Устройство для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности

Предложение относится к устройствам для обработки заготовок лазерным лучом, а именно к устройствам для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности.
Известно устройство для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности, содержащее последовательно соединенные емкостное измерительное устройство для измерения расстояния от сопла лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок обработки сигнала измерительного устройства, блок управления приводом перемещения лазерной головки и привод перемещения лазерной головки, при этом упомянутое емкостное измерительное устройство выполнено с возможностью соединения своих входов с соплом и обрабатываемой поверхностью. [1, 2, 3].
Принцип действия емкостного измерительного устройства основан на использовании LC-осциллятора для измерения емкости между соплом и обрабатываемой поверхностью широко известен и здесь не описывается. Управление дистанцией между соплом лазерной головки основано на поддержании постоянного значения электрической емкости между соплом лазерной головки и рабочей поверхностью. Это обеспечивает сохранение постоянной дистанции и исключает коллизии между соплом лазерной головки и рабочей поверхностью в рабочем процессе обработки заготовки. В аварийных же ситуациях, а, так же в процессе настройки машины, возможно соприкосновение сопла и рабочей поверхности. При этом возможен ненадежный гальванический контакт между соплом и поверхностью. Это приводит к явлению, известному в электротехнике, как «дребезг контактов». Оно характеризуется хаотичным появлением и отсутствием гальванического контакта, что можно представить смесью различных, независимых частот. Попадание паразитных частот, соответствующих увеличению дистанции, в блок обработки сигнала измерительного устройства приводит к тому, что управляющее устройство попытается опустить лазерную головку, несмотря на то, что сопло уже касается поверхности.
Несмотря на то, что такая ситуация может происходить довольно редко, последствия ее приводят к повреждению обрабатываемой детали и необратимой поломке лазерной головки.
Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении надежности работы устройства.
Указанный результат достигается за счет того, что устройство для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности, содержащее последовательно соединенные емкостное измерительное устройство для измерения расстояния от сопла лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок обработки сигнала измерительного устройства, блок управления приводом перемещения лазерной головки и привод перемещения лазерной головки, при этом упомянутое емкостное измерительное устройство выполнено с возможностью соединения своих входов с соплом и обрабатываемой поверхностью снабжено детектором касания сопла лазерной головки с обрабатываемой поверхностью, выполненным в виде полосового фильтра, полоса пропускания которого соответствует рабочему диапазону частоты емкостного измерительного устройства, при этом входы упомянутого детектора касания подключены параллельно входам упомянутого емкостного измерительного устройства, а выход детектора касания соединен со вторым входом блока обработки сигнала измерительного устройства.
Пример выполнения заявляемого устройства представлен на чертеже.
Лазерная головка 1 выполнена с приводом 2 для вертикального перемещения лазерной головки для поддержания заданного расстояния относительно обрабатываемой поверхности 3.
Устройство для управления положением лазерной головки включает емкостное измерительное устройство 4, измеряющее расстояние от сопла 5 лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок 6 обработки сигнала, блок 7 управления приводом, и детектор 8 касания соплом обрабатываемой поверхности.
Входы 9, 10 измерительного устройства 4 подключены соответственно к соплу 5 лазерной головки и обрабатываемой поверхности 3, а его выход 11 - к первому входу 12 блока 6 обработки сигнала, выход 13 которого подключен ко входу 14 блока 7 управления приводом.
Входы 15, 16 детектора 8 подключены параллельно входам 9, 10 измерительного устройства 4, а его выход 17 - ко второму входу 18 блока обработки сигнала измерительного устройства.
Детектор 8 касания представляет собой полосный фильтр, полоса пропускания которого соответствует рабочему диапазону частоты емкостного датчика. При ненадежном касании сопла обрабатываемой поверхности происходит хаотичное изменение частоты осциллятора емкостного измерительного устройства и выход ее за пределы установленного диапазона. При надежном касании происходит срыв частоты осциллятора. В обоих случаях сигнал на выходе детектора касания пропадает, что является сигналом аварийной ситуации, который формируется значительно раньше, чем аварийный сигнал блока 6 обработки сигнала измерительного устройства. Это позволяет сократить время реакции системы и предотвратить механические коллизии.
Устройство работает следующим образом.
Осциллятор емкостного измерительного устройства изменяет свою частоту, как функцию от измеряемой дистанции. Частотный сигнал измерительного устройства поступает в блок 6 обработки сигнала, где сначала он преобразуется в цифровую величину, а, затем, используя характеристическую кривую, в значение, соответствующее измеренной дистанции.
Значение дистанции передается в блок 7 управления приводом, которое, используя привод 2, управляет вертикальным положением лазерной головки по отношению к обрабатываемой поверхности. Дистанция между соплом 5 лазерной головки 1 и обрабатываемой поверхностью 3 может, таким образом, сохраняться постоянной. В рабочем режиме это обеспечивает возможность позиционирования сопла над обрабатываемой поверхностью, избегая коллизий. При аварийном касании соплом обрабатываемой поверхности сигнал на выходе детектора касания пропадает, что может быть использовано, в зависимости от выбранного режима работы, в качестве команды для немедленного останова работы установки как с подъемом сопла от поверхности, так и без подъема.
Характеристическая кривая представляет собой зависимость дистанции от измеренной емкости. Эта кривая снимается в процесс периодической калибровки и хранится в памяти блока 7 управления приводом, что позволяет позиционировать сопло перед началом обработки, не используя для этого иные дополнительные устройства.
Таким образом, данное техническое решение позволит повысить надежность работы устройства и предотвратить его поломку.
Источники информации:
1. Патент US №6509744, МКИ - G01B 7/02, 2003
2. Патент US №8247732, МКИ - B23K 26/046, 2012
3. Патент US №5094046, МКИ - B23K 26/00, 1997