CN105290588A

CN105290588A - 等离子切割调高器及其工作方法

Info

Publication number: CN105290588A
Application number: CN201510903442.1A
Authority: CN
Inventors: 杨龙兴; 蒋新华; 杨浩轩
Original assignee: Jiangsu University of Technology
Current assignee: Jiangsu University of Technology
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2016-02-03

Abstract

本发明公开了一种等离子切割调高器及其工作方法，等离子切割调高器包括：电弧弧压采集模块；切割枪高度调节装置；运算处理模块；运算处理模块的信号输入端与电弧弧压采集模块的信号输出端相连，运算处理模块的信号输出端与切割枪高度调节装置相连，运算处理模块内设有不同切割厚度的工件相对应的设定电弧弧压数值，运算处理模块用于根据电弧弧压采集模块所采集到的实时电弧弧压数值驱动切割枪高度调节装置动作，从而调节等离子切割枪与工件之间的高度距离，使等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧弧压数值趋向于设定电弧弧压数值。本发明能够通过对切割过程中的等离子切割枪的高度调节实现对等离子切割枪的电弧电压的自适应调节，从而提高切割质量和精度。

Description

等离子切割调高器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种等离子切割调高器及其工作方法。

背景技术

目前，等离子切割应用了以等离子弧为热源的高能量熔化切割的切割方法，具有切割速度快、切口的热影响区窄、工件变形小、切割精度好等优点，被广泛用于金属板材自动化切割。但在对金属板材切割质量要求越来越高的今天，等离子切割仅仅依靠手工调节弧长的半自动切割或直流电机控制的模拟调节弧长的自动切割，难以满足切割质量、切割效率的要求。

在切割过程中，等离子切割枪与工件的高度距离控制很重要，在切割速度和等离子切割枪喷嘴大小一定的情况下，电弧柱的电流和电压与有效切割厚度具有正比例关系。因此，当等离子电源调定电流后，电弧电压与切割厚度成正比，鉴于等离子电源具有恒流的特性，等离子切割枪喷嘴距离被切割板材的高度决定了电弧电压，也就决定了切割厚度。不同的等离子切割枪高度对应于不同的板材切割厚度，从而对割炬高度的控制和跟踪成为直接影响板材切割质量的关键。切割的电弧电压在固定的速度下跟随等离子切割枪与板材的高度变化的规律是，当等离子切割枪与板材的高度增大时，电弧电压上升；当等离子切割枪与板材的高度减小时，电弧电压下降。

目前，国内数控等离子切割高度跟踪控制，一般由PWM脉冲模拟控制直流电机带动齿轮齿条实现的，虽然其电路简单、成本低，但也存在控制精度低、控制高度范围波动大、经常需用手动调节等缺点。另外，等离子在起弧前需将割炬移到距离板材一定的高度才能进行起弧操作，其距离一般较小，采用直流电机控制割炬进行初始高度定位起弧的方法，不仅所需高度难以精确控制，也存在起弧切割点热影响区大的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种等离子切割调高器，它能够通过对切割过程中的等离子切割枪的高度调节实现对等离子切割枪的电弧电压的自适应调节，从而提高切割质量和精度。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种等离子切割调高器，它包括：

电弧弧压采集模块，所述电弧弧压采集模块用于采集等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧弧压数值；

切割枪高度调节装置，所述切割枪高度调节装置用于调节等离子切割枪与工件之间的高度；

运算处理模块，所述运算处理模块的信号输入端与电弧弧压采集模块的信号输出端相连，所述运算处理模块的信号输出端与切割枪高度调节装置相连，所述运算处理模块内设有不同切割厚度的工件相对应的设定电弧弧压数值，所述运算处理模块用于根据电弧弧压采集模块所采集到的实时电弧弧压数值驱动切割枪高度调节装置动作，从而调节等离子切割枪与工件之间的高度距离，使等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧弧压数值趋向于设定电弧弧压数值。

进一步，所述电弧弧压采集模块内设置有弧压分压引入模块，所述弧压分压引入将采集到的等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧高压信号分压处理为运算处理模块所适合的实时电弧弧压数值。

进一步，所述运算处理模块包括弧压信号处理模块，弧压信号处理模块的信号输入端与电弧弧压采集模块的信号输出端相连，所述弧压信号处理模块用于对实时电弧弧压数值进行前置处理。

进一步，所述弧压信号处理模块包括有源滤波电路和光电隔离放大电路，所述电弧弧压采集模块的信号输出端与有源滤波电路的信号输入端相连，所述有源滤波电路的信号输出端和光电隔离放大电路的信号输入端相连。

