一种控制装置、切割机的制作方法

1.本技术涉及金属加工技术领域，具体而言，涉及一种控制装置、一种切割机。


背景技术：

2.便携式切割机作为一种切割设备，通常包括对应不同切割方式(火焰切割、等离子弧切割等)的切割工具(简称“割具”)，例如，包括火焰切割的喷嘴和等离子弧切割枪头。由此，可以根据不同的金属板材选择不同的割具对金属进行切割，从而实现对碳钢、不锈钢、铜等不同金属板材的切割加工。另外，便携式切割机因其结构简单、轻盈、方便移动而被广泛使用。
3.通常，便携式切割机在切割金属板材的过程中，会产生料渣等残留物，从而使放置金属板材的料架不能保证所需的平整度，或板材在运输和加工过程中可能会产生各种变形，这些客观原因致使板材在切割加工过程中不能时刻与割具保持最佳距离。
4.然而，为达到金属切割的高工艺标准，金属板材切割加工过程中切割机的割具与板材之间的距离对切割精度和切割效果至关重要，需精确控制。现有一般采用手动调整的方式对切割机的割具与待切割板材之间的距离进行调整实际使用中，手动调整需要操作工观察割具与板材的距离，由操作工手动去拧旋钮或者掰动开关来实现高度(即，切割机的割具与待切割板材之间的距离)跟踪，但手动调整的精度依赖于操作工的经验和观察，不利于大量生产时的对高度的精确控制。且金属板材切割操作过程中有一定的危险性，不当操作会严重影响操作工的人身安全。另外，手动调整的方式也严重影响板材切割的自动化程度及对切割机的割具与待切割板材之间的距离的跟踪精度。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种控制装置，用于，实现在切割机切割过程中自动地对切割机的割具与待切割对象之间的距离进行实时跟踪与控制，减少因人工操作切割机所导致的安全问题，同时，一定程度上改善手动调整所存在的调整精度不高的问题。
6.为了实现上述目的，本技术的实施例通过如下方式实现：
7.第一方面，本技术实施例提供了一种控制装置，所述控制装置包括：模式选择模块，用于基于用户的操作选择控制模式，所述切割机的不同割具分别对应一种控制模式；处理模块，与所述模式选择模块连接，搭载有处理器，所述处理器用于基于不同模式，采用不同的运算方式，计算出所述割具与待切割对象之间的距离，并发出控制信号；控制模块，与所述处理模块和所述切割机连接，用于控制所述切割机与所述待切割对象之间的距离。
8.本技术实施例中，通过用户的操作使用的不同的切割方式，使得模式选择模块连接不同的线路，从而实现选择不同的控制模式，实现对不同切割机的不同控制模式进行选择；处理模块，与模式选择模块连接，基于不同模式，采用不同的运算方式，计算出切割机与待切割对象之间的距离，并发出控制信号；控制模块，与处理模块连接，通过处理模块的控
制信号，控制切割机的移动，从而实现控制切割机与待切割对象之间的距离的目的。
9.一实施例中，所述控制模块包括：步进电机，与所述切割机传动连接。
10.本实施例中，通过对步进电机转轴的转动方向和转动速度控制实现对切割机的割具的运动方向和速度进行控制，进而完成对切割机割具与待切割对象之间的距离的控制。
11.一实施例中，所述处理模块，还包括：mosfet管驱动电路，所述 mosfet管驱动电路分别与所述处理器和所述步进电机连接，用于基于所述处理器的信号控制所述步进电机。
12.本实施例中，由于步进电机需体积较大的步进电机驱动器进行控制，使用专用控制信号控制步进电机的转轴转动，为减轻控制装置的重量，本技术通过使用mosfet管驱动电路发出控制信号给步进电机，驱动步进电机的转轴转动，使得控制装置的集成度更高，信号传输更快。
13.一实施例中，所述步进电机，为丝杆步进电机；所述控制模块还包括两根导杆及一移动件，所述两根导杆并行设置，所述移动件包括本体及延伸部，所述本体的两端分别可滑动地穿设在所述两根导杆上，所述延伸部设置在所述两根导杆之间且与所述两根导杆平行，所述步进电机的丝杆与所述导杆平行设置，且穿设在所述移动件上，并至少与所述本体或所述延伸部螺纹配合，所述导杆用于限制所述移动件沿所述导杆移动；所述延伸部设置有夹具，所述夹具用于安装所述切割机。
