专利名称：数控火焰切割割嘴高度自动调控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数控切割机上使用的自控系统，特别涉及一种数控火焰切割割嘴高度自动调控系统。
背景技术：
数控切割机是对金属板材下料的机电设备，作为型材加工的关键设备之一，它是集数控技术、计算机软硬件等技术为一体的高科技产品，在工业生产中发挥着重要的作用。 数控切割机在切割板材的过程中，由于钢板高低不平或者倾斜等其他原因会影响加工质量，为了提高加工的精度和质量，在切割过程中需要高性能的自动调高系统保证割嘴和钢板之间高度的恒定。火焰切割是利用喷嘴喷出的氧气燃烧放热，使工件切口处的金属局部熔化，并借高压气流排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。因此，要保证割嘴到工件之间高度的恒定，就需要实时检测割嘴和工件表面之间的高度。问题在于用火焰切割时，由于割嘴附近的温度很高，一般的高度传感器不适用，因此需要能高精度检测并实时控制割嘴到工件之间高度的自动调高系统。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种数控火焰切割割嘴高度自动调控系统，该系统能高精度检测并实时控制割嘴到工件之间高度，并且具有良好的稳定性、较高的精度和灵敏度。如上构思，本发明的技术方案是一种数控火焰切割割嘴高度自动调控系统，其特征在于由传感器部分和控制系统部分组成一个闭环自动控制系统；控制系统由单片机控制电路和H桥直流电机驱动电路构成，单片机控制电路的输出端与H桥直流电机驱动电路的输入端口连接，H桥直流电机驱动电路的输出端口与割炬升降电机连接；传感器部分由感应环、切割钢板、信号检测电路和高度设定电位器组成，感应环固定在割炬上，感应环与信号检测电路的输入端口连接，信号检测电路的输出端口将电压信号V2输入到控制系统中的单片机控制电路，高度设定电位器将电压信号Vl输入到控制系统中的单片机控制电路；感应环和切割钢板之间装有电容Cx。上述信号检测电路由运算放大电路和检波电路两部分组成；运算放大电路由Rl、 R2、R3组成的“T”型网络大阻值电阻、C2，C3，C4，R5，R6，R7构成的“双T”型滤波器、运算放大器Ul和运算放大器U2组成；“T”型网络大阻值电阻和Cl并联，一端与运算放大器Ul 的输出端连接，另一端连接在参考电容与运算放大器Ul连接的线路上，即运算放大器Ul的反相输入端，运算放大器Ul的同相输入端接地；运算放大器Ul的输出端与运算放大器U2 的同相输入端连接，运算放大器U2的反相输入端与“双T”型滤波器的一端连接，“双T”型滤波器的另一端输出电压信号V2 ；检波电路由检波电路、低通滤波器和增益放大电路依次连接组成；其中检波电路由运算放大器U1、过零比较器U3、反向器U4，Rl, R2，R3，NMOS管N3组成；低通滤波器由运算放大器U2，R4，R5，Cl构成；增益放大电路由运算放大器U5，R6，R7，R8组成。本发明能高精度检测并实时控制割嘴到工件之间高度，并且具有良好的稳定性、 较高的精度和灵敏度。
图1是本发明的总体结构框图；图2是运算放大电路图；图3是检波电路图；图4是控制系统方框图。
具体实施例方式如图1、4所示一种数控火焰切割割嘴高度自动调控系统，由传感器部分和控制系统部分组成一个闭环自动控制系统；控制系统由单片机控制电路和H桥直流电机驱动电路构成，单片机控制电路的输出端与H桥直流电机驱动电路的输入端口连接，H桥直流电机驱动电路的输出端口与割炬升降电机5连接；传感器部分由感应环1、切割钢板2、信号检测电路和高度设定电位器3组成，感应环固定在割炬4上，感应环与信号检测电路的输入端口连接，信号检测电路的输出端口将电压信号V2输入到控制系统中的单片机控制电路，高度设定电位器将电压信号Vl输入到控制系统中的单片机控制电路；感应环和切割钢板之间装有电容Cx。割炬通过升降减速机6上、下运动，割炬的上、下运动就带动感应环的升降，感应环和钢板之间的距离反映到传感器上就是Cx，通过信号检测电路输出电压信号V2 (V2与割炬和钢板之间的距离dx呈函数关系)，高度设定电位器输出电压信号VI。如图4所示电压信号Vl和电压信号V2首先通过放大滤波电路输出幅值合适而且稳定电压信号给A/D电路，由A/D电路分别采集后送给单片机控制电路处理，根据处理结果通过光电隔离控制H桥直流电机驱动电路的运动，电流采样电阻的一端电压送给A/D处理，然后由单片机根据采样电阻的电压值来监控电机是否正常工作。