CN107717221A - 一种光纤激光切割气压控制装置 - Google Patents

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李峰西
索海生
刘鹏
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1435—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow control means
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Abstract

本发明涉及一种光纤激光切割气压控制装置。该光纤激光切割气压控制装置，包括气路控制单元，气路控制单元通过控制导线控制连接比例阀，比例阀连接在切割气体管路的出口端，切割气体的出口端连接有切割气路，切割气路的另一端连接切割头，在所述气路控制单元和所述比例阀之间通过控制导线连接有一气路控制保持单元。该光纤激光切割气压控制装置，该结构设计合理、新颖，采用数字信号传输，有效保证了电压传输的稳定性和可靠性，能够准确稳定的保持切割气压的输出，有效避免了气路控制单元到比例阀之间信号传递误差的产生，有效避免了压降、电磁干扰和电网电压波动的影响。

Description

一种光纤激光切割气压控制装置
技术领域：
本发明涉及一种光纤激光切割气压控制装置。
背景技术：
在激光切割领域中，切割速度、切割质量的高低主要取决于选定的切割参数是否合适，切割参数包括激光功率、切割速度、焦点位置、切割气压等。其中切割气压是其中一个关键参数，切割气压的稳定性直接决定了切割质量的好坏。
在现有光纤激光切割领域中，普遍采用如图1所述的控制结构，即工控机9的PCI插槽上安装控制卡10，控制卡10根据数控系统的指令，发出0-10V的控制信号，控制信号经控制电缆1传送到比例阀2上，比例阀2根据接收到的电压高低，调整切割气体的出口压力，从而实现对切割气体的压力控制。该控制方式存在如下缺陷：1)控制卡10发出的0-10V的控制信号，经控制电缆1传送到比例阀2，控制电缆1由于经过机床床身各处拖链，长度一般比较长，到达比例阀2后会产生压降，造成控制误差；2)控制电缆1在长距离传输中，外界存在各种干扰，会造成切割气压的波动；3)比例阀2在工作过程中，控制电缆1的0-10V控制信号必须一直保持，实际上，由于电网电压、数控系统等各种影响，长时间保持是有困难的，会造成切割气压的波动；4)比例阀2出口的气体经切割气路3传输到切割头，同样存在传输压降。并且，整个控制系统为开环控制，对到切割头4的气压没有检测、和反馈补偿。
发明内容：
本发明提供了一种光纤激光切割气压控制装置，该结构设计合理、新颖，采用数字信号传输，有效保证了电压传输的稳定性和可靠性，能够准确稳定的保持切割气压的输出，有效避免了气路控制单元到比例阀之间信号传递误差的产生，有效避免了压降、电磁干扰和电网电压波动的影响，该控制能够对切割气压进行实时检测和反馈补偿以保证切割气压的准确和稳定，适于广泛推广使用，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种光纤激光切割气压控制装置，包括气路控制单元，气路控制单元通过控制导线控制连接比例阀，比例阀连接在切割气体管路的出口端，切割气体的出口端连接有切割气路，切割气路的另一端连接切割头，在所述气路控制单元和所述比例阀之间通过控制导线连接有一气路控制保持单元；在所述切割头的靠近切割咀处设有气压传感器，气压传感器通过控制导线连接有一气压监控反馈单元，气压监控反馈单元的另一端通过控制导线连接气路控制保持单元。
所述气路控制保持单元沿控制顺序方向依次包括有相连接的一A/D转换模块、一中心逻辑控制模块和一D/A转换模块，所述A/D转换模块沿控制顺序方向依次包括有相连接的一采集保持电路、一A/D转换器A和一输出寄存器A，所述中心逻辑控制模块沿控制顺序方向依次包括有相连接的一输入寄存器B、一CPU和一输出寄存器B，所述D/A转换模块沿控制顺序方向依次包括有相连接的一D/A转换器和一电压保持器；所述采样保持电路连接有一电子开关VL，所述输出寄存器A与输入寄存器B之间通过通讯应答信号线和串行数字输出输入线相连接，所述输出寄存器B和D/A转换器之间通过控制导线相连接。
所述气压监控反馈单元包括一A/D转换器C。
所述A/D转换器C的信号输出端连接与CPU相控制连接。
所述控制导线为控制电缆。
所述气路控制单元包括安装在工控机PCI插槽上的控制卡。
本发明采用上述结构，该结构设计合理、新颖，采用数字信号传输，数字信号传输不受控制电缆长短的影响，有效保证了电压传输的稳定性和可靠性，能够准确稳定的保持切割气压的输出，有效避免了气路控制单元到比例阀之间信号传递误差的产生，有效避免了压降、电磁干扰和电网电压波动的影响，该控制能够对切割气压进行实时检测和反馈补偿以保证切割气压的准确和稳定，适于广泛推广使用。
附图说明：
图1为本发明的控制连接图。
图2为本发明的具体控制连接图。
图3为现有技术中的控制连接图。