14.本技术实施例中，通过使用步进电机带动割具在垂直方向移动，由于需对不同的切割机进行控制，因此使用丝杆步进电机，在步进电机的丝杆转动，带动移动件沿导杆上下移动，而移动件上设置有夹具，夹具可以安装不同的切割机，由此可以实现步进电机控制不同的切割机。其中，控制模块设置有两根导杆，相比现有切割机使用单边轨道的方式，使用双导杆能保持切割机的稳定，不会因重量或其他因素出现晃动等影响切割精度，降低割具和控制装置对重量的要求。
15.一实施例中，所述控制装置还包括：信号采集模块，所述信号采集模块包括电容采集模块和弧压采集模块，其中，所述电容采集模块和所述弧压采集模块均与所述模式选择模块连接。
16.本实施例，针对不同的切割机，提供了不同信号的采集模块，通过采集的信号发送至模式选择模块，进而选择不同的控制模式。其中，具体通过弧压采集模块采集等离子切割机的弧压信号，通过电容采集模块火焰切割机的电容信号，将采集的信号转换为距离值，实现对不同种类切割机切割时割具与待切割对象距离的控制。
17.一实施例中，所述弧压采集模块，包括：模拟信号隔离器，与所述模式选择模块连接，其中，所述模拟信号隔离器包括分压电路、运算放大器和线性光电耦合器，所述分压电路、所述运算放大器和所述线性光电耦合器逐次连接，所述分压电路与等离子切割电源连接，所述线性光电耦合器与所述模式选择模块连接，所述模拟信号隔离器用于将等离子弧柱电压信号缩小至所述处理模块的电压处理范围后，发送至所述模式选择模块。
18.本实施例中，由于等离子切割电源的电压过大，处理器无法直接使用，因此通过模拟信号隔离器将电压缩小至处理器能够使用的范围。因为使用的是线性光电耦合器，故使得采集的模拟信号也能通过，并发送至模式选择模块。
19.一实施例中，所述电容采集模块，包括：导电环，设置于所述切割机上；其中所述导电环用于与待切割对象形成电容；高频电波发射电路，与所述导电环连接，用于给所述待切
割对象与所述导电环之间充电与放电。
20.本实施例中，通过增加到导电环与高频电波发射电路，使得切割机的割具能够与待切割对象之间形成电容，而距离的变化可以使形成的电容容值发生变化，因此，通过形成的电容可以计算出割具与待切割对象之间的距离。
21.一实施例中，所述电容采集模块还包括：电容传感器，所述电容传感器分别与所述模式选择模块和所述导电环连接，用于获取所述导电环与所述待切割对象间形成的电容；其中所述电容传感器包括检波二极管和滤波电路，所述检波二极管与所述导电环连接，所述滤波电路与所述模式选择模块连接，用于将所述电容的信号发送至所述模式选择模块。
22.本实施例中，对导电环与待切割对象形成的电容进行采集，使得处理器能够计算出相距的距离，并与预设值进行对于，从而才能发出控制信号控制切割机具体的移动距离。
23.一实施例中，所述模式选择模块包括第一连接点与第二连接点；所述第一连接点与所述弧压采集模块连接；所述第二连接点与所述电容采集模块连接。
24.本实施例中，模式选择模块通过从不同的连接点接收信号，判断出所使用的切割方式，进而将采集的信号发送至处理器做不同的处理。
25.一实施例中，所述处理模块中设置有模数转换器，所述模数转换器与所述模式选择模块连接，用于将从所述信号采集模块获取的模拟信号转换成数字信号。
26.本实施例中，信号采集模块获得的信号均为模拟信号，无法被处理器直接使用，因此，在处理器进行处理器，通过模数转换器将模拟信号转换为能够被处理器使用的数字信号。
27.第二方面，本实施提供了一种切割机，所述切割机包括：第一方面任一所述的控制装置；切割机主体安装有不同的割具，用于对待切割对象进行切割。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本技术实施例提供的一种控制装置的结构框图；
30.图2为本技术实施例提供的信号采集模块的结构框图；
31.图3为本技术实施例提供的弧压采集模块的电路图；
32.图4为本技术实施例提供的电容采集模块的电路图；
33.图5为本技术实施例提供的处理模块的结构框图；
34.图6为本技术实施例提供的切割机控制机构的结构图；
35.图7为本技术实施例提供的mosfet管驱动电路图；
36.图8为本技术提供的h桥驱动电路；
37.图9为本技术提供的h桥驱动电路的驱动电路；
38.图10为本技术提供的光耦隔离电路。
39.图标：模式选择模块100；处理模块200；处理模块200；模数转换器 210；处理器220；mosfet驱动电路230；控制模块300；步进电机310；延伸部320；导杆330；夹具340；信号
