消除噴嘴側(cè)壁干擾的激光切割頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及激光切割裝置領(lǐng)域，具體涉及消除噴嘴側(cè)壁干擾的激光切割頭。
【背景技術(shù)】
[0002]激光切割頭的焦距跟蹤是保證切割頭正常切割的必要條件，尤其是在采用機器人的三維切割系統(tǒng)中，尤其顯得重要。為了實現(xiàn)焦距跟蹤，在激光切割系統(tǒng)中大都采用電容傳感器來采集焦點距離的變化。所謂電容傳感器，就是利用切割頭下端的噴嘴的下平面在工件上的投影面積與被切割工件之間形成的電容，來檢測噴嘴與工件之間的距離，距離近時電容變大，距離遠時電容變小，電容的大小與距離成反比。將檢測到的電容變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化，再將這個隨著距離變化而變化的電壓，反饋到驅(qū)動切割頭上下移動的伺服電機驅(qū)動器，并使其形成負反饋時，就可以形成焦距的隨動控制。比如:工件上出現(xiàn)凸起時，工件表面與噴嘴下平面距離減小了，這時電容容量增大，于是通過電容檢測到的電壓偏離了原來設(shè)定的電壓，其間，產(chǎn)生了一個誤差電壓，誤差電壓反饋到伺服電機驅(qū)動器，迫使切割頭向離開工件的方向移動，拉大噴嘴與加工件之間的距離，減小電容，于是切割嘴與工件的距離恢復(fù)到原始設(shè)定的距離從而實現(xiàn)了焦距的跟隨。
[0003]由于激光焦距的跟隨，是利用噴嘴和工件之間的電容變化來實現(xiàn)的，所以只要影響到采集到的電容不是初始設(shè)定的距離函數(shù)，就會對激光的焦距帶來干擾。其中如圖4所示，當(dāng)被切割工件上有較大的形位變化，噴嘴的側(cè)面和工件之間，產(chǎn)生了較大的分布電容，這個電容和有效地噴嘴電容聯(lián)疊加在一起給伺服驅(qū)動系統(tǒng)造成了虛假的反饋信號，造成切割頭上升遠離激光焦點，跟蹤失敗。如圖5所示另一種情況，當(dāng)我們要將切割頭斜置以便在工件上切出一條與工件有一定夾角的切口時(稱為坡切)，斜置的切割頭同樣產(chǎn)生側(cè)壁效應(yīng)，將采集到一個已經(jīng)受干擾的信號，造成了切割頭移出設(shè)定的工作焦距，導(dǎo)致偏離設(shè)定的工藝參數(shù)，切割失敗。
[0004]面對上述問題，最簡單的辦法，可能會想到給噴嘴加一個接地的屏蔽罩殼，使噴嘴的分布電容形成一個常數(shù)。但這樣做屏蔽問題解決了，跟蹤的靈敏度卻降低了，因為對一個端面面積相對較小的噴嘴來說，它的周邊的面積是相當(dāng)大的，如果用一個屏蔽罩屏蔽起來，接地屏蔽罩和噴嘴四周形成的分布電容，將會掩蓋噴嘴端面由于與工件距離變化所造成的微量變化電容，信號被掩埋了。屏蔽的越好，掩埋得越深。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種消除噴嘴側(cè)壁干擾的激光切割頭，有效消除噴嘴側(cè)壁的干擾電容，激光切割頭的焦距跟蹤準確，切割精確。
[0006]本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]消除噴嘴側(cè)壁干擾的激光切割頭，包括連接在絕緣套下方的噴嘴，還包括屏蔽罩和電壓跟隨放大器，所述屏蔽罩包覆噴嘴外側(cè)壁，且與噴嘴外側(cè)壁之間容有一定間隙，噴嘴導(dǎo)線連接電壓跟隨放大器的正輸入端，屏蔽罩導(dǎo)線連接電壓跟隨放大器的輸出端，所述電壓跟隨放大器的放大系數(shù)為I。
