激光切割机Z轴跟踪系统设计研究（电力系统及自动化论文资料）.doc

激光切割机Z轴跟踪系统设计研究（电力系统及自动化论文资料） 文档信息 ： 文档作为关于“汽车、机械或制造”中“数控机床”的参考范文，为解决如何写好实用应用文、正确编写文案格式、内容素材摘取等相关工作提供支持。正文6160字，doc格式，可编辑。质优实惠，欢迎下载！ 目录 TOC \o 1-9 \h \z \u 目录 1 正文 1 文1：激光切割机Z轴跟踪系统设计研究 2 1.位移传感器的设计 2 2.信号检测电路的设计 4 3.单片机控制系统的设计 4 4.系统调试 5 5.结束语 6 文2：异型材激光切割机控制系统设计 6 1 控制系统选型 6 1.1 传统控制系统 7 1.2 “PC嵌入NC”结构的开放式系统 7 1.3 “NC嵌入PC”结构的开放式系统 7 1.4 SOFT型开放式系统 7 2 控制系统硬件设计 8 3 控制系统软件设计 9 4 结语 10 参考文摘引言： 10 原创性声明（模板） 11 正文 激光切割机Z轴跟踪系统设计研究（电力系统及自动化论文资料） 文1：激光切割机Z轴跟踪系统设计研究 前言 激光是上世纪最重要的发明之一。激光切割技术是激光加工技术的重要组成部分。在过去的20年里，它在工业中广泛应用，开发大功率、高速、高精度的激光设备是重要的发展方向。下面，结合实际生产需求，介绍一种稳定性高、效率高、精度高的激光切割机自动跟踪系统以提高设备的性能。 1.位移传感器的设计 整个Z轴跟踪系统最重要的是采集激光束焦点与工件间的相对距离，因此传感器的设计非常重要。目前激光头前端上安装的传感器一般为电容传感器，被加工金属板材作为电容的一极，用于激光加工的喷嘴作为电容的另一极，两极之间的电容和它们之间距离成反比，因此通过电容就可以控制激光加工的焦点[1]。如图1所示，两极板分别为切割头喷嘴感应极板1和待切割金属工件，感应极板随激光切割头一起沿Z轴方向做上下微位移垂直移动，根据电磁学原理，两极板间的电容量大小为： 图1激光切割头 C=εS/h（1） 式中：ε———极板之间介电常数； S———极板相对有效面积； H———两极板间距离。 图2导流铜环感应极板 在激光加工过程中，激光束与金属工件相互作用会产生大量等离子体，从而改变极板间的介质。如图2所示，为了防止介质对电容传感器的影响，可将感应极板设计成空心的导流铜环状2，通过白色塑料环3和切割机机床壳体隔离，采用这种方法可以有效减少等离子云的干扰影响。感应电极的信号通过一个套在绝缘体的插针4连接到传感器检测电路，相较传统电线连接而言，接线距离短、接触牢靠，传输效果更佳，保证了电容焦点跟踪的良好效果。 采集到电容信号后，需要设计传感器检测电路，将电容信号稳定可靠地传输给单片机，现有的传感器检测电路通常设置在激光发生器调节机构和切割头前端之间，检测、维修时需整体拆卸，操作十分不方便。为此，我们将传感器检测电路单独封装在壳体一侧的小盒子里（部件5），其安装在激光头壳体的外侧，且可通过USB接口6将检测电路输出信号传给下一级的单片机电路。这种独立的设计使得传感器不仅传输稳定，又方便拆卸，在检测维修的时候操作简单[2] 考虑到信号传输稳定性和结构合理性，我们设计了如图3所示的差动式传感器检测电路。其中芯片TLC556是一个双路振荡器，它将输入的电容信号转为频率信号输出，THR和TRIG是振荡器的两个输入端，随着对电容的充电和放电，输入电压在一定范围内变化。当输入低于触发值时输出高电平，输入高于门槛值时输出低电平，从而将电容的变化反应在频率上。感应极板的输入信号通过图中箭头位置接入双路振荡器的其中一路，另外一路的输入稳定不变。当两极板间距离不变时，通过调整电位器P1，使得两路振荡器的输出频率一样；当距离变化时，X1B路输入电容发生变化，充电时间发生变化，从而输出的频率信号fd发生变化，而XIA路是不变的，输出频率fv保持不变，那么通过芯片SN74LVC1G79DBVR就能采集到两者的频率差值，并转为电压信号Fd传输给下一级电路[3] 图3传感器电路 2.信号检测电路的设计 系统采用变极性电容传感器，电容值和两极板间距离成反比，而空气的介电常数很小，两极的有效面积为一激光点，因此Z轴电容传感器的电容量很小，甚至不到1个皮法。在实际应用中，为了提高灵敏度、改善非线性及克服外界条件变化对测量精度的影响，在传感器电路中不仅设计了差动传输方式，提高传输的稳定性，后续的信号检测电路中还通过VFC110芯片将频率信号转为电压信号，通过AD650芯片将信号进行放大，其检测电路如图4所示。 图4信号检测电路电路 采用高性能电压-频率转换器VFC110，为高精度的A/D转换器[4]。通过U