[發明專利]激光切割隨動控制系統

有效

• 申請號: 201810086349.X
• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN108453373B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 涂明武;杜曉偉;王東鋒;呂建民;牛得草;馮葆煒;董俊;張爽;陳名華;汪定江
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學航空機務士官學校
• 主分類號: G01B7/14
• 分類號: G01B7/14;B23K26/046;B23K26/14;B23K26/082
• 代理公司: 北京迎碩知識產權代理事務所(普通合伙) 11512
• 代理人: 呂良;張群峰

本發明公開了一種激光切割隨動控制系統，包括控制器、電容檢測芯片、電容傳感器、伺服電機驅動系統、物鏡驅動機構，其中電容傳感器設置在激光切割頭噴嘴上，用于將感應到的電容傳送給電容檢測芯片；電容檢測芯片用于根據接收到的感應電容輸出相應的電壓信號；控制器用于接收該電壓信號，并根據該電壓信號驅動伺服電機驅動系統，從而帶動激光切割頭向上或向下移動；物鏡驅動機構用于在控制器的控制下，帶動激光切割頭噴嘴內的激光頭的物鏡移動。通過本發明，能夠根據加工工件表面的凹凸度自動調節激光切割頭的高度，保持預定的激光焦距，加工精度高。

本申請是申請號為“201610979378.X”、申請日為2016年11月8、發明名稱為“激光切割隨動控制及物鏡自動調焦系統”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種激光切割系統的控制裝置。更具體來說，涉及一種激光切割系統的自動調焦控制裝置。是一種當激光切割板材遇到凹凸不平變化時，可使激光切割頭(噴嘴)隨著切割板材表面高度變化而自動變化的隨動控制裝置。

背景技術

激光切割已在國內金屬材料切割和汽車制造等工業領域獲得大規模應用，然而作為激光切割系統的關鍵組件激光切割隨動控制器仍以德國和美國等進口技術為主，且存在標定困難、接口復雜等問題，國內同類技術還存在著精度不高、難以適應高速切割要求等問題。迫切需要一種適合國內技術人員操作現狀的高速、高精和使用簡便的激光切割隨動控制器。

激光切割的重要條件之一是必須保證良好的聚焦，在切割過程中，即使焦距發生±0.1mm的變化，就會導致焦點溫度發生數百攝氏度變化，并產生鋸齒狀的切痕，嚴重降低切割質量。在激光切割過程中，板材在不同位置的高度變化則通?？蛇_數毫米，而現代高速加工需要激光切割速度達到每分鐘60～120米，在此高速切割過程中，實現激光的高速動態自動聚焦無疑是激光切割的關鍵技術之一。本發明的目的之一就是設計一種激光切割隨動控制器，其功能即是采集激光激光切割頭下端的非接觸式傳感器輸出的激光噴嘴相對于切割板材高度信號，并將采集的高度信號轉換為控制伺服電機驅動系統的模擬電壓信號，使伺服電機驅動系統的伺服電機可以在該模擬電壓控制下，隨著切割板材平面的凹凸不平變化而在垂直方向發生正轉或反轉，從而使激光噴嘴相對于切割板材的高度保持恒定，即激光焦距恒定。

發明內容

傳統的激光切割頭隨動控制器一般采用電容式距離測量方法，其測量原理是激光切割頭與金屬加工件之間構成電容，電容值與兩者之間的距離有關，測量二者之間的電容值，即可計算出二者之間的距離?，F有測量方式為模擬測量，基于LC振蕩電路原理測量電容，采用這種方式的問題是當溫度變化時，電感受溫度影響變化很大，造成電容測量產生很大溫度漂移誤差。另外傳統模擬測量速度較慢，主要原因是需要將LC高頻振蕩的正弦波轉換為方波，再測量單位時間內的脈沖數，求出頻率，再換算為頻率，誤差大。本發明采用單芯片數字測量方式，無溫度漂移、速度快(1秒可測量1000次以上)。

為實現本發明之目的，采用以下技術方案予以實現：

一種激光切割隨動控制系統，包括控制器、電容檢測芯片、電容傳感器、伺服電機驅動系統，其中：

電容傳感器設置在激光切割頭噴嘴上，用于將檢測到的電容信號傳送給電容檢測芯片；

電容檢測芯片用于根據接收到的檢測電容信號輸出相應的電壓信號；

控制器用于接收該電壓信號，并根據該電壓信號驅動伺服電機驅動系統，從而帶動激光切割頭向上或向下移動。

所述的激光切割隨動控制系統，優選的：

電容傳感器包括金屬感應極板，激光切割頭噴嘴為錐形空心結構，外層為噴嘴金屬外殼，接地，內層為電容傳感器的金屬感應極板，金屬外殼與金屬感應電極之間設置有陶瓷絕緣層，金屬感應極板在噴嘴下端向噴嘴外部水平延伸，該延伸部大致呈環狀，且覆蓋陶瓷絕緣層的部分或全部下表面。

所述的激光切割隨動控制系統，優選的：