[發(fā)明專利]一種數(shù)字式閉環(huán)控制電容調(diào)高系統(tǒng)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210037509.4
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102528288A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝淼;萬章
• 申請（專利權(quán)）人: 上海柏楚電子科技有限公司
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;G05B19/414
• 代理公司: 上海三方專利事務(wù)所 31127
• 代理人: 吳干權(quán)

[技術(shù)領(lǐng)域]

本發(fā)明涉及數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種用于激光切割加工設(shè)備上的一種數(shù)字式閉環(huán)控制電容調(diào)高系統(tǒng)的方法。

[背景技術(shù)]

激光切割加工過程中，為了使切口處獲得最大的功率密度，保證獲得高質(zhì)量的切口，激光焦點一般應(yīng)位于工件表面以下約1/3板厚處，所以切割加工過程中被割工件2表面到激光割嘴1的高度必須保持一致，此高度又稱之為切割高度，一般在0.5～1.5mm間，1mm最常用。在激光切割加工金屬板或木板等板材的過程中，往往會遇到板材表面有弧度紋路，材料表面有平整度不高，板材振動或者板材由于局部高溫而變形等不利情況。如果不保持切割高度恒定，將無法保證激光焦點的合適位置，導(dǎo)致切割效果會比較差，甚至無法切穿板材，無法達到合格的切割標(biāo)準(zhǔn)。

因此，必須為激光切割設(shè)備設(shè)計一種隨動控制系統(tǒng)來自動調(diào)節(jié)切割高度，簡稱調(diào)高系統(tǒng)，而高度隨動控制又稱之為高度跟隨；該調(diào)高系統(tǒng)包括電容檢測傳感器、調(diào)高器主控制板和伺服機構(gòu)模塊，其中調(diào)高器主控制板中包括有主控制板核心處理器、伺服電機接口電路；伺服機構(gòu)模塊包括編碼器、伺服電機、伺服驅(qū)動器、機械零點信號感應(yīng)器、傳動機構(gòu)，其中伺服電機接口電路的一信號端雙向連接伺服驅(qū)動器的信號端，伺服電機接口電路的信號輸入端連接機械零點信號感應(yīng)器的信號輸出端，實現(xiàn)調(diào)高器主控制板與伺服機構(gòu)模塊間的檢測和控制。激光割嘴垂直安裝在傳動機構(gòu)上，系統(tǒng)通過控制傳動機構(gòu)來調(diào)節(jié)激光割嘴的高度位置，首先調(diào)高系統(tǒng)的測量部分實時檢測出切割高度的變化；然后，調(diào)高器主控制板根據(jù)切割高度的變化，通過高度隨動控制算法或稱之為高度跟隨控制算法，向伺服機構(gòu)模塊中的伺服驅(qū)動器輸出合適的調(diào)節(jié)信號；伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機做出相應(yīng)轉(zhuǎn)動，并通過傳動機構(gòu)，例如絲桿等，轉(zhuǎn)化為激光割嘴在垂直方向的上升或下降運動，使得切割高度保持恒定，從而保證切割質(zhì)量。

依據(jù)變極距電容傳感器的原理，激光割嘴與待切割板材之間會形成一個約在5-20pF的微小的兩平板間電容，該電容大小與兩極板間的高度，即切割高度，近似成反比例關(guān)系。由此便可以通過測量板間電容的大小來獲取切割高度信息。

目前國內(nèi)和國際上，現(xiàn)有的調(diào)高系統(tǒng)一般是給板間電容充電后將其轉(zhuǎn)換成電壓模擬信號，然后通過測量信號平均電壓值，來推算切割高度信息后，用于高度跟隨控制。此方法最大的劣勢在于：1)模擬電壓信號傳輸過程容易受到干擾，使測量精度降低，無法實現(xiàn)對微小電容的精確測量，而降低系統(tǒng)的跟隨精度及跟隨速度；2)傳輸信號電纜自身阻抗、雜散電容的大小都會直接影響被測電容轉(zhuǎn)電壓信號的電路，從而導(dǎo)致測量精度降低，對傳輸信號電纜的長短以及質(zhì)量要求很高，現(xiàn)場調(diào)試復(fù)雜；3)電容信號轉(zhuǎn)成模擬電壓信號無法遠(yuǎn)距離傳輸。同時由于測量精度不高，高度跟隨算法一般采用傳統(tǒng)的PID控制算法，雖能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，但是跟隨速度和精度卻不盡人意。

另外，現(xiàn)有的調(diào)高系統(tǒng)中沒有友好的人機交互界面，沒有數(shù)據(jù)交互的通訊接口，僅僅只提供基于IO的握手控制接口。因此，其擴展性、通用性有限，與激光切割設(shè)備無法實時交換數(shù)據(jù)，降低了加工效率，限制了切割工藝的發(fā)展。

[發(fā)明內(nèi)容]

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計一種把微小電容轉(zhuǎn)換成數(shù)字頻率信號后，進行高速精確采樣以實現(xiàn)非接觸式測量切割高度，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行高度跟隨控制，保證切割高度恒定的系統(tǒng)；并設(shè)有以太網(wǎng)接口，方便在調(diào)高系統(tǒng)與PC或激光切割設(shè)備之間建立通訊，在調(diào)高的同時進行與上位機軟件或激光切割設(shè)備的實時通訊，以實現(xiàn)激光切割過程中，多段穿孔，蛙跳上抬，飛行光路焦距補償?shù)雀呒壒δ堋?/p>

為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種數(shù)字式閉環(huán)控制電容調(diào)高系統(tǒng)的方法，包括調(diào)高器主控制板、伺服機構(gòu)模塊、電容采集放大器；所述的調(diào)高器主控制板包括主控制板核心處理器、伺服電機接口電路；所述的主控制板核心處理器嵌設(shè)有調(diào)高處理軟件；所述的伺服機構(gòu)模塊包括編碼器、伺服電機、伺服驅(qū)動器、機械零點信號感應(yīng)器、傳動機構(gòu)，其中伺服電機接口電路的一信號端雙向連接伺服驅(qū)動器的信號端，伺服電機接口電路的信號輸入端連接機械零點信號感應(yīng)器的信號輸出端，其特征在于：