如图2所示信号检测电路中的运算放大电路有如下几个特点(1) “T”型网络电阻的设计。R1、R2、R3组成的“T”型网络大阻值电阻，可以获得较大的阻值从而降低输出端得噪声电压，其等效电阻为Rf = R1+R1R3/R2+R3。在实际电路中，需要至少3M以上的电阻，如果用单个的电阻来代替“T”型网络电阻，则会在Ul的输出端产生大约0. 4mY的噪声电压，这大大的降低了检测的分辨率。如果用“T”型网络电阻，取 Rl = R3 = 100K，R2 = 1K，则其等效电阻为10. 2M，而输出的噪声电压主要由Rl决定，而Rl 得知很小，因此可以大大的减小噪声电压。(2)Cx为割嘴和和钢板之间的电容，其所包含的杂散电容相当于接在Ul的反相输入端与地之间，通过Ul的虚地作用，杂散电容对电容的影响可以忽略，因此可以很好的消除杂散电容的干扰。Cref为参考电容，“T”型网络电阻和Cl并联，控制运算放大器Ul输入
直流偏置。(3) “双T”型滤波器的设计。C2，C3，C4，R5，R6，R7构成的“双T”型滤波器，其陷波频率为ΙΟΟΚΗζ，因此运放U2对于IOOKHz的激励信号相当于开路。
如图3所示为信号检测电路中的检波电路。如前所述，电容值Cx包含在运算法电容检测电路输出的信号V2(l)的振幅中，因此需设计一套能调制出V2(l)的幅值的电路，检波电路可以实现此功能。根据需要，图3中U3是过零比较器，Ul, U3，U4，Rl, R2，R3，N3组成检波电路，U2，R4，R5，Cl构成低通滤波器，U5, R6，R7，R8组成增益放大电路，调整输出电压。
权利要求
1.一种数控火焰切割割嘴高度自动调控系统，其特征在于由传感器部分和控制系统部分组成一个闭环自动控制系统；控制系统由单片机控制电路和H桥直流电机驱动电路构成，单片机控制电路的输出端与H桥直流电机驱动电路的输入端口连接，H桥直流电机驱动电路的输出端口与割炬升降电机连接；传感器部分由感应环、切割钢板、信号检测电路和高度设定电位器组成，感应环固定在割炬上，感应环与信号检测电路的输入端口连接，信号检测电路的输出端口将电压信号V2输入到控制系统中的单片机控制电路，高度设定电位器将电压信号Vl输入到控制系统中的单片机控制电路；感应环和切割钢板之间装有电容Cx。
2.根据权利要求1所述的数控火焰切割割嘴高度自动调控系统，其特征在于上述信号检测电路由运算放大电路和检波电路两部分组成；运算放大电路由R1、R2、R3组成的“Τ” 型网络大阻值电阻、C2，C3，C4，R5，R6，R7构成的“双Τ”型滤波器、运算放大器Ul和运算放大器U2组成；“Τ”型网络大阻值电阻和Cl并联，一端与运算放大器Ul的输出端连接，另一端连接在参考电容与运算放大器Ul连接的线路上，即运算放大器Ul的反相输入端，运算放大器Ul的同相输入端接地；运算放大器Ul的输出端与运算放大器U2的同相输入端连接， 运算放大器U2的反相输入端与“双Τ”型滤波器的一端连接，“双Τ”型滤波器的另一端输出电压信号V2。
3.根据权利要求1所述的数控火焰切割割嘴高度自动调控系统，其特征在于检波电路由检波电路一、低通滤波器和增益放大电路依次连接组成。
4.根据权利要求3所述的数控火焰切割割嘴高度自动调控系统，其特征在于上述检波电路一由运算放大器Ul、过零比较器U3、反向器U4，Rl，R2，R3，NMOS管Ν3组成；低通滤波器由运算放大器U2，R4，R5，Cl构成；增益放大电路由运算放大器U5，R6，R7，R8组成。
全文摘要
一种数控火焰切割割嘴高度自动调控系统，由传感器部分和控制系统部分组成。控制系统由单片机控制电路和H桥直流电机驱动电路构成。传感器部分由感应环、切割钢板、信号检测电路和高度设定电位器组成，感应环固定在割炬上，感应环与信号检测电路的输入端口连接，信号检测电路的输出端口将电压信号V2输入到控制系统中的单片机控制电路，高度设定电位器将电压信号V1输入到控制系统中的单片机控制电路；感应环和切割钢板之间装有电容Cx。本系统能高精度检测并实时控制割嘴到工件之间高度，并且具有良好的稳定性、较高的精度和灵敏度。
文档编号B23K7/10GK102193520SQ20111012656
公开日2011年9月21日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者刘志国, 马志峰 申请人:天津天宝华科机械有限公司