基于激光位移傳感器的激光修整砂輪控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、采用激光來(lái)修整砂輪作為一種非接觸修整法，避開了力的作用和硬接觸，基于熱的熔化和氣化機(jī)理，可同時(shí)去除磨粒和結(jié)合劑，是一種很有發(fā)展前途的砂輪修整技術(shù)，而提高修整精度和效率是需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文從控制系統(tǒng)入手研究如何達(dá)到高精度、高效的修整。 針對(duì)激光修整砂輪加工過(guò)程的控制，本文設(shè)計(jì)了一種采用高精度激光位移傳感器作為測(cè)量傳感器件，高速單片機(jī)C8051F021作為運(yùn)算處理和控制核心的在線實(shí)時(shí)數(shù)字化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)三角測(cè)量原理，采用邊

2、檢測(cè)邊燒蝕的方法，將高精度激光位移傳感器采集到的形貌信號(hào)作為控制輸入信號(hào)，經(jīng)控制板控制聲光調(diào)Q YAG激光巨脈沖的發(fā)射，從而對(duì)激光燒蝕加工進(jìn)行有效控制。分別從硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面來(lái)闡述了該系統(tǒng)，通過(guò)軟硬件的協(xié)調(diào)工作，最終整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)TTL調(diào)Q控制Nd:YAG激光器激光巨脈沖的發(fā)射與否的功能，對(duì)應(yīng)砂輪高點(diǎn)發(fā)射加工激光巨脈沖，低點(diǎn)則不發(fā)。 其次，本文分析了系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程所受的干擾。將加工光和檢測(cè)光分開，降低了檢測(cè)信號(hào)受激光

3、器自身穩(wěn)定性影響，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性和修整精度。針對(duì)控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程的外界干擾和內(nèi)部干擾，在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中考慮使用電源濾波、前置放大電路和主控制電路分離以降低干擾、元器件布局及PCB(印刷電路板)布線防干擾；在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中考慮使用了指令冗余技術(shù)、軟件陷阱、“看門狗“技術(shù)、軟件濾波技術(shù)以及CPU指令執(zhí)行速度；在測(cè)量頭系統(tǒng)中考慮使用了窄帶光學(xué)濾波片。 最后選取激光平均功率、脈沖重復(fù)頻率、磨床的軸向自動(dòng)進(jìn)給速度、砂

4、輪轉(zhuǎn)速等一系列最優(yōu)參數(shù)，采用該系統(tǒng)調(diào)Q控制Nd:YAG激光器，進(jìn)行對(duì)硬質(zhì)合金結(jié)合劑金剛石砂輪精密修整試驗(yàn)，驗(yàn)證該控制裝置能有效控制加工激光巨脈沖的發(fā)射，并能得到較理想的整形精度。采用激光位移傳感器非接觸測(cè)量了砂輪修整前后的砂輪精度，觀察分析了修整后砂輪表面地形地貌，修整后的砂輪表面磨粒分布均勻、靜態(tài)磨粒數(shù)多、突出高度大、磨粒明顯突出基體，磨粒表面完整較好，主要表現(xiàn)為磨粒表面平滑完整，多個(gè)棱邊都有完整鋒利的邊刃從而形成切削能力，磨粒上可觀