發(fā)布時間：2019-07-18 07:37

【摘要】：激光切割是熱切割技術(shù)發(fā)展的熱點之一,作為一種新興的熱切割方式,它具有高效率、高精度、低噪音、污染小等特點。高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是激光切割機的一個極其重要的組成部分,它直接關(guān)系到激光焦點在加工材料上位置的一致性和準確性,進而決定了工件切割質(zhì)量的好壞。所以設(shè)計一種激光切割機高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有重要的意義。本文設(shè)計一種以DSP作為主控芯片的激光切割機高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。首先介紹了研究背景和意義,分析激光切割機高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。論述了激光切割機高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的需求,完成了系統(tǒng)總體框架的設(shè)計。比較多種檢測手段的優(yōu)缺點,根據(jù)該調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點,最終選擇電容式位移傳感器作為高度檢測的傳感器。結(jié)合變論域思想和模糊控制理論,對切割頭所在機械臂的高度進行閉環(huán)控制,設(shè)計了激光切割機高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)變論域模糊控制器。對電容式位移傳感器進行了工作原理和電氣特性分析,通過建模推導電容值與距離的關(guān)系曲線,理論計算出電容的變化情況,為電容檢測電路提供理論支持。設(shè)計以CAV424為核心的電容檢測電路,并將CAV424轉(zhuǎn)換后所得的模擬電壓信號作為檢測模塊DSP的輸入。同時,設(shè)計了分段最小二乘法非線性化校正程序。檢測模塊DSP對模擬電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波,并利用非線性化校正程序進行曲線擬合,最終得到高精度的距離測量值。完成了以DSP作為核心的控制模塊的硬件和軟件設(shè)計,通過軟硬件模塊的配合實現(xiàn)激光切割機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各個功能。結(jié)合變論域思想和模糊控制算法,設(shè)計變論域模糊控制器。對該控制器進行仿真研究,并通過軟件實現(xiàn)。最后搭建了激光切割機高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的試驗平臺,對系統(tǒng)進行了實驗測試,并通過對比,發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與預期相符,滿足各項性能指標。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 發(fā)展的是高復雜度、多樣化、高精度加工零件的需求設(shè)備已很難滿足復雜度高、形狀多變、柔性化的高精在金屬加工領(lǐng)域，金屬的切割是其一個至關(guān)重要的組件的加工質(zhì)量、尺寸精度、切割效率以及工件的利用產(chǎn)成本和質(zhì)量[1]。金屬切割的方法很多，但目前用的工藝為熱切割。目前市面上采用較多的熱切割方式多等離子切割以及火焰切割。其中，速度快、效率高、點決定了激光切割技術(shù)廣闊的應用前景和適用范圍[2]。割從根本上來就講就是一個激光光能轉(zhuǎn)換為熱能的過一道光束，其功率雖大，然而其光束光斑范圍越大，能并不足以融化金屬，因此需要利用聚焦透鏡將激光光的焦點處于合適的位置。此時，激光的能量聚集到一個能作用于待切割材料，轉(zhuǎn)換成熱能。在高功率的能量至氣化[4]。通過對噴嘴吹氣，直接吹散氣化后的金屬吹走，如圖 1-1 所示。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 至關(guān)重要的有：切割時水平移動的速度、激光發(fā)生器的功率、焦點與工件的相對位置、噴嘴形狀和構(gòu)造以及輔助氣體的品種和壓強大小[5]。在本論文中，主要討論焦點的對焦位置對工件加工的影響。焦點與加工工件的相對距離被稱做離焦量。根據(jù)光學原理可知，激光光束聚焦后，透鏡焦長直接影響到光斑的大小，二者成正比關(guān)系。若是想要獲得的焦深比較寬，則需要選擇焦距比較長的透鏡。這種情況下，，若是需要加工厚度較大的材料，則可通過增大激光發(fā)生器的功率來實現(xiàn)。反之，若是需要用小功率激光發(fā)生器切割比較薄的材料，就需要聚焦后的光斑很小才能使能量都聚集在一個點上。這時焦深比較淺，選擇一個焦距比較短的透鏡即可。當然，使用短焦的透鏡，其可供上下調(diào)節(jié)的空間余量也會比較少。在實際操作中，為了保證能量的充分利用，通常會保證焦點位置在加工材料的表面或稍下的地方。因此焦點位置的變化極大程度上影響著切割質(zhì)量[6]。焦點與加工工件的相對位置（即離焦量）對工件厚度以及切割縫隙的寬度的影響可以通過圖 1-2 來了解。從圖中不難發(fā)現(xiàn)，為了獲得最小的切割縫隙和最大的切割厚度，則需切割焦點保持在加工工件表面之下約 1/3 厚度的位置。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG485

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 雷曉瑜;曹廣忠;;TMS320F28335及其最小應用系統(tǒng)設(shè)計[J];電子設(shè)計工程;2009年01期

2 王桂霞;李媛;;位置隨動控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J];機電設(shè)備;2007年12期

3 鄧鴻林;;我國大功率CO_2激光數(shù)控切割機技術(shù)、市場及產(chǎn)業(yè)[J];激光與光電子學進展;2007年07期

4 鄢銼,李力鈞,李娟,謝小柱,張屹;激光切割板材表面質(zhì)量研究綜述[J];激光技術(shù);2005年03期

5 王曉嘉 ,高雋 ,王磊;激光三角法綜述[J];儀器儀表學報;2004年S2期

6 肖志紅;平板式電容傳感器測量電路研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2004年17期

7 朱國力,段正澄;基于運動控制器的開放式激光焦點位置控制系統(tǒng)[J];鍛壓機械;2000年01期

8 郝喜海,吳若梅,張繼紅;激光切割技術(shù)在機械制造中的應用及發(fā)展[J];機械制造;1999年08期

9 李洪興;變論域自適應模糊控制器[J];中國科學E輯:技術(shù)科學;1999年01期

10 劉強,鄭瑩娜,盛鑌,曹鍵;電容傳感器激光焦點檢測誤差分析[J];工業(yè)儀表與自動化裝置;1998年03期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 李昆;激光非接觸位移傳感器的研制及其應用[D];中國地震局工程力學研究所;2004年

相關(guān)碩士學位論文 前8條

1 吉雪花;小功率直流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計[D];河北農(nóng)業(yè)大學;2010年

2 于士誠;調(diào)頻式電容位移傳感器中若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

3 陳春麗;火焰切割機自動調(diào)高系統(tǒng)研究[D];武漢理工大學;2008年

4 周文聘;激光切割機控制系統(tǒng)軟件的研究與開發(fā)[D];華中科技大學;2007年

5 虞瑤;基于CCD的激光切割機高度跟隨檢測系統(tǒng)的研究[D];華中科技大學;2007年

6 畢華麗;激光切割技術(shù)中工藝技術(shù)的試驗研究[D];大連理工大學;2006年

7 繆震華;激光切割機電容式Z浮的研究[D];華中科技大學;2005年

8 張宏偉;激光切割機開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究[D];天津大學;2004年

本文編號：2515734