采集模块400；弧压采集模块410；模拟信号隔离器411；电容采集模块420；电容传感器421；高频电波发射电路422；导电环423。
具体实施方式
40.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
41.请参阅图1，本技术一实施例提供的一种控制装置，用于安装需要调整割具与待切割对象之间距离的切割机。在使用切割机对待切割对象进行切割加工时，控制装置会自动获取割具与待切割对象之间的距离，并根据预设的距离，自动控制切割机割具进行调整，使割具与待切割对象之间保持在一定距离，从而实现对切割机切割时的对距离的精确控制。
42.一实施例中，控制装置包括模式选择模块100、处理模块200、控制模块300和信号采集模块400。
43.模式选择模块100，用于基于用户的操作选择切割机的控制模式。
44.一实施例中，模式选择模块100为包括第一连接点与第二连接点。
45.本实施例中，模块选择模块100可以是继电器，继电器上有常开触点和常闭触点，其中，继电器上的常开触点为第一连接点，常闭触点为第二连接点。可以理解的是，模式选择模块100可以是具有选择功能的电子元件或开关等器件，示例性地，模式选择模块100可以是单刀双掷开关继电器。模式选择模块100的不同连接点无法同时接通或使用，在使用不同的切割方式时，连通对应切割方式的连接点，使得信号采集电路和处理模块 200连接。
46.请一并参阅图2，图2为本技术实施例提供的信号采集模块的结构框图。
47.信号采集模块400，与模式选择模块100连接。
48.一实施例中，信号采集模块400包括弧压采集模块410和电容采集模块420，电容采集模块420和弧压采集模块410均与模式选择模块连接。
49.一实施例中，弧压采集模块410与模式选择模块100的第一连接点连接。
50.本实施例中，针对不同的切割机或同一切割机使用的不同切割方式，可以通过弧压采集模块410采集等离子切割时的弧柱电压，通过电容采集模块420采集火焰切割时的电容采集模块与待切割对象形成的电容。用户使用的切割方式不同，信号采集模块400采集的信号不同，将不同的信号经过模式选择模块100的不同连接点发送至处理模块200，从而选择不同的控制模式，对不同的切割方式采取不同的控制。
51.一实施例中，弧压采集模块410包括模拟信号隔离器411，其中，模拟信号隔离器411包括分压电路、运算放大器和线性光电耦合器，分压电路、运算放大器和线性光电耦合器逐次连接，分压电路与等离子切割电源连接，所述线性光电耦合器与模式选择模块连接，模拟信号隔离器411用于将等离子弧柱电压信号缩小至处理模块的电压处理范围后，发送至模式选择模块100。
52.请一并参阅图3，图3为本技术一实施例提供的弧压采集模块410的电路图。本实施例中，分压电路由多个电阻并列组成，运算放大器为图3中 r0至r(接口5处)部分，线性光电耦合器与运算放大器连接，从r16至 vout部分。弧压采集模块410用于采集等离子切割时弧柱电压。可以理解的是，等离子切割的电流是恒电流，而等离子切割时的弧柱可以相当于一
个电阻器，则割具与待切割对象距离越大时电路越大。由此，根据欧姆定律u＝ir得知，当电压越高时，电阻越大，则可通过电阻计算出割具与待切割对象之间的距离。
53.本实施例中，通过分压电路、运算放大器和线性光电耦合器构成了模拟信号隔离器411。其中，分压电路与等离子切割电源连接，能够直接获取等离子切割时的弧柱电压，线性光电耦合器与模式选择模块100连接，用于将采集到的电压信号发送至模式选择模块100，再经模式选择模块100发送至处理模块进行处理。其中，从等离子切割电源采集到电压因太大，处理模块200无法直接使用，故需通过模拟信号隔离器411缩小至处理模块 200能够处理的电压范围。示例性地，模拟信号隔离器411可以将采集电压缩小到五十分之一，等离子切割电源的电压为dc40v-dc200v时，经过模拟信号隔离器的电压为0.8v-4v。需要注意的是，此处使用的光电耦合器为能够传输模拟信号的线性光电耦合器。具体地，模拟信号隔离器411的电阻r4和连接r5连接等离子切割电源，用于获取切割时，等离子源的电压值；vout与模式选择模块100的第一连接点连接，具体地，模拟信号隔离器411的vout与继电器的常开触点连接。经弧压采集模块采集410和转化后，电压信号从vout处输出。
