一种激光加工头的调高控制装置及其系统的制作方法

本实用新型涉及激光加工领域，具体涉及一种激光加工头的调高控制装置及其系统。

背景技术：

在激光切割中，为了保证被加工件的切割效果及切口的质量，就必须要求激光加工头的喷嘴与被加工件之间的间隙恒定。由于工件表面起伏不平和弯曲，机床工作台的不平整等因素，两者之间的间隙经常发生变化。为了使切割头喷嘴与工件之间的间隙在切割过程中始终保持恒定，就必须使用调高控制系统来自动保持间隙恒定。

传统的激光切割调高方案中，或是采用模拟量的方式和24v工业数字接口与数控系统通信，需要与通用模拟量io模块及通用数字io模块配套使用，成本高，抗干扰能力差；或是采用自定义总线进行通信，无法具有通用性。

如图1所示，传统的激光切割调高方案中至少需要3个模块，需要连接的线路有数十根，设备成本高，接线复杂，参数配置需要到电柜中单独对高度调整盒进行操作，出故障时操作人员难以排查故障点。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光加工头的调高控制装置及其系统，克服现有的激光切割调高方案中设备成本高，接线复杂，抗干扰能力差，且参数配置操作不方便，故障点排查困难的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光加工头的调高控制装置，包括：

信号接收模块，用于接收激光加工头的高度信号，并对高度信号进行提取，分离出与高度信号对应的频率信号；

主控模块，与信号接收模块连接，对信号接收模块分离出的频率信号进行采样和处理；以及

ethercat通信模块，与主控模块连接；其中，

所述ethercat通信模块获取主控模块采样和处理后的信号，将其传输至外部数控装置，所述外部数控装置根据ethercat通信模块传输的信号调整激光加工头的高度。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述信号接收模块包括用于对高度信号进行滤波处理的滤波电路单元，以及分别与滤波电路单元和主控模块连接的整形与电平转换单元，所述滤波电路单元对高度信号进行滤波处理，分离出与高度信号对应的频率信号，并将其传输至整形与电平转换单元进行整形和电平转换，所述整形与电平转换单元将整形和电平转换后的频率信号传输至主控模块。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述主控模块包括用于对频率信号进行采样的采样单元，与采样单元连接的信号处理单元，以及分别与信号处理单元和ethercat通信模块连接的缓存单元，所述信号处理单元对采样单元采样获取的频率信号进行数字滤波和线性化处理后，将其传输至缓存单元进行缓存。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述ethercat通信模块包括与主控模块通信连接的ethercat网络芯片，以及与ethercat网络芯片连接的网络传输接口单元，所述ethercat网络芯片获取主控模块采样和处理后的信号，并将其传输至网络传输接口单元，由网络传输接口单元将信号传输至外部数控装置。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述网络传输接口单元包括用于连接外部数控装置的rj45接口，以及网络变压器，所述网络变压器分别连接ethercat网络芯片和rj45接口。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述调高控制装置还包括设有一输入端口和至少一输出端口的封装模块，所述信号接收模块、主控模块和ethercat通信模块集成设置于封装模块中，所述信号接收模块与输入端口连接，所述ethercat通信模块与每一所述输出端口连接。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述主控模块与ethercat通信模块通过并行总线进行信号传输。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光加工头的调高控制系统，包括上述所述的激光加工头的调高控制装置，以及与调高控制装置的ethercat通信模块连接进行信号传输的数控装置，所述数控装置接收调高控制装置处理后的信号，并根据ethercat通信模块传输的信号调整激光加工头的高度。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述调高控制系统还包括与数控装置连接用于对工件进行加工的激光加工头，以及用于获取激光加工头的高度信号的传感器，所述传感器将获取的高度信号传输至调高控制装置的信号接收模块。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述数控装置包括用于输入设置参数的操作界面。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，通过设置信号接收模块、主控模块，以及ethercat通信模块，信号接收模块接收激光加工头的高度信号，并对高度信号进行提取，分离出与高度信号对应的频率信号，主控模块对该频率信号进行采样和处理，ethercat通信模块获取主控模块采样和处理的信号，将其传输至外部数控装置，外部数控装置根据ethercat通信模块传输的信号调整激光加工头的高度，实现激光加工头的调高控制，外部数控装置只要是ethercat主站便可与调高控制装置进行信号传输，大大扩展了上位机与下位机的通信，提供了更多的参数配置设置，灵活性高，通用性强，抗干扰能力强，且接线简单，省略数十根线路，节省了有限的电气柜体空间，方便维护，故障排查容易，大大提高了激光切割机床的调试效率，大大降低成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有的激光切割调高和模拟量控制方案的结构示意图；

