專利名稱：數(shù)控火焰切割割嘴高度自動調(diào)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控切割機上使用的自控系統(tǒng)，特別涉及一種數(shù)控火焰切割割嘴高度自動調(diào)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)控切割機是對金屬板材下料的機電設備，作為型材加工的關鍵設備之一，它是集數(shù)控技術(shù)、計算機軟硬件等技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。 數(shù)控切割機在切割板材的過程中，由于鋼板高低不平或者傾斜等其他原因會影響加工質(zhì)量，為了提高加工的精度和質(zhì)量，在切割過程中需要高性能的自動調(diào)高系統(tǒng)保證割嘴和鋼板之間高度的恒定?；鹧媲懈钍抢脟娮靽姵龅难鯕馊紵艧幔构ぜ锌谔幍慕饘倬植咳刍?，并借高壓氣流排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法。因此，要保證割嘴到工件之間高度的恒定，就需要實時檢測割嘴和工件表面之間的高度。問題在于用火焰切割時，由于割嘴附近的溫度很高，一般的高度傳感器不適用，因此需要能高精度檢測并實時控制割嘴到工件之間高度的自動調(diào)高系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一種數(shù)控火焰切割割嘴高度自動調(diào)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能高精度檢測并實時控制割嘴到工件之間高度，并且具有良好的穩(wěn)定性、較高的精度和靈敏度。如上構(gòu)思，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種數(shù)控火焰切割割嘴高度自動調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于由傳感器部分和控制系統(tǒng)部分組成一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)由單片機控制電路和H橋直流電機驅(qū)動電路構(gòu)成，單片機控制電路的輸出端與H橋直流電機驅(qū)動電路的輸入端口連接，H橋直流電機驅(qū)動電路的輸出端口與割炬升降電機連接；傳感器部分由感應環(huán)、切割鋼板、信號檢測電路和高度設定電位器組成，感應環(huán)固定在割炬上，感應環(huán)與信號檢測電路的輸入端口連接，信號檢測電路的輸出端口將電壓信號V2輸入到控制系統(tǒng)中的單片機控制電路，高度設定電位器將電壓信號Vl輸入到控制系統(tǒng)中的單片機控制電路；感應環(huán)和切割鋼板之間裝有電容Cx。上述信號檢測電路由運算放大電路和檢波電路兩部分組成；運算放大電路由Rl、 R2、R3組成的“T”型網(wǎng)絡大阻值電阻、C2，C3，C4，R5，R6，R7構(gòu)成的“雙T”型濾波器、運算放大器Ul和運算放大器U2組成；“T”型網(wǎng)絡大阻值電阻和Cl并聯(lián)，一端與運算放大器Ul 的輸出端連接，另一端連接在參考電容與運算放大器Ul連接的線路上，即運算放大器Ul的反相輸入端，運算放大器Ul的同相輸入端接地；運算放大器Ul的輸出端與運算放大器U2 的同相輸入端連接，運算放大器U2的反相輸入端與“雙T”型濾波器的一端連接，“雙T”型濾波器的另一端輸出電壓信號V2 ；檢波電路由檢波電路、低通濾波器和增益放大電路依次連接組成；其中檢波電路由運算放大器U1、過零比較器U3、反向器U4，Rl, R2，R3，NMOS管N3組成；低通濾波器由運算放大器U2，R4，R5，Cl構(gòu)成；增益放大電路由運算放大器U5，R6，R7，R8組成。本發(fā)明能高精度檢測并實時控制割嘴到工件之間高度，并且具有良好的穩(wěn)定性、 較高的精度和靈敏度。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是運算放大電路圖；圖3是檢波電路圖；圖4是控制系統(tǒng)方框圖。
具體實施例方式如圖1、4所示一種數(shù)控火焰切割割嘴高度自動調(diào)控系統(tǒng)，由傳感器部分和控制系統(tǒng)部分組成一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)由單片機控制電路和H橋直流電機驅(qū)動電路構(gòu)成，單片機控制電路的輸出端與H橋直流電機驅(qū)動電路的輸入端口連接，H橋直流電機驅(qū)動電路的輸出端口與割炬升降電機5連接；傳感器部分由感應環(huán)1、切割鋼板2、信號檢測電路和高度設定電位器3組成，感應環(huán)固定在割炬4上，感應環(huán)與信號檢測電路的輸入端口連接，信號檢測電路的輸出端口將電壓信號V2輸入到控制系統(tǒng)中的單片機控制電路，高度設定電位器將電壓信號Vl輸入到控制系統(tǒng)中的單片機控制電路；感應環(huán)和切割鋼板之間裝有電容Cx。割炬通過升降減速機6上、下運動，割炬的上、下運動就帶動感應環(huán)的升降，感應環(huán)和鋼板之間的距離反映到傳感器上就是Cx，通過信號檢測電路輸出電壓信號V2 (V2與割炬和鋼板之間的距離dx呈函數(shù)關系)，高度設定電位器輸出電壓信號VI。如圖4所示電壓信號Vl和電壓信號V2首先通過放大濾波電路輸出幅值合適而且穩(wěn)定電壓信號給A/D電路，由A/D電路分別采集后送給單片機控制電路處理，根據(jù)處理結(jié)果通過光電隔離控制H橋直流電機驅(qū)動電路的運動，電流采樣電阻的一端電壓送給A/D處理，然后由單片機根據(jù)采樣電阻的電壓值來監(jiān)控電機是否正常工作。