54.请继续参阅图2，一实施例中，电容采集模块420与模式选择模块连接 100。
55.一实施例中，电容采集模块420包括导电环423、高频电波发射电路 422和电容传感器421。
56.一实施例中，导电环423，设置于所述切割机上；其中，导电环423用于与待切割对象形成电容；高频电波发射电路422，与导电环423连接，用于给金属板材与导电环423之间充电与放电。
57.本实施例中，由于等离子切割和火焰切割的对象都为金属，因此，在切割机的割具上设置具有一定面积的导电环423，再通过高频电波发射电路 422给导电环423和待切割对象充放电，由此，可以使导电环423和待切割对象之间形成电容。在相对的面积固定时，电容的容值受距离影响，因此，可以通过导电环423与待切割对象形成的容值变化，计算出相距的距离，具体地，在电荷量不变的情况下，容值变化可以通过两端电压来体现，通过计算电压计算出容值。
58.一实施例中，电容采集模块420还包括：电容传感器421，电容传感器分别与模式选择模块100和导电环423连接，用于获取导电环与待切割对象间形成的电容；其中电容传感器包括检波二极管和滤波电路，检波二极管与电容传感器421连接，滤波电路与模式选择模块100连接，用于将电容的信号发送至模式选择模块100。
59.请参阅图4，图4为本技术一实施例中提供的电容传感器的电路图。
60.本实施例中，导电环位于控制装置外部，高频电波发射电路422与电容传感器421位于控制装置内部，通过外部的高频线进行连接。
61.本实施例中，j1接口中的1连接导电环，2连接屏蔽层；tt1为所连接的是有源晶振，与线圈共同形成高频电波发射电路422，由此，高频电波发射电路422可以给导电环423充电与放电，使导电环423和待切割对象形成电容。具体地，tt1的有源晶振具有高频的特点，示例性地，可以是16mhz 有源晶振。
62.本实施例中，电容传感器421与模式选择模块100的第二连接点连接，通过使用检波二极管d1和与两个lc滤波电路采集导电环的电压，通过运算放大器放大电流后输出采集到的信号值。具体地，通过a点与模式选择模块100连接，将采集到的电压通过模式选择模块
100输出至处理模块200。示例性地，a点可以与继电器的常闭触点连接，运算放大器可以是lm358，连接方式可以是在a点输出处使用外接的高频线使电容采集模块420与模式选择模块100连接。请一并参阅图6，图6中的连接电路处，与控制装置主体连接，即与模式选择模块100连接，使用外接的高频线进行连接。
63.请参阅图5，图5为本技术实施例提供的处理模块200的结构框图。
64.处理模块200，与所述模式选择模块100连接，搭载有处理器，处理器用于基于不同模式，采用不同的运算方式，计算出所述割具与待切割对象之间的距离，并发出控制信号。
65.一实施例中，处理模块200包括处理器220，模数转换器210，其中，处理器220与模数转换器210连接，模数转换器210与模式选择模块100 连接。
66.本实施例中，处理器220能够进行逻辑运算，数据处理，发出控制信号等常规功能，因此，本实施例中的处理器220可以是不同形式的处理器，例如cpu、mcu等。
67.本实施例中，由于信号采集模块400采集的信号为模拟信号，处理器 220无法直接处理，因此，在信号输入值处理器220进行运算处理前，通过模数转换器210将模拟的数据转换为数字数据，使得其能够被处理器220 直接使用。
68.本实施例中，处理器220用于计算接收到的数据与预设值的差值，通过差值的正负与大小，发出控制信号控制割具在垂直方向移动，从而切割机与待切割对象之间的距离。具体的控制信号与控制方式可以根据具体的切割方式和不同的情况进行设定。
69.请参阅图6，图6为本技术实施例提供的控制装置的机械结构图。
70.控制模块300，与处理模块200和切割机连接，用于控制所述切割机的割具与待切割对象之间的距离。
71.一实施例中，控制模块300包括步进电机310，步进电机310为丝杆步进电机。