图2是本实用新型的激光加工头的调高控制装置的结构框图；

图3是本实用新型的信号接收模块的结构框图；

图4是本实用新型的主控模块的结构框图；

图5是本实用新型的ethercat通信模块的结构框图；

图6是本实用新型的网络接口单元的结构框图；

图7是本实用新型的激光加工头的调高控制系统的结构框图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

如图2所示，本实用新型提供一种激光加工头的调高控制装置的优选实施例。

一种激光加工头的调高控制装置，包括信号接收模块10，用于接收激光加工头的高度信号，并对高度信号进行提取，分离出与高度信号对应的频率信号；主控模块20，与信号接收模块10连接，对信号接收模块10分离出的频率信号进行采样和处理；以及ethercat通信模块30，与主控模块20连接；其中，所述ethercat通信模块30获取主控模块20采样和处理后的信号，将其传输至外部数控装置50，所述外部数控装置50根据ethercat通信模块30传输的信号调整激光加工头60的高度。

通过设置信号接收模块10、主控模块20和与外部数控装置50通信连接的ethercat通信模块30，主控模块20对信号接收模块10分离出的高度信号对应的频率信号进行采样和处理后，将其传输至ethercat通信模块30，ethercat通信模块30获取主控模块20采样和处理后的信号，将其传输至外部数控装置50，由外部数控装置50根据ethercat通信模块30传输的信号来调整激光加工头60的高度，实现激光加工头60的调高控制。外部数控装置50只要是ethercat主站的数控装置50均可采用，采用ethercat总线进行信号传输，大大扩展了上位机与下位机的通信，提供了更多的参数配置设置，灵活性高，通用性强，抗干扰能力强，且接线简单，省略数十根线路，节省了有限的电气柜体空间，方便维护，故障排查容易，大大提高了激光切割机床的调试效率，大大降低成本。

其中，操作人员可通过外部数控装置50设置调高控制装置的相关功能和参数，并通过调高控制装置的ethercat通信模块30进行传输，实现调高控制装置的相关功能和参数的设置。

以及，所述激光加工头60的高度信号可通过外部传感器或其他测量设备获取，然后传输至调高控制装置的信号接收模块10。

如图3所示，本实用新型提供一种信号接收模块10的较佳实施例。

具体地，所述信号接收模块10包括用于对高度信号进行滤波处理的滤波电路单元11，以及分别与滤波电路单元11和主控模块20连接的整形与电平转换单元12，所述滤波电路单元11对高度信号进行滤波处理，分离出与高度信号对应的频率信号，并将其传输至整形与电平转换单元12进行整形和电平转换，所述整形与电平转换单元12将整形和电平转换后的频率信号传输至主控模块20。

其中，滤波电路单元11对获取的信号进行过滤掉高次谐波和直流分量，分离出与高度信号对应的频率信号，整形与电平转换单元12对该频率信号进行整形和电平转换，并将整形和电平转换后的频率信号传输至主控模块20，主控模块20采样获取该频率信号，具体采用多周期同步测频方法对频率信号进行采样。

参考图4，所述主控模块20包括用于对频率信号进行采样的采样单元21，与采样单元21连接的信号处理单元22，以及分别与信号处理单元22和ethercat通信模块30连接的缓存单元23，所述信号处理单元22对采样单元21采样获取的频率信号进行数字滤波和线性化处理后，将其传输至缓存单元23进行缓存。

其中，采样单元21采用多周期同步测频方法对频率信号进行采样，提高采样精度。信号处理单元22将频率信号进行数字滤波和线性化处理，然后将相关信号传输存放至缓存单元23进行缓存，在调高控制装置与外部数控装置50的数据交换周期到时，缓存单元23的相关信号传输写入ethercat通信模块30，ethercat通信模块30与外部数控装置50通信连接，通过ethercat网络协议将相关信号传输至外部数控装置50，外部数控装置50根据ethercat通信模块30传输的信号来调整激光加工头60的高度，使得激光加工头60与工件之间的间隙保持恒定，实现激光加工头60的调高控制。

同时，外部数控装置50根据需要发送控制信号，即调高控制装置相关功能和参数的设置，通过ethercat通信模块30传输至主控模块20，以实现对调高控制装置相关功能和参数的设置。参考图5，本实施例中，所述ethercat通信模块30包括与主控模块20通信连接的ethercat网络芯片31，以及与ethercat网络芯片31连接的网络传输接口单元32，所述ethercat网络芯片31获取主控模块20采样和处理后的信号，并将其传输至网络传输接口单元32，由网络传输接口单元32将信号传输至外部数控装置50。

具体地，参考图6，所述网络传输接口单元32包括用于连接外部数控装置50的rj45接口321，以及网络变压器322，所述网络变压器322分别连接ethercat网络芯片31和rj45接口321。

