一种激光切割头工作距离监控系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种激光切割头工作距离监控系统及方法，该系统包括中控模块、信号处理模块、信号调理模块、DA转换电路以及用于将激光切割头工作距离转化为可变电容值的电容传感器，信号调理模块将电容传感器的电容值转化为方波信号，信号处理模块采样方波的周期值并进行滤波，得到有效周期值，中控模块接收当前有效周期值，并根据标定得到的距离

【技术实现步骤摘要】
一种激光切割头工作距离监控系统及方法


[0001]本专利技术属于激光切割机领域，具体涉及一种激光切割头工作距离监控系统及方法。

技术介绍

[0002]在使用激光切割板材的过程中，为了控制切割工艺，确保切割质量，需要控制激光焦点与待加工板材表面的距离，常规上一般通过控制切割头最低点与板材的距离来间接实现。由于该距离是影响切割质量最主要的因素之一，故在切割过程中实现对该距离的精准实时控制就成为激光切割最核心的技术之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种激光切割头工作距离监控系统及方法，其可以快速检测激光切割头工作距离，实时性好，精度高，从而更好地控制激光切割质量。
[0004]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术公开了一种激光切割头工作距离监控系统，包括中控模块、信号处理模块、信号调理模块以及用于将激光切割头与待加工板材间的距离转化为可变电容值的电容传感器，所述信号调理模块用于将电容传感器的电容值转化为方波信号，所述信号处理模块用于采样方波的周期值，对采样的方波周期值进行滤波后，得到与距离对应的有效周期值，所述中控模块接收当前有效周期值，并根据标定得到的距离
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周期曲线，得到当前距离值。
[0005]进一步地，本专利技术的激光切割头工作距离监控系统还包括信号转换模块，所述电容传感器与信号转换模块的输入端连接，信号转换模块的输出端与信号调理模块的输入端连接，所述信号转换模块用于对电容传感器的电容值进行采样和放大。
[0006]进一步地，信号调理模块用于将电容传感器的电容值转化为已知占空比的方波信号；信号处理模块用于计数方波高电平的上升和下降沿之间的时间，并结合已知占空比，计算出方波的周期值。
[0007]进一步地，本专利技术的激光切割头工作距离监控系统还包括DA转换电路，所述DA转换电路与中控模块的输出端连接，所述DA转换电路用于将中控模块得到的数字量转化为电压模拟量向外输出。
[0008]进一步地，本专利技术的激光切割头工作距离监控系统还包括I/O输入输出电路，所述I/O输入输出电路与中控模块电连接，所述I/O输入输出电路用于负责中控模块与PLC通信。
[0009]进一步地，还包括操作面板，所述操作面板与中控模块电连接，用于负责人机交互。
[0010]进一步地，所述信号处理模块、中控模块采用同一处理器，通过处理器的I/O中断对信号调理模块产生的方波进行采样，采样方波的周期值，并经过滤波后得到有效周期值。
[0011]进一步地，所述电容传感器设置在切割头底部，所述电容传感器包括金属内壳、金
属外壳，所述金属内壳位于金属外壳内，金属内壳与金属外壳之间设有间距，并彼此绝缘，所述金属内壳与金属外壳之间固定有绝缘层；金属内壳的底部设有金属喷嘴，喷嘴与金属内壳连接，使喷嘴的通孔与金属内壳的通孔连通；
[0012]喷嘴与金属内壳连接后形成极板A，将待加工板材作为极板Bx，使待加工板材与喷嘴之间形成电容Cx；待加工板材接地；
[0013]将金属外壳作为极板B0,使金属内壳与金属外壳之间形成电容C0；金属外壳接地；当待加工板材、金属外壳均接地时，电容C的对地电容值C＝C0+Cx，其中，C0为电容C的固定部分，Cx为电容C的可变部分，Cx随d变化而变化，从而使得电容C在一定范围内变化，d为喷嘴的最下端与待加工板材的上表面之间的间距。
[0014]本专利技术公开了一种激光切割头工作距离监控方法，包括如下步骤：
[0015]通过切割头底部设置的电容传感器将激光切割头与待加工板材间的距离转化为可变电容值的电容传感器；
[0016]将电容传感器的电容值转化为方波信号，采样方波的周期值，对采样的方波周期值进行滤波后，得到与距离对应的有效周期值；
[0017]进行距离标定，得到距离
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周期曲线；
[0018]在加工过程中，不断采样当前周期值，并根据标定得到的距离
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周期曲线，实时得到当前距离值。
[0019]进一步地，进行距离标定，得到距离
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周期曲线，具体包括:采样已知距离的若干样本点所对应的周期值，根据这些样本点对应的周期值拟合得到距离
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周期曲线；
