Η ακρίβεια ελέγχου του συστήματος αυτόματης παρακολούθησης θέσης εστίασης κοπής λέιζερ επηρεάζει άμεσα την ποιότητα της επεξεργασίας κοπής με λέιζερ.
Το σύστημα ελέγχου που αποτελείται από έναν επαγωγικό αισθητήρα LVDT ή έναν χωρητικό αισθητήρα και έναν μικροϋπολογιστή ενός τσιπ έχει μειονεκτήματα όπως χαμηλή ικανότητα κατά των παρεμβολών, κακή ποιότητα δυναμικής απόκρισης και ανεπαρκές άνοιγμα.Αυτή η εργασία εισάγει ένα σύστημα ελέγχου που αποτελείται από ψηφιακό οπτικό κωδικοποιητή και ελεγκτή κίνησης.Χρησιμοποιεί έναν γενικό ελεγκτή κίνησης ως σύστημα ελέγχου για τη βελτίωση της ποιότητας ελέγχου, του ανοίγματος, της σταθερότητας και της αξιοπιστίας του συστήματος, το οποίο μπορεί να λύσει αποτελεσματικά τα παραπάνω προβλήματα.
Η μελέτη του συστήματος αυτόματης παρακολούθησης θέσης εστίασης κοπής με λέιζερ μπορεί να εξεταστεί σε δύο πτυχές:
(1) Πώς να ανιχνεύσετε τη σχετική θέση μεταξύ της εστίας λέιζερ και του επεξεργασμένου αντικειμένου σταθερά, αξιόπιστα και άνετα
Η επεξεργασία λέιζερ είναι επεξεργασία χωρίς επαφή και η θέση εστίασης δεν μπορεί να ανιχνευθεί άμεσα και η θέση εστίασης καθορίζεται από την απόσταση μεταξύ του καθρέφτη εστίασης και της επιφάνειας του αντικειμένου επεξεργασίας.Επομένως, μια κοινή μέθοδος είναι η ανίχνευση της απόστασης μεταξύ του κατόπτρου εστίασης και της επιφάνειας του αντικειμένου επεξεργασίας, ανιχνεύοντας έτσι έμμεσα τη σχετική θέση της εστίασης λέιζερ και της επιφάνειας του αντικειμένου επεξεργασίας.
Συνήθως οι μέθοδοι ανίχνευσης χωρίζονται σε τύπο επαφής και τύπο μη επαφής:
Ο αισθητήρας επαφής αποτελείται από μια μηχανική μετάδοση και μερικούς αισθητήρες γραμμικής μετατόπισης (συνήθως επαγωγικούς αισθητήρες) που μετατρέπουν τη σχετική μετατόπιση του καθρέφτη εστίασης και της επιφάνειας του αντικειμένου σε τάση για χρήση από το σύστημα ελέγχου.
Ο αισθητήρας χωρίς επαφή είναι εξοπλισμένος με έναν χωρητικό και επαγωγικό αισθητήρα δινορευμάτων στην οπτική κεφαλή, ο οποίος χρησιμοποιεί την αλλαγή της χωρητικότητας ή της επαγωγής του αισθητήρα στην οπτική κεφαλή για να ανιχνεύσει τη σχετική απόσταση μεταξύ του καθρέφτη εστίασης και της επιφάνειας του αντικείμενο επεξεργασίας.
Αυτές οι δύο μέθοδοι ανίχνευσης είναι για διαφορετικές εφαρμογές.Οι χωρητικοί αισθητήρες χωρίς επαφή χρησιμοποιούνται κυρίως σε εφαρμογές επεξεργασίας μετάλλων με λέιζερ 3D, επειδή δεν είναι βολικό να χρησιμοποιείτε αισθητήρες επαφής.Σε άλλες περιπτώσεις, είναι πιο κατάλληλο να χρησιμοποιήσετε έναν αισθητήρα επαφής.
Ωστόσο, και οι δύο αισθητήρες ανιχνεύονται με αναλογικά σήματα και κατά τη διαδικασία κοπής με λέιζερ, δημιουργείται ιονισμός στην περιοχή επεξεργασίας για να σχηματιστεί ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή, η οποία επηρεάζει το αποτέλεσμα ανίχνευσης.Εν τω μεταξύ, η συχνότητα απόκρισης του επαγωγικού αισθητήρα LVDT είναι χαμηλή.Επηρεάζοντας τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος ελέγχου, αυτά είναι τα ζητήματα που πρέπει επειγόντως να επιλυθούν.