如圖2所示信號檢測電路中的運算放大電路有如下幾個特點(1) “T”型網(wǎng)絡電阻的設計。R1、R2、R3組成的“T”型網(wǎng)絡大阻值電阻，可以獲得較大的阻值從而降低輸出端得噪聲電壓，其等效電阻為Rf = R1+R1R3/R2+R3。在實際電路中，需要至少3M以上的電阻，如果用單個的電阻來代替“T”型網(wǎng)絡電阻，則會在Ul的輸出端產(chǎn)生大約0. 4mY的噪聲電壓，這大大的降低了檢測的分辨率。如果用“T”型網(wǎng)絡電阻，取 Rl = R3 = 100K，R2 = 1K，則其等效電阻為10. 2M，而輸出的噪聲電壓主要由Rl決定，而Rl 得知很小，因此可以大大的減小噪聲電壓。(2)Cx為割嘴和和鋼板之間的電容，其所包含的雜散電容相當于接在Ul的反相輸入端與地之間，通過Ul的虛地作用，雜散電容對電容的影響可以忽略，因此可以很好的消除雜散電容的干擾。Cref為參考電容，“T”型網(wǎng)絡電阻和Cl并聯(lián)，控制運算放大器Ul輸入
直流偏置。(3) “雙T”型濾波器的設計。C2，C3，C4，R5，R6，R7構(gòu)成的“雙T”型濾波器，其陷波頻率為ΙΟΟΚΗζ，因此運放U2對于IOOKHz的激勵信號相當于開路。
如圖3所示為信號檢測電路中的檢波電路。如前所述，電容值Cx包含在運算法電容檢測電路輸出的信號V2(l)的振幅中，因此需設計一套能調(diào)制出V2(l)的幅值的電路，檢波電路可以實現(xiàn)此功能。根據(jù)需要，圖3中U3是過零比較器，Ul, U3，U4，Rl, R2，R3，N3組成檢波電路，U2，R4，R5，Cl構(gòu)成低通濾波器，U5, R6，R7，R8組成增益放大電路，調(diào)整輸出電壓。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控火焰切割割嘴高度自動調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于由傳感器部分和控制系統(tǒng)部分組成一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)由單片機控制電路和H橋直流電機驅(qū)動電路構(gòu)成，單片機控制電路的輸出端與H橋直流電機驅(qū)動電路的輸入端口連接，H橋直流電機驅(qū)動電路的輸出端口與割炬升降電機連接；傳感器部分由感應環(huán)、切割鋼板、信號檢測電路和高度設定電位器組成，感應環(huán)固定在割炬上，感應環(huán)與信號檢測電路的輸入端口連接，信號檢測電路的輸出端口將電壓信號V2輸入到控制系統(tǒng)中的單片機控制電路，高度設定電位器將電壓信號Vl輸入到控制系統(tǒng)中的單片機控制電路；感應環(huán)和切割鋼板之間裝有電容Cx。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控火焰切割割嘴高度自動調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于上述信號檢測電路由運算放大電路和檢波電路兩部分組成；運算放大電路由R1、R2、R3組成的“Τ” 型網(wǎng)絡大阻值電阻、C2，C3，C4，R5，R6，R7構(gòu)成的“雙Τ”型濾波器、運算放大器Ul和運算放大器U2組成；“Τ”型網(wǎng)絡大阻值電阻和Cl并聯(lián)，一端與運算放大器Ul的輸出端連接，另一端連接在參考電容與運算放大器Ul連接的線路上，即運算放大器Ul的反相輸入端，運算放大器Ul的同相輸入端接地；運算放大器Ul的輸出端與運算放大器U2的同相輸入端連接， 運算放大器U2的反相輸入端與“雙Τ”型濾波器的一端連接，“雙Τ”型濾波器的另一端輸出電壓信號V2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控火焰切割割嘴高度自動調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于檢波電路由檢波電路一、低通濾波器和增益放大電路依次連接組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控火焰切割割嘴高度自動調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于上述檢波電路一由運算放大器Ul、過零比較器U3、反向器U4，Rl，R2，R3，NMOS管Ν3組成；低通濾波器由運算放大器U2，R4，R5，Cl構(gòu)成；增益放大電路由運算放大器U5，R6，R7，R8組成。
全文摘要
一種數(shù)控火焰切割割嘴高度自動調(diào)控系統(tǒng)，由傳感器部分和控制系統(tǒng)部分組成。控制系統(tǒng)由單片機控制電路和H橋直流電機驅(qū)動電路構(gòu)成。傳感器部分由感應環(huán)、切割鋼板、信號檢測電路和高度設定電位器組成，感應環(huán)固定在割炬上，感應環(huán)與信號檢測電路的輸入端口連接，信號檢測電路的輸出端口將電壓信號V2輸入到控制系統(tǒng)中的單片機控制電路，高度設定電位器將電壓信號V1輸入到控制系統(tǒng)中的單片機控制電路；感應環(huán)和切割鋼板之間裝有電容Cx。本系統(tǒng)能高精度檢測并實時控制割嘴到工件之間高度，并且具有良好的穩(wěn)定性、較高的精度和靈敏度。
文檔編號B23K7/10GK102193520SQ20111012656
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者劉志國, 馬志峰 申請人:天津天寶華科機械有限公司