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位移調整，始終保證焦點處于理想位置，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，國外已經開發(fā)出帶有自動聚焦系統(tǒng)的激光切割機頭，但其價格不菲。針對我國激光切割行業(yè)對相關技術的迫切需求，以及國內裝備在中低端產品市場的巨大優(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、微機系統(tǒng)、伺服電機四部分組成。衡量Z 浮工作性能好壞的技術指標主要有定位精度、線性度、靈敏度、重復性、分辨力、遲滯以及漂移等，而這些大都與傳感器本身的結構設計和微小電容信號檢測電路的性能相關。因此，傳感器結構的穩(wěn)定性以及信號檢測電路的測量精度直接關系到Z 浮工作性能的好壞。本論文設計了激光切割用Z 浮電容傳感器結構以及微小電容檢測系統(tǒng)，其主要內容如下：
　　 首先，對Z 浮用平行板電容傳

3、感器工作原理進行分析，綜合高低頻時電容傳感器特性，在此基礎上確定了2MHz 激勵源信號工作頻率以及充放電網絡的檢測電路。
　　 其次，針對激光切割的實際環(huán)境，對影響電容傳感器工作性能的各種因素進行理論分析，比如Z 浮用電容傳感器邊緣效應，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，從結構設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的方法，設計了具有創(chuàng)新性的“三層”結構:外屏蔽層

4、、內屏蔽層(保護環(huán))、感應層的傳感器感應極板。
　　 最后對微小電容系統(tǒng)的整體電路進行參數選擇，器件選型，電路的建模與仿真及硬件設計，包括信號激勵源設計，電容充放電網絡，低通濾波器設計，信號放大電路，50HZ 陷波電路以及光電隔離電路，經過電路的調試和系統(tǒng)的標定，分別引進傳感器等效電容組合模塊和Z 浮電容傳感器模塊進行實驗測量，對檢測系統(tǒng)中各種干擾和誤差因素進行了分析，評定其微小電容檢測系統(tǒng)的各項性能指標。
　　 實驗證