Độ chính xác điều khiển của hệ thống theo dõi tự động vị trí tiêu điểm cắt laser ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng xử lý cắt laser.
Hệ thống điều khiển bao gồm cảm biến LVDT cảm ứng hoặc cảm biến điện dung và máy vi tính đơn chip có những nhược điểm như khả năng chống nhiễu thấp, chất lượng phản hồi động kém và độ mở kém.Bài báo này giới thiệu một hệ thống điều khiển bao gồm bộ mã hóa quang kỹ thuật số và bộ điều khiển chuyển động.Nó sử dụng bộ điều khiển chuyển động phổ quát làm hệ thống điều khiển để cải thiện chất lượng điều khiển, tính mở, độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống, có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề trên.
Việc nghiên cứu hệ thống theo dõi tự động vị trí tiêu điểm cắt laser có thể được xem xét trên hai khía cạnh:
(1) Cách phát hiện vị trí tương đối giữa tiêu điểm laser và đối tượng được xử lý một cách ổn định, đáng tin cậy và thuận tiện
Xử lý laser là xử lý không tiếp xúc và không thể phát hiện trực tiếp vị trí lấy nét và vị trí lấy nét được xác định bởi khoảng cách giữa gương lấy nét và bề mặt của đối tượng xử lý.Do đó, một phương pháp phổ biến là phát hiện khoảng cách giữa gương lấy nét và bề mặt của đối tượng xử lý, từ đó gián tiếp phát hiện vị trí tương đối của tiêu điểm laser và bề mặt của đối tượng xử lý.
Thông thường, các phương pháp phát hiện được chia thành loại tiếp xúc và loại không tiếp xúc:
Cảm biến tiếp xúc bao gồm một bộ truyền động cơ học và một số cảm biến dịch chuyển tuyến tính (thường là cảm biến cảm ứng) chuyển đổi dịch chuyển tương đối của gương hội tụ và bề mặt của vật thể thành điện áp để hệ thống điều khiển sử dụng.
Cảm biến không tiếp xúc được trang bị cảm biến dòng xoáy điện dung và cảm ứng trên đầu quang học, sử dụng sự thay đổi điện dung hoặc độ tự cảm của cảm biến trên đầu quang học để phát hiện khoảng cách tương đối giữa gương lấy nét và bề mặt của đối tượng xử lý.
Hai phương pháp phát hiện này dành cho các ứng dụng khác nhau.Cảm biến không tiếp xúc điện dung chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng gia công kim loại bằng laser 3D vì không thuận tiện khi sử dụng cảm biến tiếp xúc.Trong các trường hợp khác, sử dụng cảm biến tiếp xúc sẽ phù hợp hơn.
Tuy nhiên, cả hai cảm biến đều được phát hiện bằng tín hiệu tương tự và trong quá trình cắt laser, quá trình ion hóa được tạo ra trong khu vực xử lý để tạo thành nhiễu điện từ, ảnh hưởng đến kết quả phát hiện.Trong khi đó, tần số đáp ứng của cảm biến LVDT cảm ứng thấp.ảnh hưởng đến đặc tính động học của hệ thống điều khiển, đây là những vấn đề cần giải quyết cấp bách.
(2) Sau khi phát hiện sự thay đổi của tiêu cự laser và vị trí của đối tượng xử lý, làm thế nào để nhanh chóng bù cho độ lệch, đó là vấn đề thiết kế của hệ thống theo vị trí.
Hệ thống theo dõi lấy nét riêng biệt thông thường được thực hiện bằng cách sử dụng động cơ bước điều khiển hệ thống tối thiểu của bộ vi điều khiển.Do hiệu suất của máy vi tính đơn chip tương đối đơn giản nên khó thực hiện chiến lược điều khiển phức tạp hơn và đặc tính động của động cơ bước thông thường tương đối kém, khó đáp ứng yêu cầu nhanh chóng của theo dõi lấy nét bằng laser.
Để khắc phục những thiếu sót trên, đã giới thiệu hệ thống theo dõi lấy nét tự động bằng laser dựa trên bộ điều khiển chuyển động, sử dụng bộ mã hóa quang học làm cảm biến dịch chuyển và sử dụng chức năng theo dõi chính-phụ (bánh răng điện tử) của bộ điều khiển chuyển động để đạt được sự bù nhanh vị trí lấy nét lỗi.
2 thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển bao gồm cảm biến vị trí lấy nét laser - bộ mã hóa quang học, bộ điều khiển - bộ điều khiển chuyển động và hệ thống servo AC bộ truyền động.
Đĩa mã quang là cảm biến dịch chuyển được sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống điều khiển số vòng bán kín.So với cảm biến dịch chuyển cảm ứng, nó có ưu điểm là ổn định tốt, đặc tính động tốt, khả năng chống nhiễu mạnh và kết nối dễ dàng với bộ điều khiển vị trí.Tuy nhiên, vì bộ mã hóa quang học là một cảm biến dịch chuyển góc nên cần phải thay đổi thành phần cơ học để phát hiện sự dịch chuyển tương đối của tiêu điểm laser và bề mặt của chi tiết gia công.Chúng tôi sử dụng vòng quay của bánh răng liên quan đến truyền động thanh răng và bộ mã hóa quang học để đạt được chuyển đổi này.Cấu trúc cụ thể không được thảo luận ở đây.
Bộ điều khiển chuyển động là bộ điều khiển chuyển động một trục với chức năng theo dõi vị trí chính-phụ.Ngoài chức năng của bộ điều khiển chuyển động chung, nó còn có chức năng theo dõi tự động vị trí của tín hiệu bộ mã hóa quang học.Tự động theo dõi vị trí tiêu điểm laser trong quá trình gia công cũng có thể đạt được các hoạt động khác nhau trong quá trình điều chỉnh chạy bộ.
Vì bộ điều khiển chuyển động chỉ có thể xuất ra hai tín hiệu xung hoặc tín hiệu xung và hướng, biến tần chỉ có thể sử dụng hệ thống servo hoàn toàn kỹ thuật số với đầu vào xung.