进一步，所述运算处理模块内设有不同切割厚度的工件相对应的等离子切割枪高度量值，所述运算处理模块将实时电弧弧压数值和相同切割厚度的工件相对应的设定电弧弧压数值进行比较，从而根据比较结果得到相对应的等离子切割枪高度量值同时产生相应的调节信号，并将调节信号传递给切割枪高度调节装置。

进一步，所述切割枪高度调节装置具有伺服驱动步进电机，所述运算处理模块驱动伺服驱动步进电机的动作。

进一步，所述切割枪高度调节装置还具有机械执行机构，所述伺服驱动步进电机的输出轴与机械执行机构传动连接，等离子切割枪安装在机械执行机构上，以便伺服驱动步进电机通过机械执行机构带动等离子切割枪上下移动。

进一步，所述机械执行机构为丝杠螺母副，伺服驱动步进电机的输出轴与丝杠螺母副的丝杠相连接，丝杠螺母副的螺母与等离子切割枪相连接。

本发明还提供了一种等离子切割调高器的工作方法，该方法的步骤如下：

（a）通过工件的切割厚度和运算处理模块中设定的不同切割厚度的工件相对应的等离子切割枪高度量值，控制启动切割枪高度调节装置，从而带动等离子切割枪上下移动使等离子切割枪位于相对应的高度上；

（b）切割开始后，运算处理模块根据电弧弧压采集模块所采集到的实时电弧弧压数值驱动切割枪高度调节装置动作，调节等离子切割枪与工件之间的高度距离，使等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧弧压数值趋向于设定电弧弧压数值。

进一步，在步骤（a）之前，还通过人机界面设定不同切割厚度的工件相对应的等离子切割枪高度量值和设定电弧弧压数值。

采用了上述技术方案后，本调高器中的电弧弧压采集模块采集等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧弧压数值，并且电弧弧压采集模块内设置有弧压分压引入模块，它将采集到的等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧高压信号分压处理为运算处理模块所适合的实时电弧弧压数值；弧压信号处理模块包括有源滤波电路和弧压的光电隔离放大电路等；运算处理模块则先将引入的模拟实时电弧弧压数值进行模/数转换，再进行数字信号处理后将处理结果送入切割枪高度调节装置的伺服驱动步进电机；伺服驱动步进电机则将运算处理模块输出的驱动脉冲转换为伺服驱动步进电机的步进旋转运动；机械执行机构可以由丝杠螺母副组成，将伺服驱动步进电机的输出轴的旋转运动转换为等离子切割枪在高度方向的上下伺服运动，从而能够通过对切割过程中的等离子切割枪的高度调节实现对等离子切割枪的电弧电压的自适性调节，从而提高切割质量和精度。

附图说明

图1为本发明的等离子切割调高器的原理框图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种等离子切割调高器，它包括：

运算处理模块，所述运算处理模块的信号输入端与电弧弧压采集模块的信号输出端相连，所述运算处理模块的信号输出端与切割枪高度调节装置相连，所述运算处理模块内设有不同切割厚度的工件相对应的设定电弧弧压数值，所述运算处理模块用于根据电弧弧压采集模块所采集到的实时电弧弧压数值驱动切割枪高度调节装置动作，从而调节等离子切割枪与工件之间的高度距离，使等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧弧压数值趋向于设定电弧弧压数值；运算处理模块可以为单片机。

所述电弧弧压采集模块内设置有弧压分压引入模块，所述弧压分压引入模块将采集到的等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧高压信号分压处理为运算处理模块所适合的实时电弧弧压数值；弧压分压引入模块能将200V左右高压通过线性光耦分压降低为0~5V供单片机采集的低压。

如图1所示，所述运算处理模块包括弧压信号处理模块，弧压信号处理模块的信号输入端与电弧弧压采集模块的信号输出端相连，所述弧压信号处理模块用于对实时电弧弧压数值进行前置处理。

所述弧压信号处理模块包括有源滤波电路和光电隔离放大电路，所述电弧弧压采集模块的信号输出端与有源滤波电路的信号输入端相连，所述有源滤波电路的信号输出端和光电隔离放大电路的信号输入端相连。

所述运算处理模块内设有不同切割厚度的工件相对应的等离子切割枪高度量值，所述运算处理模块将实时电弧弧压数值和相同切割厚度的工件相对应的设定电弧弧压数值进行比较，从而根据比较结果得到相对应的等离子切割枪高度量值同时产生相应的调节信号，并将调节信号传递给切割枪高度调节装置。

所述切割枪高度调节装置具有伺服驱动步进电机，所述运算处理模块驱动伺服驱动步进电机的动作。

如图1所示，所述切割枪高度调节装置还具有机械执行机构，所述伺服驱动步进电机的输出轴与机械执行机构传动连接，等离子切割枪安装在机械执行机构上，以便伺服驱动步进电机通过机械执行机构带动等离子切割枪上下移动。

