激光加工的Ｚ軸跟蹤系統(tǒng)技術(shù)方案

一種激光加工的Ｚ軸跟蹤系統(tǒng)，激光頭與直線軸承組件活動部分聯(lián)結(jié)，通過彈性元件與直線軸承組件固定部分配合，構(gòu)成傳感和執(zhí)行功能合一的表面跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可包括電磁鐵，接受ＣＮＣ系統(tǒng)程序控制，構(gòu)成激光頭快速提升系統(tǒng)。本系統(tǒng)為無跟蹤滯后效應(yīng)的實時系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作可靠，可實現(xiàn)高速切割和超薄切割，實現(xiàn)金屬與非金屬切割無需更換傳感器。（*該技術(shù)在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)系激光加工設(shè)備中的Z軸跟蹤系統(tǒng)。在激光切割和焊接加工中，要保持穩(wěn)定可靠的加工質(zhì)量，必須使激光束在加工過程中保持焦點位置恒定，即激光噴嘴與工件間隙不變。因此一套激光加工設(shè)備中必須配套一套性能優(yōu)良的Z軸跟蹤系統(tǒng)，用以在加工過程中檢測并保持激光噴嘴與工件之間的間隙。目前廣泛采用的Z軸跟蹤系統(tǒng)主要是由電容式或電接觸式傳感器傳感高度信號，經(jīng)放大處理反饋到執(zhí)行部分由電機驅(qū)動控制Z軸運動的機電跟蹤方式。附圖說明圖1為這種系統(tǒng)的原理框圖，傳感器1是靜電容式工作，由噴嘴A、噴嘴體B和前置放大器C組成，噴嘴與被加工金屬板材之間形成一個平板電容器，其電容量隨噴嘴與工件之間的間隙δ而變化。測量電路Ⅱ輸出信號經(jīng)邏輯控制電路Ⅲ輸入到直流電機伺服單元Ⅶ，用以控制Z軸驅(qū)動機構(gòu)Ⅷ。該系統(tǒng)還可設(shè)有故障報警電路Ⅳ，可借助手持式授給器Ⅴ工作，也可通過接口電路Ⅵ接受主機CNC系統(tǒng)的程序控制。采用這種形式或類似結(jié)構(gòu)Z軸跟蹤系統(tǒng)有的北京機床研究所、德國Weidmiller公司、日本Mazak公司和意大利Fiat公司等。這類系統(tǒng)造價昂貴，而且存在跟蹤滯后效應(yīng)，對于高速度的激光切割和焊接，難以達到跟蹤精度，對于非金屬材料切割電容式Z軸系統(tǒng)無法跟蹤，電接觸式又不能滿足超薄板切焊的需要。本專利技術(shù)的目的是提供一個無跟蹤滯后效應(yīng)的實時跟蹤系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)精度的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有跟蹤系統(tǒng)信號處理和執(zhí)行部分大量簡化，降低成本，提高工作的可靠性。本專利技術(shù)的激光加工Z軸跟蹤系統(tǒng)，由傳感部分和執(zhí)行部分組成，其特征在于該系統(tǒng)內(nèi)激光頭與直線軸承組件活動部分聯(lián)結(jié)，通過彈性元件與直線軸承組件固定部分配合，構(gòu)成傳感和執(zhí)行功能合一的表面跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括電磁鐵，電磁鐵線圈部分與直線軸承組件固定部分剛性聯(lián)結(jié)，電磁鐵鐵芯與直線軸承組件活動部分剛性聯(lián)結(jié)，接受CNC系統(tǒng)加工程序控制，構(gòu)成激光頭快速提升系統(tǒng)，控制加工與非加工轉(zhuǎn)換時激光頭的上升、下降，有利于非加工時激光頭快速移動，可提高生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)的激光頭由激光噴嘴和環(huán)形氣墊吹風(fēng)結(jié)構(gòu)組成，它們之間采用螺紋聯(lián)結(jié)，可通過螺紋調(diào)節(jié)好激光噴嘴與工件之間的間隙，并用鎖定螺母或螺栓鎖定，這樣激光噴嘴與工件之間間隙可無級調(diào)節(jié)，可以穩(wěn)定工作間隙很小，適用于薄板無氧化切割，也可工作間隙很大，用于激光焊接。采用本專利技術(shù)給出的系統(tǒng)，電磁鐵控制激光頭行程約3-5cm，響應(yīng)時間約100ms，這是電機驅(qū)動無法達到的，激光噴嘴的工作間隙0.1mm-5mm大范圍可調(diào)，激光噴嘴跟蹤速度可達100m/min，跟蹤精度±0.01mm，可實現(xiàn)高速激光切割和0.08mm薄鋼板及薄鎳板的切割。實現(xiàn)金屬與非金屬切割無需更換Z軸跟蹤系統(tǒng)傳感器。