(2) Μετά την ανίχνευση της αλλαγής της εστίασης λέιζερ και της θέσης του αντικειμένου επεξεργασίας, πώς να αντισταθμίσετε γρήγορα την απόκλιση, δηλαδή το πρόβλημα σχεδιασμού του συστήματος που ακολουθεί τη θέση.
Το συνηθισμένο ξεχωριστό σύστημα παρακολούθησης εστίασης υλοποιείται χρησιμοποιώντας τον βηματικό κινητήρα ελάχιστου συστήματος ελέγχου του μικροελεγκτή.Επειδή η απόδοση του μικροϋπολογιστή ενός τσιπ είναι σχετικά απλή, είναι δύσκολο να εφαρμοστεί μια πιο περίπλοκη στρατηγική ελέγχου και τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συνηθισμένου βηματικού κινητήρα είναι σχετικά φτωχά, γεγονός που είναι δύσκολο να ανταποκριθεί στις γρήγορες απαιτήσεις της παρακολούθησης εστίασης λέιζερ.
Προκειμένου να ξεπεραστούν οι παραπάνω ελλείψεις, εισάγεται ένα σύστημα αυτόματης παρακολούθησης με εστίαση λέιζερ βασισμένο σε ελεγκτή κίνησης, το οποίο χρησιμοποιεί οπτικό κωδικοποιητή ως αισθητήρα μετατόπισης και χρησιμοποιεί τη λειτουργία παρακολούθησης master-slave (ηλεκτρονικό γρανάζι) του ελεγκτή κίνησης για να επιτύχει γρήγορη αντιστάθμιση της θέσης εστίασης λάθος.
2 Σχεδιασμός υλικού συστήματος ελέγχου
Το σύστημα ελέγχου αποτελείται από έναν αισθητήρα θέσης εστίασης λέιζερ - έναν οπτικό κωδικοποιητή, έναν ελεγκτή - έναν ελεγκτή κίνησης και ένα σερβο σύστημα AC ενεργοποιητή.
Ο οπτικός δίσκος κώδικα είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος αισθητήρας μετατόπισης στο σύστημα αριθμητικού ελέγχου ημικλειστού βρόχου.Σε σύγκριση με τον επαγωγικό αισθητήρα μετατόπισης, έχει τα πλεονεκτήματα της καλής σταθερότητας, των καλών δυναμικών χαρακτηριστικών, της ισχυρής ικανότητας κατά των παρεμβολών και της εύκολης σύνδεσης με τον ελεγκτή θέσης.Ωστόσο, δεδομένου ότι ο οπτικός κωδικοποιητής είναι ένας αισθητήρας γωνιακής μετατόπισης, είναι απαραίτητο να αλλάξει το μηχανικό εξάρτημα για να ανιχνευθεί η σχετική μετατόπιση της εστίασης λέιζερ και της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας.Χρησιμοποιούμε την περιστροφή του γραναζιού που σχετίζεται με τη μονάδα rack και τον οπτικό κωδικοποιητή για να επιτύχουμε αυτή τη μετατροπή.Η συγκεκριμένη δομή δεν συζητείται εδώ.
Ο ελεγκτής κίνησης είναι ένας ελεγκτής κίνησης μονού άξονα με λειτουργία εντοπισμού θέσης κύριου-σκλάβου.Εκτός από τη λειτουργία του γενικού ελεγκτή κίνησης, διαθέτει επίσης λειτουργία αυτόματης παρακολούθησης για τη θέση ενός σήματος οπτικού κωδικοποιητή.Η αυτόματη παρακολούθηση της θέσης εστίασης λέιζερ κατά τη διάρκεια της μηχανικής κατεργασίας μπορεί επίσης να επιτύχει διάφορες λειτουργίες κατά τη ρύθμιση του jog.
Δεδομένου ότι ο ελεγκτής κίνησης μπορεί να εξάγει μόνο δύο σήματα παλμού ή σήματα παλμού και κατεύθυνσης, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να χρησιμοποιήσει μόνο ένα ψηφιακό σερβο σύστημα με είσοδο παλμών.