[0008]本實用新型進一步改進方案是，所述噴嘴頂端連接在絕緣套內(nèi)壁下部，屏蔽罩頂端連接在絕緣套外壁下部。
[0009]本實用新型更進一步改進方案是，所述噴嘴和屏蔽罩采用紫銅材質(zhì)，絕緣套采用聚四氟乙烯材質(zhì)。
[0010]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點:
[0011]本實用新型噴嘴頂端連接在絕緣套內(nèi)壁下部，屏蔽罩頂端連接在絕緣套外壁下部，噴嘴與屏蔽罩之間有空氣間隙和絕緣套隔離，形成兩個極，工作時，內(nèi)噴嘴用導(dǎo)線和電壓跟隨放大器的正輸入端相連，外屏蔽罩用導(dǎo)線和電壓跟隨放大器的輸出端相邊，噴嘴與屏蔽罩永遠處于同一電位，永遠不會形成電容的兩個極，有效地防止了來自噴嘴側(cè)壁效應(yīng)所造成的對噴嘴下采集信號的干擾。本實用新型激光切割頭的焦距跟蹤準確，切割精確。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0013]圖2為本實用新型爆炸示意圖。
[0014]圖3為本實用新型電壓跟隨放大器與噴嘴、屏蔽罩的電路連接圖。
[0015]圖4為形位變化較大的被切割工件與傳統(tǒng)切割頭的分布電容。
[0016]圖5為傳統(tǒng)切割頭坡切時的分布電容。
【具體實施方式】
[0017]如圖1至圖3所示，本實用新型包括絕緣套1、噴嘴2、屏蔽罩3和電壓跟隨放大器4，所述噴嘴2頂端連接在絕緣套I內(nèi)壁下部，屏蔽罩3頂端連接在絕緣套I外壁下部，所述屏蔽罩I包覆噴嘴2外側(cè)壁，且與噴嘴2外側(cè)壁之間容有一定間隙5，噴嘴2導(dǎo)線連接電壓跟隨放大器4的正輸入端，屏蔽罩3導(dǎo)線連接電壓跟隨放大器4的輸出端，所述電壓跟隨放大器4的放大系數(shù)為I。
[0018]所述噴嘴2和屏蔽罩3采用紫銅材質(zhì)，絕緣套I采用聚四氟乙烯材質(zhì)。聚四氟乙烯材料的電氣性能，相當(dāng)穩(wěn)定，加工性能也很好，在激光切割頭上是陶瓷部件的較理想的代用品
[0019]工作原理:
[0020]為了讓屏蔽罩和噴嘴之間不產(chǎn)生分布電容，唯一的途徑，就是讓屏蔽罩和“地”絕緣開來，同時讓屏蔽罩和噴嘴處于“等電位”狀況，又要讓屏蔽罩與“地”之間形成的分布電容不疊加到噴嘴采集的電容變量上，只有這樣才能屏蔽掉由于切割頭姿態(tài)變化造成的跟隨干擾，這正是本實用新型的創(chuàng)新點。
[0021]為了實現(xiàn)在屏蔽罩上施加一個與噴嘴相同、并跟隨噴嘴變化的信號電壓，就可以消除屏蔽罩和噴嘴之間有可能出現(xiàn)極間電容的唯一途徑。從電容形成的條件可知:
[0022]兩塊對立的極板，中間用空氣或其他介質(zhì)絕緣開來，如果其中一塊基板上帶上了+Q的電荷，另一塊基板上帶上了 -Q的電荷，這兩塊極板便形成了一個電容。如果通過一個不可逆行的裝置，使一塊基板永遠跟隨另一塊基板以同樣的電位變化，那么他們之間就永遠也不可能形成電容，由于電路上的不可逆行，即使是隨動基板上發(fā)生了什么變化，包括與大地之間產(chǎn)生了分布電容也不可能對前者造成影響。
