專利名稱：數(shù)控火焰切割割嘴高度自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)控切割機(jī)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(dòng)調(diào)控系統(tǒng)。
技術(shù)背景數(shù)控切割機(jī)是對(duì)金屬板材下料的機(jī)電設(shè)備，作為型材加工的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是集數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jī)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(huì)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(dòng)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(shí)時(shí)檢測(cè)割嘴和工件表面之間的高度。問題在于用火焰切割時(shí)，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(cè)并實(shí)時(shí)控制割嘴到工件之間高度的自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型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(dòng)調(diào)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能高精度檢測(cè)并實(shí)時(shí)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，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種數(shù)控火焰切割割嘴高度自動(dòng)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(gè)閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)由單片機(jī)控制電路和H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，單片機(jī)控制電路的輸出端與H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端口連接，H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口與割炬升降電機(jī)連接；傳感器部分由感應(yīng)環(huán)、切割鋼板、信號(hào)檢測(cè)電路和高度設(shè)定電位器組成，感應(yīng)環(huán)固定在割炬上，感應(yīng)環(huán)與信號(hào)檢測(cè)電路的輸入端口連接，信號(hào)檢測(cè)電路的輸出端口將電壓信號(hào)V2輸入到控制系統(tǒng)中的單片機(jī)控制電路，高度設(shè)定電位器將電壓信號(hào)Vl輸入到控制系統(tǒng)中的單片機(jī)控制電路；感應(yīng)環(huán)和切割鋼板之間裝有電容Cx。上述信號(hào)檢測(cè)電路由運(yùn)算放大電路和檢波電路兩部分組成；運(yùn)算放大電路由R1、R2、R3組成的“T”型網(wǎng)絡(luò)大阻值電阻、C2，C3，C4，R5，R6，R7構(gòu)成的“雙T”型濾波器、運(yùn)算放大器Ul和運(yùn)算放大器U2組成；“T”型網(wǎng)絡(luò)大阻值電阻和Cl并聯(lián)，一端與運(yùn)算放大器Ul的輸出端連接，另一端連接在參考電容與運(yùn)算放大器Ul連接的線路上，即運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端，運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端接地；運(yùn)算放大器Ul的輸出端與運(yùn)算放大器U2的同相輸入端連接，運(yùn)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(hào)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(yùn)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(yùn)算放大器U2，R4，R5，Cl構(gòu)成；增益放大電路由運(yùn)算放大器U5，R6，R7，R8組成。本實(shí)用新型能高精度檢測(cè)并實(shí)時(shí)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I是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是運(yùn)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(shí)施方式
如圖1、4所示一種數(shù)控火焰切割割嘴高度自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)，由傳感器部分和控制系統(tǒng)部分組成一個(gè)閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)由單片機(jī)控制電路和H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，單片機(jī)控制電路的輸出端與H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端口連接，H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口與割炬升降電機(jī)5連接；傳感器部分由感應(yīng)環(huán)I、切割鋼板2、信號(hào)檢測(cè)電路和高度設(shè)定電位器3組成，感應(yīng)環(huán)固定在割炬4上，感應(yīng)環(huán)與信號(hào)檢測(cè)電路的輸入端口連接，信號(hào)檢測(cè)電路的輸出端口將電壓信號(hào)V2輸入到控制系統(tǒng)中的單片機(jī)控制電路，高度設(shè)定電位器將電壓信號(hào)Vl輸入到控制系統(tǒng)中的單片機(jī)控制電路；感應(yīng)環(huán)和切割鋼板之間裝有電容Cx。割炬通過升降減速機(jī)6上、下運(yùn)動(dòng)，割炬的上、下運(yùn)動(dòng)就帶動(dòng)感應(yīng)環(huán)的升降，感應(yīng)環(huán)和鋼板之間的距離反映到傳感器上就是Cx，通過信號(hào)檢測(cè)電路輸出電壓信號(hào)V2 (V2與割炬和鋼板之間的距離dx呈函數(shù)關(guān)系)，高度設(shè)定電位器輸出電壓信號(hào)VI。