圖1為申請日前廣泛采用的機電跟蹤系統(tǒng)的原理框圖。圖2為實施本專利技術(shù)Z軸跟蹤系統(tǒng)的一種裝置圖。現(xiàn)結(jié)合圖2說明本專利技術(shù)的一種實施例，圖中1為直線軸承組件，其固定部分內(nèi)徑φ35mm，活動部分外徑φ55mm，直線軸承組件減小激光頭升降阻力，其鋼性結(jié)構(gòu)保證激光頭與工件接觸摩擦?xí)r光點穩(wěn)定性。2為彈性元件，要求壓縮比大，本例中采用剛度0.5N/mm的彈簧，其預(yù)壓力可防止高速切割薄板時產(chǎn)生震動，當(dāng)電磁鐵斷開時，彈簧壓力使剛性聯(lián)結(jié)于直線軸承組件活動部分的激光頭迅速彈下。3為聚焦透鏡。激光頭由激光噴嘴4和環(huán)形氣墊吹風(fēng)結(jié)構(gòu)5組成，激光噴嘴4與工件10之間間隙為δ。這種結(jié)構(gòu)可以使激光頭與工件之間磨擦力幾乎為零，環(huán)形的壓縮空氣可冷卻被加熱的工件，易于保證加工質(zhì)量，通過調(diào)整空氣壓力和彈簧張力實現(xiàn)超薄板和各種非導(dǎo)電材料切割而無需更換切割頭。激光頭通過聯(lián)結(jié)桿6與電磁鐵鐵芯7聯(lián)結(jié)，電磁鐵線圈部分8與直線軸承組件1固定部分剛性聯(lián)結(jié)，該電磁鐵通過CNC接口9接受CNC系統(tǒng)加工程序控制，本例中電磁鐵線圈電阻100Ω，直流電壓24V，鐵芯行程為4cm。權(quán)利要求1.一種由傳感部分和執(zhí)行部分組成的激光加工Z軸跟蹤系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)內(nèi)激光頭與直線軸承組件活動部分聯(lián)結(jié)，通過彈性元件與直線軸承組件固定部分配合，構(gòu)成傳感和執(zhí)行功能合一的表面跟蹤系統(tǒng)。2.如權(quán)利要求1所述的激光加工Z軸跟蹤系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括電磁鐵，電磁鐵線圈部分與直線軸承組件固定部分剛性聯(lián)結(jié)，電磁鐵鐵芯與直線軸承組件活動部分剛性聯(lián)結(jié)，接受CNC系統(tǒng)加工程序控制，構(gòu)成激光頭快速提升系統(tǒng)。3.如權(quán)利要求1或2所述的激光加工Z軸跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述激光頭由激光噴嘴和環(huán)形氣墊吹風(fēng)結(jié)構(gòu)組成，它們之間采用螺紋聯(lián)結(jié)。全文摘要一種激光加工的Z軸跟蹤系統(tǒng)，激光頭與直線軸承組件活動部分聯(lián)結(jié)，通過彈性元件與直線軸承組件固定部分配合，構(gòu)成傳感和執(zhí)行功能合一的表面跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可包括電磁鐵，接受CNC系統(tǒng)程序控制，構(gòu)成激光頭快速提升系統(tǒng)。本系統(tǒng)為無跟蹤滯后效應(yīng)的實時系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作可靠，可實現(xiàn)高速切割和超薄切割，實現(xiàn)金屬與非金屬切割無需更換傳感器。文檔編號B23K26/04GK1107089SQ94109409公開日1995年8月23日 申請日期1994年8月11日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月11日專利技術(shù)者許振鄂, 李適民, 韓晏生, 左都羅, 周新軍 申請人:華中理工大學(xué)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種由傳感部分和執(zhí)行部分組成的激光加工Ｚ軸跟蹤系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)內(nèi)激光頭與直線軸承組件活動部分聯(lián)結(jié)，通過彈性元件與直線軸承組件固定部分配合，構(gòu)成傳感和執(zhí)行功能合一的表面跟蹤系統(tǒng)。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許振鄂，李適民，韓晏生，左都羅，周新軍，
申請(專利權(quán))人：華中理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：83[中國|武漢]