[0023]為此，本實用新型中利用一個電壓跟隨放大器，連接成100%的負反饋，形成一個放大倍率為I的電壓同相跟隨放大器。跟隨放大器的輸入端a接在噴嘴2上，跟隨放大器的輸出端b接在屏蔽罩3上,于是在屏蔽罩3和噴嘴2之間由于處于同一電位,二者之間永遠也不可能形成電容，這是其一。其二因為屏蔽罩接在跟隨放大器的輸出端，跟隨放大器的輸出阻抗近似于零所有的外界干擾信號，均被極低的輸出阻抗所吸收，不會對隨動放大器輸入端的噴嘴采集的信號造成任何干擾。其三，跟隨放大器的信號輸入端的輸入阻抗，近似無窮大，不會對噴嘴的信號采集，帶來分流分壓等負面影響。
[0024]電路原理如圖3所示，將信號接在跟隨放大器的同相輸入端，輸出端經(jīng)過一個電阻，反饋接到跟隨放大器的反相端，構(gòu)成100%的負反饋電路，當(dāng)我們忽略兩個輸入端的失調(diào)電壓時，輸出端的電壓，就等同并跟隨輸入端的電壓。由于噴嘴和屏蔽罩之間，有一層絕緣層，形同一個電容的兩個極板，但由于兩個極板的恒等于同一電位，之間不可能形成電容，而屏蔽罩與其他導(dǎo)體之間形成的分布電容，不可能逆向通過跟隨放大器去對輸入端的噴嘴造成影響，這就有效的防止了來自噴嘴側(cè)面的側(cè)壁效應(yīng)所造成的對噴嘴正面采集信號的干擾。
【主權(quán)項】
1.消除噴嘴側(cè)壁干擾的激光切割頭，包括連接在絕緣套(I)下方的噴嘴(2)，其特征在于:還包括屏蔽罩(3)和電壓跟隨放大器(4)，所述屏蔽罩(I)包覆噴嘴(2)外側(cè)壁，且與噴嘴(2)外側(cè)壁之間容有一定間隙(5)，噴嘴(2)導(dǎo)線連接電壓跟隨放大器(4)的正輸入端，屏蔽罩(3)導(dǎo)線連接電壓跟隨放大器(4)的輸出端，所述電壓跟隨放大器(4)的放大系數(shù)為1
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除噴嘴側(cè)壁干擾的激光切割頭，其特征在于:所述噴嘴(2)頂端連接在絕緣套(I)內(nèi)壁下部，屏蔽罩(3)頂端連接在絕緣套(I)外壁下部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除噴嘴側(cè)壁干擾的激光切割頭，其特征在于:所述噴嘴(2)和屏蔽罩(3 )采用紫銅材質(zhì)，絕緣套(I)采用聚四氟乙烯材質(zhì)。
【專利摘要】本實用新型公開了消除噴嘴側(cè)壁干擾的激光切割頭，包括連接在絕緣套下方的噴嘴，還包括屏蔽罩和電壓跟隨放大器，所述屏蔽罩包覆噴嘴外側(cè)壁，且與噴嘴外側(cè)壁之間容有一定間隙，噴嘴導(dǎo)線連接電壓跟隨放大器的正輸入端，屏蔽罩導(dǎo)線連接電壓跟隨放大器的輸出端，所述電壓跟隨放大器的放大系數(shù)為1。本實用新型噴嘴頂端連接在絕緣套內(nèi)壁下部，屏蔽罩頂端連接在絕緣套外壁下部，噴嘴與屏蔽罩之間有空氣間隙和絕緣套隔離，形成兩個極，工作時，內(nèi)噴嘴用導(dǎo)線和電壓跟隨放大器的正輸入端相連，外屏蔽罩用導(dǎo)線和電壓跟隨放大器的輸出端相邊，噴嘴與屏蔽罩永遠處于同一電位，永遠不會形成電容的兩個極，有效地防止了來自噴嘴側(cè)壁效應(yīng)所造成的對噴嘴下采集信號的干擾，激光切割頭的焦距跟蹤準確，切割精確。
【IPC分類】B23K26-38, B23K26-70
【公開號】CN204295131
【申請?zhí)枴緾N201420728058
【發(fā)明人】吳德林, 吳曉, 吳海溧
【申請人】江蘇海德威激光科技發(fā)展有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年11月28日