[发明专利]实现激光切割头随动系统信号处理的装置

说明书

本发明涉及一种实现激光切割头随动系统信号处理的装置，包括带通滤波器、隔直单元、整形单元和隔离单元，所述的带通滤波器去除非频率范围内的干扰信号，将信号滤波及整形成数字方波频率信号，隔直单元对方波信号进行采样，整形单元进行自适应处理，隔离单元检测输入信号两个上升沿间隔，并对受干扰的电容值信号进行屏蔽，并采用估算值填充。采用了本发明的实现激光切割头随动系统信号处理的装置，对激光切割头的高度信息通过喷嘴与工件的电容表示出来，将电容值信号转换为数字频率信号进行处理，并采用硬件滤波与软件自适应抗干扰处理，抗干扰能力更强，对传输线要求低，现场环境适应性强。

技术领域

本发明涉及激光技术应用领域，尤其涉及数字运动控制领域，具体是指一种实现激光切割头随动系统信号处理的装置。

背景技术

激光切割技术是通过将激光束聚集成很小的光斑，使焦点处的材料瞬间气化，形成孔洞完成切割。与传统切割方法相比具有切割缝隙窄、切割速度快、切面质量好、无刀具损耗、可切割几乎任何性质的材料和无运行惯性等优点。因此激光切割技术已被加工行业广泛应用。

激光切割过程中需保证切口处瞬间气化，才能达到最佳效果。这就需要激光切割头的喷嘴与工件保持恒定间隔。由于夹具误差和工件本身平整度等问题，喷嘴需动态调整高度，从而保证切割质量。因此激光切割过程中必须采用一种动态调节激光切割头与工件之间间隔的装置。该装置由距离测量传感器、控制器和伺服系统组成；距离传感器负责快速采集激光切割头与工件之间的距离，控制器接收距离传感器发送来的距离信号，并采用相关控制算法将控制信号发送到伺服系统，伺服系统控制电机动态调节激光切割头的高度，从而保证激光切割头与工件直接距离恒定。

现有激光切割头距离传感器均利用工件与激光切割头之间形成的电容表示高度信息，测量电容值从而得出高度信息。目前激光切割随动系统的电容值信号主要有两种获取方案：一种是将板间电容充电将其转换为电压信号，由控制器测量电压平均值来推算出高度、另一种采用LC谐振电路将电容值转换为频率信号再由控制器采集频率推算高度。第一种方法的劣势在于：1)模拟信号易受干扰影响其正常工作，具体表现在为切割过程中随动功能失效，激光切割头异常抖动导致加工失败。2)模拟信号无法远距离传输，对线缆的质量要求较高。现在第一种测量方法已被逐步淘汰。第二种方法相比第一种方法，电容值信号由模拟量转换为数字频率信号，抗干扰性能大幅提升，但实际应用环境干扰较大时，数字频率信号会被干扰导致脉冲丢失，传统的频率采集方法已无法保证激光切割头随动效果。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足抗干扰能力强、传输要求低、环境适应性强的实现激光切割头随动系统信号处理的装置。

为了实现上述目的，本发明的实现激光切割头随动系统信号处理的装置如下：

该实现激光切割头随动系统信号处理的装置，其主要特点是，所述的装置包括带通滤波器、隔直单元、整形单元和隔离单元，所述的装置还与外部的激光切割头相连接，激光切割头与工件相连，所述的隔直单元的接收端与带通滤波器相连接，所述的整形单元的接收端与隔直单元相连接，所述的隔离单元的接收端与整形单元相连接；

所述的装置接收激光切割头输出的频率信号，所述的带通滤波器去除非频率范围内的干扰信号，将信号滤波及整形成数字方波频率信号，所述的隔直单元对方波信号进行采样，所述的整形单元进行自适应处理，所述的隔离单元检测输入信号两个上升沿间隔，并对受干扰的电容值信号进行屏蔽，并采用估算值填充；所述的隔离单元还与FPGA单元相连，隔离单元将信号输入至FPGA单元，由FPGA单元处理频率信号并控制伺服系统，实现随动功能。

较佳地，所述的电容频率信号输出模块由激光切割头、LC谐振电路与信号放大电路组成，输出频率信号。

较佳地，所述的带通滤波器包括带通滤波器、整形单元、隔离单元，所述的整形单元的输入端与带通滤波器相连，所述的隔离单元与整形单元相连，所述的带通滤波器滤除非频率范围内的干扰信号，通过整形单元将正弦信号整形成同频方波，经过隔离单元输入至隔直单元。