如圖4所示電壓信號(hào)Vl和電壓信號(hào)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(hào)給A/D電路，由A/D電路分別采集后送給單片機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)動(dòng)，電流采樣電阻的一端電壓送給A/D處理，然后由單片機(jī)根據(jù)采樣電阻的電壓值來(lái)監(jiān)控電機(jī)是否正常工作。如圖2所示信號(hào)檢測(cè)電路中的運(yùn)算放大電路有如下幾個(gè)特點(diǎn)(I) “T”型網(wǎng)絡(luò)電阻的設(shè)計(jì)。R1、R2、R3組成的“T”型網(wǎng)絡(luò)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(shí)際電路中，需要至少3M以上的電阻，如果用單個(gè)的電阻來(lái)代替“T”型網(wǎng)絡(luò)電阻，則會(huì)在Ul的輸出端產(chǎn)生大約0. 4mV的噪聲電壓，這大大的降低了檢測(cè)的分辨率。如果用“T”型網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(duì)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(luò)電阻和Cl并聯(lián)，控制運(yùn)算放大器Ul輸入
直流偏置。(3) “雙T”型濾波器的設(shè)計(jì)。〇2，03，04，1 5，1 6，1 7構(gòu)成的“雙1'”型濾波器，其陷波頻率為lOOKHz，因此運(yùn)放U2對(duì)于IOOKHz的激勵(lì)信號(hào)相當(dāng)于開路。[0020]如圖3所示為信號(hào)檢測(cè)電路中的檢波電路。如前所述，電容值Cx包含在運(yùn)算法電容檢測(cè)電路輸出的信號(hào)V2 (I)的振幅中，因此需設(shè)計(jì)一套能調(diào)制出V2 (I)的幅值的電路，檢波電路可以實(shí)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(dòng)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(gè)閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)由單片機(jī)控制電路和H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，單片機(jī)控制電路的輸出端與H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端口連接，H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口與割炬升降電機(jī)連接；傳感器部分由感應(yīng)環(huán)、切割鋼板、信號(hào)檢測(cè)電路和高度設(shè)定電位器組成，感應(yīng)環(huán)固定在割炬上，感應(yīng)環(huán)與信號(hào)檢測(cè)電路的輸入端口連接，信號(hào)檢測(cè)電路的輸出端口將電壓信號(hào)V2輸入到控制系統(tǒng)中的單片機(jī)控制電路，高度設(shè)定電位器將電壓信號(hào)Vl輸入到控制系統(tǒng)中的單片機(jī)控制電路；感應(yīng)環(huán)和切割鋼板之間裝有電容Cx。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)控火焰切割割嘴高度自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于上述信號(hào)檢測(cè)電路由運(yùn)算放大電路和檢波電路兩部分組成；運(yùn)算放大電路由R1、R2、R3組成的“T”型網(wǎng)絡(luò)大阻值電阻、C2，C3，C4，R5，R6，R7構(gòu)成的“雙T”型濾波器、運(yùn)算放大器Ul和運(yùn)算放大器U2組成；“T”型網(wǎng)絡(luò)大阻值電阻和Cl并聯(lián)，一端與運(yùn)算放大器Ul的輸出端連接，另一端連接在參考電容與運(yùn)算放大器Ul連接的線路上，即運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端，運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端接地；運(yùn)算放大器Ul的輸出端與運(yùn)算放大器U2的同相輸入端連接，運(yùn)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(hào)V2 ；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控火焰切割割嘴高度自動(dòng)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(dòng)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于上述檢波電路一由運(yùn)算放大器Ul、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(yùn)算放大器U2，R4，R5，Cl構(gòu)成；增益放大電路由運(yùn)算放大器U5，R6，R7，R8組成。
專利摘要一種數(shù)控火焰切割割嘴高度自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)，由傳感器部分和控制系統(tǒng)部分組成?？刂葡到y(tǒng)由單片機(jī)控制電路和H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。傳感器部分由感應(yīng)環(huán)、切割鋼板、信號(hào)檢測(cè)電路和高度設(shè)定電位器組成，感應(yīng)環(huán)固定在割炬上，感應(yīng)環(huán)與信號(hào)檢測(cè)電路的輸入端口連接，信號(hào)檢測(cè)電路的輸出端口將電壓信號(hào)V2輸入到控制系統(tǒng)中的單片機(jī)控制電路，高度設(shè)定電位器將電壓信號(hào)V1輸入到控制系統(tǒng)中的單片機(jī)控制電路；感應(yīng)環(huán)和切割鋼板之間裝有電容Cx。本系統(tǒng)能高精度檢測(cè)并實(shí)時(shí)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(hào)B23K7/10GK202461762SQ20112015621
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)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(guó), 馬志峰 申請(qǐng)人:天津天寶華科機(jī)械有限公司