72.一实施例中，控制模块300还包括两根导杆330及一移动件，两根导杆并行设置，移动件包括本体及延伸部320，本体的两端分别可滑动地穿设在两根导杆上，延伸部320设置在两根导杆之间且与两根导杆330平行，步进电机310的丝杆和移动件的延伸部320均与导杆330平行设置，步进电机310的丝杆穿设在移动件上，并至少与本体或延伸部螺纹配合，使步进电机310在导杆330上移动。延伸部320上设置有夹具，夹具用于安装切割装置。其中，延伸部320上可以安装不同的割具安装支架，即夹具340，由此根据安装夹具的不同，安装不同的切割机及割具，从而实现与不同切割机的连接。
73.具体地，由于割具安装在延伸部320上，因此，控制割具与待切割对象的距离则需控制步进电机310在转轴转动在双导杆330上移动。相较于现有使用单边轨道(在水平方向只有边指点，另一边悬空)的方式，使用两根导杆330的能够保持稳定性，从而一定程度上放宽控制器和割具对重量的要求。
74.一实施例中，步进电机310的移动受处理模块200的控制。具体地，处理模块200中包括mosfet管驱动电路230，mosfet管驱动电路230 分别与处理器220和步进电机310连接，用于基于所述处理器220的信号控制步进电机310。
75.请参阅图7，图7为本技术实施例提供的处理器与mosfet管驱动电路的连接图。本实施例中，由于处理器无法直接控制步进电机移动，需要设置驱动步进电机的装置，而常规的步进电机驱动器体积过大，且需要步进电机驱动器的专用控制信号。而使用mosfet管驱动步进电机作为较成熟的技术，通过mosfet管驱动电路230来控制步进电机310，能够较好
的减少控制装置的重量。因此，本实施例，在处理器220上连接mosfet 管驱动电路230，将处理器220输出的控制信号发送至mosfet管驱动电路230，通过mosfet管驱动电路230驱动步进电机的移动，避免使用复杂且体积较大的步进电机驱动器，通过在处理模块200中设置驱动电路，使得控制装置的整体集成度更高，信号传输更快。示例性地，um1和um2 在mosfet管驱动电路230中，用于与处理器220连接。在mosfet管驱动电路230中cp1、cp2、cp3、cp4均连接处理器220的控制信号输出端，用于接收处理器220发出的控制信号，经过mosfet管驱动电路230 后，控制信号转化为步进电机的专用控制信号，从enout端输出至步进电机310，使步进电机310在导杆330上运动，具体地，cp1和cp2，cp3 和cp4与处理器220连接，用于获取处理器220发出的不同的控制信号，包括环分、细分、电流等或其他控制信号，经um1和um2转换后，输出至与其连接dm1和dm2或dm3和dm4，再经dm1、dm2、dm3、dm4 电路转化为步进电机的控制信号后输出从enout端输出至控制模块300。
76.请一并参阅图8、图9和图10，具体地，图8、图9和图10的全部内容分别为图7的部分电路图，其中，图8为h桥驱动电路，用于与控制模块300连接，即用于连接步进电机，控制步进电机在设定方向的移动，图9 为h桥驱动电路的驱动电路，用于驱动如图8的电路，图10为光耦隔离电路，其中cp1/cp2/cp3cp4用于与处理器220连接，接收处理器220发出的控制信号。
77.本实施例中，信号采集模块400实时采集切割时的弧压或电容信号，通过处理模块200采集的信号值，实时计算出割具与待切割对象的距离，再发出控制信号，实时控制割具在垂直方向的移动，从而实现待切割对象表面高低不平时，割具跟随待切割对象变化趋势而变化。
78.本实施例中，图6中连接电路处，用于火焰切割时，通过外接高频线与控制装置内的高频电波发射电路与电容传感器421连接，具体地，连接位置为图4中c44与检波二极管连接处。
79.一实施例中，控制装置，还包括显示模块，显示模块与处理模块200 连接，具体地，与处理器220连接。显示模块获取处理模块200运算过程中的数据，示例性地，为便于操作人员操作，显示模块显示预设的距离值和实际的距离值，为便于技术人员处理问题，显示模块还可以显示采集的电容、电压、电流等数据。
80.基于同一构思，本技术一实施例中，提供了一种切割机。切割机包括前述任一控制装置和切割机主体，当切割机主体对待切割对象进行切割时，控制装置能够控制切割机主体的割具，使得割具与待切割对象保持距离在一定范围内。
81.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。