Dokładność sterowania automatycznego systemu śledzenia położenia ostrości cięcia laserowego bezpośrednio wpływa na jakość obróbki cięcia laserowego.
Układ sterowania składający się z czujnika indukcyjnego LVDT lub czujnika pojemnościowego oraz mikrokomputera jednoukładowego ma wady, takie jak niska zdolność przeciwzakłóceniowa, słaba jakość odpowiedzi dynamicznej i słaba otwartość.W artykule przedstawiono system sterowania składający się z cyfrowego enkodera optycznego i kontrolera ruchu.Wykorzystuje uniwersalny kontroler ruchu jako system sterowania w celu poprawy jakości sterowania, otwartości, stabilności i niezawodności systemu, co może skutecznie rozwiązać powyższe problemy.
Badanie systemu automatycznego śledzenia położenia ogniska cięcia laserowego można rozpatrywać w dwóch aspektach:
(1) Jak stabilnie, niezawodnie i wygodnie wykryć względną pozycję między ogniskiem lasera a obrabianym obiektem
Obróbka laserowa jest przetwarzaniem bezkontaktowym, a pozycji ostrości nie można bezpośrednio wykryć, a pozycja ostrości jest określana na podstawie odległości między lustrem skupiającym a powierzchnią przetwarzanego obiektu.Dlatego powszechną metodą jest wykrywanie odległości między zwierciadłem skupiającym a powierzchnią przetwarzanego obiektu, a tym samym pośrednie wykrywanie względnego położenia ogniska lasera i powierzchni przetwarzanego obiektu.
Powszechnie metody detekcji dzielą się na kontaktowe i bezdotykowe:
Czujnik kontaktowy składa się z przekładni mechanicznej i kilku czujników przemieszczenia liniowego (zwykle czujników indukcyjnych), które przekształcają względne przemieszczenie zwierciadła skupiającego i powierzchni obiektu na napięcie wykorzystywane przez system sterowania.
Czujnik bezdotykowy wyposażony jest w pojemnościowy i indukcyjny czujnik wiroprądowy na głowicy optycznej, który wykorzystuje zmianę pojemności lub indukcyjności czujnika na głowicy optycznej do wykrywania względnej odległości między zwierciadłem skupiającym a powierzchnią obiekt przetwarzania.
Te dwie metody wykrywania są przeznaczone do różnych zastosowań.Pojemnościowe czujniki bezdotykowe są stosowane głównie w zastosowaniach związanych z laserową obróbką metali 3D, ponieważ stosowanie czujników stykowych nie jest wygodne.W innych przypadkach bardziej odpowiednie jest użycie czujnika kontaktowego.
Jednak oba czujniki są wykrywane za pomocą sygnałów analogowych, a podczas procesu cięcia laserowego w obszarze przetwarzania generowana jest jonizacja, tworząc zakłócenia elektromagnetyczne, które mają wpływ na wynik wykrywania.Tymczasem częstotliwość odpowiedzi indukcyjnego czujnika LVDT jest niska.Wpływające na charakterystykę dynamiczną układu sterowania są to problemy, które należy pilnie rozwiązać.
(2) Po wykryciu zmiany ogniska lasera i pozycji przetwarzanego obiektu, jak szybko zrekompensować odchylenie, czyli problem projektowy systemu śledzenia pozycji.
Zwykły oddzielny system śledzenia ostrości jest realizowany przy użyciu minimalnego silnika krokowego sterowania systemem mikrokontrolera.Ponieważ wydajność mikrokomputera jednoukładowego jest stosunkowo prosta, trudno jest wdrożyć bardziej skomplikowaną strategię sterowania, a charakterystyka dynamiczna zwykłego silnika krokowego jest stosunkowo słaba, co jest trudne do spełnienia szybkich wymagań śledzenia ostrości lasera.
Aby przezwyciężyć powyższe niedociągnięcia, wprowadzono system automatycznego śledzenia ostrości lasera oparty na kontrolerze ruchu, który wykorzystuje enkoder optyczny jako czujnik przemieszczenia i wykorzystuje funkcję śledzenia master-slave (przekładnia elektroniczna) kontrolera ruchu w celu uzyskania szybkiej kompensacji położenia ostrości błąd.
2 projekt sprzętu systemu sterowania
Układ sterowania składa się z laserowego czujnika położenia ogniska - enkodera optycznego, sterownika - kontrolera ruchu oraz siłownika układu serwo AC.
Dysk z kodem optycznym jest najczęściej stosowanym czujnikiem przemieszczenia w systemie sterowania numerycznego z półzamkniętą pętlą.W porównaniu z indukcyjnym czujnikiem przemieszczenia ma zalety dobrej stabilności, dobrych właściwości dynamicznych, silnej zdolności przeciwzakłóceniowej i łatwego połączenia z kontrolerem pozycji.Ponieważ jednak enkoder optyczny jest czujnikiem przemieszczenia kątowego, konieczna jest zmiana elementu mechanicznego w celu wykrycia względnego przemieszczenia ogniska lasera i powierzchni przedmiotu obrabianego.Wykorzystujemy obrót koła zębatego związany z napędem zębatki i enkoderem optycznym, aby osiągnąć tę konwersję.Konkretna struktura nie jest tutaj omawiana.
Kontroler ruchu to jednoosiowy kontroler ruchu z funkcją śledzenia pozycji master-slave.Oprócz funkcji ogólnego kontrolera ruchu, posiada również funkcję automatycznego śledzenia pozycji sygnału optycznego enkodera.Automatyczne śledzenie położenia ogniska lasera podczas obróbki może również wykonywać różne operacje podczas regulacji skokowej.
Ponieważ kontroler ruchu może wysyłać tylko dwa sygnały impulsowe lub sygnały impulsowe i kierunkowe, napęd może wykorzystywać wyłącznie całkowicie cyfrowy system serwo z wejściem impulsowym.