[0020]采样标定起始点所对应的周期值时，检测周期值变化以及周期值变化值的变化，当周期值变化以及周期值变化值的变化同时满足各自条件时，就认为切割头触碰到板材，此时的周期值为标定起始点所对应的周期值。
[0021]进一步地，将系统配置为距离模式或速度模式，将系统配置为距离模式时，系统将得到的当前距离值转化为模拟电压值，通过DA转换模块，传入CNC，由CNC负责调整距离；
[0022]将系统配置为速度模式时，系统将设定距离与当前距离的差值作为输入，通过控制算法，得到代表电机转速的模拟电压值，并通过DA转换模块直接传入伺服模块，实时控制电机转速，从而保证当前距离与设定距离一致。
[0023]本专利技术至少具有如下有益效果：本专利技术通过切割头本体的底部设有的传感器将激光切割头与待加工板材间的距离转化为易测量的可变电容值，再通过信号处理模块将电容值转化为一定频率的方波信号，所述信号处理模块用于采样方波的周期值，对采样的方波周期值进行滤波后，得到与距离对应的有效周期值，并根据标定得到的距离
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周期曲线，得到当前距离值。本专利技术通过信号处理模块将电容值转化为一定频率的方波信号的目的是便于后续电路精准采样周期值，采用周期值滤波，因为干扰周期值一般相对很小，故可以采用很简单的滤波算法得到有效周期值，提高滤波效率。且采用周期值，如果干扰较少的时候，只需要很少的周期(根据标定参数设置)就可以得到有效周期值，采样速度较快。
[0024]本专利技术直接获得方波周期值，只需要计数单个方波的上升和下降沿之间的时间，频率越快，算得越快，从而使得信号处理过程的时长能实时跟随信号频率变快(慢)而变快(慢)。与需要预先固定采样周期从而得到频率值的常用方法相比，大幅提高了信号处理过程的实时性。
[0025]本专利技术将当前距离值作为距离控制系统的输入，从而能够实现对Z轴(切割头所在轴)的运动控制，可以实时控制激光切割头的切割高度或工作距离(即切割头最低点与板材的距离)，从而更好地控制激光切割质量。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0027]图1为本专利技术实施例提供的激光切割头工作距离监控系统的系统框图；
[0028]图2为本专利技术实施例提供的监控盒的架构图；
[0029]图3为本专利技术实施例提供的激光切割头的底部结构示意图；
[0030]图4为本专利技术实施例提供的电容值C与距离d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光切割头工作距离监控系统，其特征在于：包括中控模块、信号处理模块、信号调理模块以及用于将激光切割头与待加工板材间的距离转化为可变电容值的电容传感器，所述信号调理模块用于将电容传感器的电容值转化为方波信号，所述信号处理模块用于采样方波的周期值，对采样的方波周期值进行滤波后，得到与距离对应的有效周期值，所述中控模块接收当前有效周期值，并根据标定得到的距离
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周期曲线，得到当前距离值。2.如权利要求1所述的激光切割头工作距离监控系统，其特征在于：还包括信号转换模块，所述电容传感器与信号转换模块的输入端连接，信号转换模块的输出端与信号调理模块的输入端连接，所述信号转换模块用于对电容传感器的电容值进行采样和放大。3.如权利要求1所述的激光切割头工作距离监控系统，其特征在于：信号调理模块用于将电容传感器的电容值转化为已知占空比的方波信号；信号处理模块用于计数方波高电平的上升和下降沿之间的时间，并结合已知占空比，计算出方波的周期值。4.如权利要求1所述的激光切割头工作距离监控系统，其特征在于：还包括DA转换电路，所述DA转换电路与中控模块的输出端连接，所述DA转换电路用于将中控模块得到的数字量转化为电压模拟量向外输出。5.如权利要求1所述的激光切割头工作距离监控系统，其特征在于：还包括I/O输入输出电路，所述I/O输入输出电路与中控模块电连接，所述I/O输入输出电路用于负责中控模块与PLC通信；还包括操作面板，所述操作面板与中控模块电连接，用于负责人机交互。6.如权利要求1或3或4或5所述的激光切割头工作距离监控系统，其特征在于：所述信号处理模块、中控模块采用同一处理器，通过处理器的I/O中断对信号调理模块产生的方波进行采样，采样方波的周期值，并经过滤波后得到有效周期值。7.如权利要求1所述的激光切割头工作距离监控系统，其特征在于：所述电容传感器设置在切割头底部，所述电容传感器包括金属内壳、金属外壳，所述金属内壳位于金属外壳内，金属内壳与金属外壳之间设有间距，并彼此绝缘，所述金属内壳与金属外壳之间固定有绝缘层；金属内壳的底部设有金...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇晨，张峻铭，蒋威，许天睿，何东旭，杨继伟，唐雷贤，闵腾，吴苶，
申请(专利权)人：华工法利莱切焊系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：