激光切割電容式Z浮微小電容檢測系統(tǒng)的研究.pdf

1、激光切割電容式Z 浮用于在切割過程中實(shí)時檢測工件表面高度變化，使切割頭能跟隨工件表面起浮做出相應(yīng)位移調(diào)整，始終保證焦點(diǎn)處于理想位置，維持切割過程中離焦量恒定，從而控制切口形狀，提高切口表面平整度。目前，國外已經(jīng)開發(fā)出帶有自動聚焦系統(tǒng)的激光切割機(jī)頭，但其價格不菲。針對我國激光切割行業(yè)對相關(guān)技術(shù)的迫切需求，以及國內(nèi)裝備在中低端產(chǎn)品市場的巨大優(yōu)勢，開發(fā)出具有Z 浮檢測功能的高性價比的適用于中低端市場的激光切割設(shè)備無疑顯得意義重大。
　　

2、 Z 浮通常由位移傳感器、信號檢測電路、微機(jī)系統(tǒng)、伺服電機(jī)四部分組成。衡量Z 浮工作性能好壞的技術(shù)指標(biāo)主要有定位精度、線性度、靈敏度、重復(fù)性、分辨力、遲滯以及漂移等，而這些大都與傳感器本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計和微小電容信號檢測電路的性能相關(guān)。因此，傳感器結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及信號檢測電路的測量精度直接關(guān)系到Z 浮工作性能的好壞。本論文設(shè)計了激光切割用Z 浮電容傳感器結(jié)構(gòu)以及微小電容檢測系統(tǒng)，其主要內(nèi)容如下：
　　 首先，對Z 浮用平行板電容傳

3、感器工作原理進(jìn)行分析，綜合高低頻時電容傳感器特性，在此基礎(chǔ)上確定了2MHz 激勵源信號工作頻率以及充放電網(wǎng)絡(luò)的檢測電路。
　　 其次，針對激光切割的實(shí)際環(huán)境，對影響電容傳感器工作性能的各種因素進(jìn)行理論分析，比如Z 浮用電容傳感器邊緣效應(yīng)，寄生電容，材料絕緣性能以及切割過程中等離子體，噴渣各種影響，從結(jié)構(gòu)設(shè)計上提出消除或盡量減小各種影響的方法。本課題摒棄了傳統(tǒng)的切割頭噴嘴采用全銅材質(zhì)的方法，設(shè)計了具有創(chuàng)新性的“三層”結(jié)構(gòu):外屏蔽層

4、、內(nèi)屏蔽層(保護(hù)環(huán))、感應(yīng)層的傳感器感應(yīng)極板。
　　 最后對微小電容系統(tǒng)的整體電路進(jìn)行參數(shù)選擇，器件選型，電路的建模與仿真及硬件設(shè)計，包括信號激勵源設(shè)計，電容充放電網(wǎng)絡(luò)，低通濾波器設(shè)計，信號放大電路，50HZ 陷波電路以及光電隔離電路，經(jīng)過電路的調(diào)試和系統(tǒng)的標(biāo)定，分別引進(jìn)傳感器等效電容組合模塊和Z 浮電容傳感器模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，對檢測系統(tǒng)中各種干擾和誤差因素進(jìn)行了分析，評定其微小電容檢測系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)。
　　 實(shí)驗(yàn)證