Die Steuerungsgenauigkeit des automatischen Trackingsystems für die Fokusposition des Laserschneidens wirkt sich direkt auf die Qualität der Laserschneidbearbeitung aus.
Das aus einem induktiven LVDT-Sensor oder einem kapazitiven Sensor und einem Ein-Chip-Mikrocomputer bestehende Steuerungssystem weist Nachteile wie geringe Entstörungsfähigkeit, schlechte dynamische Reaktionsqualität und schlechte Offenheit auf.In diesem Artikel wird ein Steuerungssystem vorgestellt, das aus einem digitalen optischen Encoder und einem Bewegungscontroller besteht.Es verwendet einen universellen Bewegungscontroller als Steuerungssystem, um die Steuerungsqualität, Offenheit, Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems zu verbessern, wodurch die oben genannten Probleme effektiv gelöst werden können.
Die Untersuchung des automatischen Trackingsystems für die Fokusposition des Laserschneidens kann unter zwei Gesichtspunkten betrachtet werden:
(1) Wie man die relative Position zwischen dem Laserfokus und dem bearbeiteten Objekt stabil, zuverlässig und bequem erkennt
Bei der Laserbearbeitung handelt es sich um eine berührungslose Bearbeitung. Die Fokusposition kann nicht direkt erfasst werden und die Fokusposition wird durch den Abstand zwischen dem Fokussierspiegel und der Oberfläche des Bearbeitungsobjekts bestimmt.Daher besteht eine übliche Methode darin, den Abstand zwischen dem Fokussierspiegel und der Oberfläche des Bearbeitungsobjekts zu erfassen und so indirekt die relative Position des Laserfokus und der Oberfläche des Bearbeitungsobjekts zu erfassen.
Im Allgemeinen werden die Erkennungsmethoden in kontaktbehaftete und berührungslose Erkennungsmethoden unterteilt:
Der Kontaktsensor besteht aus einer mechanischen Übertragung und einigen linearen Verschiebungssensoren (normalerweise induktive Sensoren), die die relative Verschiebung des Fokussierungsspiegels und der Oberfläche des Objekts in eine Spannung zur Verwendung durch das Steuersystem umwandeln.
Der berührungslose Sensor ist mit einem kapazitiven und induktiven Wirbelstromsensor am optischen Kopf ausgestattet, der die Änderung der Kapazität oder Induktivität des Sensors am optischen Kopf nutzt, um den relativen Abstand zwischen dem Fokussierspiegel und der Oberfläche des zu erfassen Verarbeitungsobjekt.
Diese beiden Erkennungsmethoden sind für unterschiedliche Anwendungen vorgesehen.Kapazitive berührungslose Sensoren werden hauptsächlich in 3D-Laser-Metallbearbeitungsanwendungen eingesetzt, da die Verwendung von Kontaktsensoren nicht praktisch ist.In anderen Fällen ist es sinnvoller, einen Kontaktsensor zu verwenden.
Die Erkennung beider Sensoren erfolgt jedoch über analoge Signale und während des Laserschneidprozesses kommt es im Bearbeitungsbereich zu Ionisation und damit zu elektromagnetischen Störungen, die Einfluss auf das Erkennungsergebnis haben.Unterdessen ist die Ansprechfrequenz des induktiven LVDT-Sensors niedrig.Diese Probleme, die sich auf die dynamischen Eigenschaften des Steuerungssystems auswirken, müssen dringend gelöst werden.
(2) Wie kann die Abweichung schnell kompensiert werden, nachdem die Änderung des Laserfokus und der Position des Bearbeitungsobjekts erkannt wurde, dh das Designproblem des Positionsverfolgungssystems?
Das übliche separate Fokusverfolgungssystem wird mithilfe des Schrittmotors mit minimaler Systemsteuerung des Mikrocontrollers implementiert.Da die Leistung des Einzelchip-Mikrocomputers relativ einfach ist, ist es schwierig, eine kompliziertere Steuerungsstrategie zu implementieren, und die dynamischen Eigenschaften des gewöhnlichen Schrittmotors sind relativ schlecht, was es schwierig macht, die schnellen Anforderungen der Laserfokusverfolgung zu erfüllen.
Um die oben genannten Mängel zu überwinden, wird ein automatisches Laserfokus-Tracking-System auf Basis einer Bewegungssteuerung eingeführt, das einen optischen Encoder als Verschiebungssensor verwendet und die Master-Slave-Tracking-Funktion (elektronisches Getriebe) der Bewegungssteuerung nutzt, um eine schnelle Kompensation der Fokusposition zu erreichen Fehler.
2 Hardware-Design des Steuerungssystems
Das Steuerungssystem besteht aus einem Laserfokus-Positionssensor, einem optischen Encoder, einem Controller, einem Bewegungscontroller und einem Aktuator-AC-Servosystem.
Die optische Codescheibe ist der am weitesten verbreitete Wegsensor im numerischen Steuerungssystem mit halbgeschlossenem Regelkreis.Im Vergleich zum induktiven Wegsensor bietet er die Vorteile einer guten Stabilität, guter dynamischer Eigenschaften, einer starken Entstörungsfähigkeit und einer einfachen Verbindung mit dem Positionsregler.Da es sich beim optischen Encoder jedoch um einen Winkelverschiebungssensor handelt, ist es notwendig, die mechanische Komponente zu ändern, um die relative Verschiebung des Laserfokus und der Oberfläche des Werkstücks zu erfassen.Für diese Umwandlung nutzen wir die mit dem Zahnstangenantrieb verbundene Zahnraddrehung und den optischen Encoder.Auf die konkrete Struktur wird hier nicht eingegangen.
Der Motion Controller ist ein einachsiger Motion Controller mit Positions-Master-Slave-Tracking-Funktion.Zusätzlich zur Funktion des allgemeinen Motion Controllers verfügt er auch über eine automatische Tracking-Funktion für die Position eines optischen Encodersignals.Durch die automatische Verfolgung der Laserfokusposition während der Bearbeitung können auch verschiedene Vorgänge während der Jog-Anpassung durchgeführt werden.
Da der Motion Controller nur zwei Impulssignale oder Impuls- und Richtungssignale ausgeben kann, kann der Antrieb nur ein volldigitales Servosystem mit Impulseingang verwenden.