其中，网络变压器322主要用于信号电平耦合；其一，可以增强信号，使其传输距离更远；其二，使ethercat网络芯片31与外部隔离，抗干扰能力大大增强，而且对芯片增加了很大的保护作用(如雷击)；其三，当接到不同电平的网口时，不会对彼此设备造成影响。

以及，ethercat网络芯片31的型号可以是tmc8462、tmc8461、tmc8460、lan9252等ethercat从站的控制芯片。

以及，所述主控模块20与ethercat通信模块30通过并行总线进行信号传输。即主控模块20与ethercat网络芯片31通过并行总线进行读写，完成信号的传输和相关功能。

本实施例中，所述调高控制装置还包括设有一输入端口和至少一输出端口的封装模块40，所述信号接收模块10、主控模块20和ethercat通信模块30集成设置于封装模块40中，所述信号接收模块10与输入端口连接，所述ethercat通信模块30与与每一所述输出端口连接。

其中，所述封装模块40上输出端口的数量可以是一个、两个或两个以上。本实施例中的封装模块40上设置两个输出端口，两输出端口可分别连接前一个ethercat从站模块和后一个ethercat从站模块，实现ethercat总线的拓扑结构。

以及，所述封装模块40可以是设有一输入端口和至少一输出端口的电路板或者封装外壳。将信号接收模块10、主控模块20和ethercat通信模块30集成设置于封装模块40中，简化上位机与下位机之间的接线，接线简单，省略数十根线路，节省了有限的电气柜体空间，方便维护，故障排查容易，大大提高了激光切割机床的调试效率，大大降低成本。

如图7所示，本实用新型提供一种激光加工头的调高控制系统的优选实施例。

一种激光加工头的调高控制系统，包括上述所述的激光加工头的调高控制装置，以及与调高控制装置的ethercat通信模块30连接进行信号传输的数控装置50，所述数控装置50接收调高控制装置处理后的信号并传输控制信号至调高控制装置，并根据ethercat通信模块30传输的信号调整激光加工头60的高度。

调高控制系统的调高控制装置通过设置信号接收模块10、主控模块20和与外部数控装置50通信连接的ethercat通信模块30，主控模块20对信号接收模块10分离出的高度信号对应的频率信号进行采样和处理后，将其传输至ethercat通信模块30，ethercat通信模块30与数控装置50通信连接，以实现激光加工头60的调高控制，调高控制装置与数控装置50采用ethercat总线传输信号，数控装置50只要是ethercat主站的数控装置50均可采用，大大扩展了上位机与下位机的通信，操作人员可通过数控装置50进行相关参数的配置设置，其提供了更多的参数配置设置，灵活性高，通用性强，抗干扰能力强，且接线简单，省略数十根线路，节省了有限的电气柜体空间，方便维护，大大降低成本。

进一步地，所述调高控制系统还包括与数控装置50连接用于对工件进行加工的激光加工头60，以及用于获取激光加工头60的高度信号的传感器70，所述传感器70将获取的高度信号传输至调高控制装置的信号接收模块10。

其中，激光加工头60对工件进行加工包括激光切割、激光穿孔等加工操作。传感器70在激光加工头60的应用中获取其高度信号，并将高度信号传输至信号接收模块10，需要对传感器70进行标定，即确定传感器70的输入-输出转换关系。

其中，数控装置50传输至调高控制装置的控制信号包括标定请求信号，喷嘴丢失清除信号，实时标定信号，穿孔状态，随动开启状态，0点频率记录，滤波器截止频率，切割碰撞延时，穿孔碰撞延时等。调高控制装置通过ethercat通信模块30传输至数控装置50的信号除了通过处理的高度信号外，还包括喷嘴碰撞信号，射频电缆断线信号，传感器70侧碰信号，标定确认信号，标定结果信号，放大器频率值，标定点数据等，数控装置50与调高控制装置之间通过采用ethercat总线传输信号，操作人员可通过数控装置50进行参数的配置，数控装置50发送控制信号至调高控制装置，以实现标定、实时标定、清除喷嘴丢失报警、记录零点频率、开启随动等相关功能以及滤波参数和一些报警延时的参数设置，参数配置灵活性高，抗干扰能力强，操作简单。

进一步地，所述数控装置50包括用于输入设置参数的操作界面。操作人员可通过操作界面输入激光加工头60的控制信号，调高控制装置内部的参数设置，激光加工头60的高度值等，操作方便。

本实用新型激光加工头的调高控制系统避免了传统数控系统中采用模拟量通信带来的干扰以及大量的24v工业数字连接线，也避免了专用自定义数字总线的封闭性。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。