所述机械执行机构利可以为丝杠螺母副，伺服驱动步进电机的输出轴与丝杠螺母副的丝杠相连接，丝杠螺母副的螺母与等离子切割枪相连接，但是机械执行机构的具体结构不限于此。

如图1所示，等离子切割调高器还包括人机界面，人机界面则为参数设定和显示识读提供帮助，由面板按键和液晶显示等组成；等离子切割调高器还包括系统电源，系统电源则为电弧弧压采集模块、运算处理模块和切割枪高度调节装置的伺服驱动步进电机供电。

一种等离子切割调高器的工作方法，该方法的步骤如下：

（1）通过人机界面设定不同切割厚度的工件相对应的等离子切割枪高度量值和设定电弧弧压数值，还可设定穿孔时间和容许误差等参数；本方法中的等离子切割枪高度量值可以通过伺服驱动步进电机的高度步数值来体现；

（2）接着运算处理模块驱动伺服驱动步进电机向待切割工件方向运动，接受到接近开关等传感器探测信号后停止运动；

（3）通过工件的切割厚度和查询运算处理模块中设定的不同切割厚度的工件相对应的等离子切割枪高度量值，控制启动切割枪高度调节装置，从而带动等离子切割枪上下移动使等离子切割枪位于相对应的高度上；

（4）切割开始后，运算处理模块根据电弧弧压采集模块所采集到的实时电弧弧压数值驱动切割枪高度调节装置动作，调节等离子切割枪与工件之间的高度距离，使等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧弧压数值趋向于设定电弧弧压数值。

（5）切割过程中只进行第4步骤，灭弧后要重复2-4步骤，工件厚度变化则需要进行1—4步骤。

本发明中，等离子切割时的初始高度定位方法决定了起弧点的加工质量，本调高器采用接近开关等传感器探测等离子切割枪与待切割工件的固定距离，同时，再查询运算处理模块中存储在EEPROM中的高度步数（等离子切割枪高度量值）和板材厚度对应表的控制方式。

高度跟踪过程中，采用了自动调整速度的自适应高度调节方法，即实时采集弧压与设定弧压差值，相差较大采用高速接近方法，使调整后的弧压与设定值迅速趋近，相差较小时则采用低速接近方法，避免弧压过度波动。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种等离子切割调高器，其特征在于，它包括：

2.根据权利要求1所述的等离子切割调高器，其特征在于：所述电弧弧压采集模块内设置有弧压分压引入模块，所述弧压分压引入模块将采集到的等离子切割枪在切割工件时所产生的实时电弧高压信号分压处理为运算处理模块所适合的实时电弧弧压数值。

3.根据权利要求1所述的等离子切割调高器，其特征在于：所述运算处理模块包括弧压信号处理模块，弧压信号处理模块的信号输入端与电弧弧压采集模块的信号输出端相连，所述弧压信号处理模块用于对实时电弧弧压数值进行前置处理。

4.根据权利要求3所述的等离子切割调高器，其特征在于：所述弧压信号处理模块包括有源滤波电路和光电隔离放大电路，所述电弧弧压采集模块的信号输出端与有源滤波电路的信号输入端相连，所述有源滤波电路的信号输出端和光电隔离放大电路的信号输入端相连。

5.根据权利要求1所述的等离子切割调高器，其特征在于：所述运算处理模块内设有不同切割厚度的工件相对应的等离子切割枪高度量值，所述运算处理模块将实时电弧弧压数值和相同切割厚度的工件相对应的设定电弧弧压数值进行比较，从而根据比较结果得到相对应的等离子切割枪高度量值同时产生相应的调节信号，并将调节信号传递给切割枪高度调节装置。

6.根据权利要求1所述的等离子切割调高器，其特征在于：所述切割枪高度调节装置具有伺服驱动步进电机，所述运算处理模块驱动伺服驱动步进电机的动作。

7.根据权利要求6所述的等离子切割调高器，其特征在于：所述切割枪高度调节装置还具有机械执行机构，所述伺服驱动步进电机的输出轴与机械执行机构传动连接，等离子切割枪安装在机械执行机构上，以便伺服驱动步进电机通过机械执行机构带动等离子切割枪上下移动。

8.根据权利要求7所述的等离子切割调高器，其特征在于：所述机械执行机构为丝杠螺母副，伺服驱动步进电机的输出轴与丝杠螺母副的丝杠相连接，丝杠螺母副的螺母与等离子切割枪相连接。

9.一种如权利要求1至8中任一项所述的等离子切割调高器的工作方法，其特征在于该方法的步骤如下：

10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于：在步骤（a）之前，还通过人机界面设定不同切割厚度的工件相对应的等离子切割枪高度量值和设定电弧弧压数值。