + P m-1 + P m-2 + P m-3) / 4,若涉及的计算项未包含在均值脉冲信号P中,则将其以零代替;M为一次滤波信号的周期数;
对一次滤波信号再做一次FIR滤波,得到二次滤波信号R=[R 1 ,R 2 ,…, R q ,…,R Q],其中,R q表示分配到第q个周期的脉冲数且R q = (D q + D q-1 + D q-2 + D q-3) / 4,若涉及的计算项未包含在一次滤波信号D中,则将其以零代替;Q为二次滤波信号的周期数。
6.一种坡口切割高度的补偿控制装置,其特征在于,包括电容测量模块、电容修正模块、高度补偿计算模块和控制信号生成模块;所述电容测量模块基于电容传感器获取激光枪头与管材表面间的电容值;所述电容修正模块用于根据激光枪头的倾斜角度采用如权利要求2中所述方法对电容测量值进行修正;所述高度补偿计算模块用于根据如权利要求3中所述方法获取激光枪头的高度补偿值;所述控制信号生成模块则用于根据如权利要求5中所述方法生成激光枪头的高度补偿控制信号,并将控制信号发送给切管***的数控中心,进而调整激光枪头的高度。
7.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现权利要求1~5任一项所述的补偿控制方法的计算步骤。
8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,所述处理器执行如权利要求1~5任一项所述的补偿控制方法的计算步骤。
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