图中，1控制导线，2比例阀，3切割气路，4切割头，5气压监控反馈单元，6A/D转换模块，7中心逻辑控制模块，8D/A转换模块，9工控机，10控制卡。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1-3中所示，一种光纤激光切割气压控制装置，包括气路控制单元，气路控制单元通过控制导线1控制连接比例阀2，比例阀2连接在切割气体管路的出口端，切割气体的出口端连接有切割气路3，切割气路3的另一端连接切割头4，在所述气路控制单元和所述比例阀2之间通过控制导线1连接有一气路控制保持单元；在所述切割头4的靠近切割咀处设有气压传感器，气压传感器通过控制导线1连接有一气压监控反馈单元5，气压监控反馈单元5的另一端通过控制导线1连接气路控制保持单元。
为了保证线路的连接简单、方便和易于实现，电子元件采购容易便捷，保证控制的成本低廉，工作的稳定可靠，所述气路控制保持单元沿控制顺序方向依次包括有相连接的一A/D转换模块6、一中心逻辑控制模块7和一D/A转换模块8，所述A/D转换模块6沿控制顺序方向依次包括有相连接的一采集保持电路、一A/D转换器A和一输出寄存器A，所述中心逻辑控制模块7沿控制顺序方向依次包括有相连接的一输入寄存器B、一CPU和一输出寄存器B，所述D/A转换模块8沿控制顺序方向依次包括有相连接的一D/A转换器和一电压保持器；所述采样保持电路连接有一电子开关VL，所述输出寄存器A与输入寄存器B之间通过通讯应答信号线和串行数字输出输入线相连接，所述输出寄存器B和D/A转换器之间通过控制导线相连接。其中，A/D转换模块6，采样保持电路能够将把0-10V的模型信号Vi保持，采样保持电路上有电子开关VL，高电平有效，当电子开关VL为高电平时，控制信号Vi输入到采样保持电路中并保持；A/D转换器块A，作用是将采样保持电路中的模拟控制信号转换为数字信号；输出寄存器A，将A/D转换器A输出的数字信号保存下来。输出寄存器A与输入寄存器B之间有两路输出，串行数字输出和通讯应答信号输出。中心逻辑控制模块7，输入寄存器B负责和输出寄存器A通讯应答，并接收输出寄存器A发出的数字信号；CPU，整个控制装置的控制核心，负责协调各个模块的工作，并完成控制逻辑运算；输出寄存B接收CPU发出的数字信号并暂存。D/A转换模块8，D/A转换器负责将输出寄存器B发出的数字信号还原为0-10V的模拟信号；电压保持器，保持还原的0-10V模拟信号并暂存，并将将信号输出到比例阀2中，比例阀2按照电压保持器中的电压控制切割气体的压力。
所述气压监控反馈单元5包括一A/D转换器C。气体传感器实时检测切割气压，气压传感器输出为0-10V的模拟信号，经A/D转换器C转换为数字信号后入到CPU中，CPU定时检测气压监控反馈单元5反馈的气压变化，根据反馈情况实时调整输出寄存器B中的数值大小，从而调节比例阀2的出口压力，保证切割头4中切割气体的压力恒定准确。
所述A/D转换器C的信号输出端连接与CPU相控制连接。
所述控制导线1为控制电缆。
所述气路控制单元包括安装在工控机9PCI插槽上的控制卡10。
采用本发明的光纤激光切割气压控制装置，当数控系统需要对切割气压进行调节时，首先指令控制卡输出相应的0-10V模拟控制信号Vi，同时将电子开关VL置于高电平，打开采样保持电路的电子开关，控制信号Vi进入到采样保持电路中，并延时适当的时间，待采样保持电路中的电压平稳后，将电子开关VL置于低电平，关闭采样保持电路的电子开关，这样采样保持电路就将采集的一稳定的电压值传递给A/D转换器A，A/D转换器A将采样保持电路中的电压转换为数字信号，并输出到输出寄存器A中暂存，输出寄存器A接收到完整的数字信号后，向中心逻辑控制模块7发出传输请求，得到许可后，将数学信号传输到中心逻辑控制模块7的输入寄存器B中，CPU读取输入寄存器B中的数值，经过逻辑运算后输出到输出寄存器B中，输出寄存器B接收到的数字信号，经过D/A转换器还原为0-10V的模拟信号，模拟信号的电压在电压保持器中保持，并控制比例阀2调整输出的切割气压，气压传感器安装在切割头4上靠近切割咀的地方，能够实时监测切割气压，气压传感器输出的信号为0-10V的模拟信号，经A/D转换器C转换为数字信号后反馈到CPU中，CPU收到气压传感器反馈的压力变化后，首先和标准气压值进行比较，根据比较情况实时调整输出寄存器B中的数值大小，进而实时调节比例阀2的出口压力，保证切割头4中切割气体的压力恒定准确。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种光纤激光切割气压控制装置，包括气路控制单元，气路控制单元通过控制导线控制连接比例阀，比例阀连接在切割气体管路的出口端，切割气体的出口端连接有切割气路，切割气路的另一端连接切割头，其特征在于：在所述气路控制单元和所述比例阀之间通过控制导线连接有一气路控制保持单元；在所述切割头的靠近切割咀处设有气压传感器，气压传感器通过控制导线连接有一气压监控反馈单元，气压监控反馈单元的另一端通过控制导线连接气路控制保持单元。
2.根据权利要求1所述的一种光纤激光切割气压控制装置，其特征在于：所述气路控制保持单元沿控制顺序方向依次包括有相连接的一A/D转换模块、一中心逻辑控制模块和一D/A转换模块，所述A/D转换模块沿控制顺序方向依次包括有相连接的一采集保持电路、一A/D转换器A和一输出寄存器A，所述中心逻辑控制模块沿控制顺序方向依次包括有相连接的一输入寄存器B、一CPU和一输出寄存器B，所述D/A转换模块沿控制顺序方向依次包括有相连接的一D/A转换器和一电压保持器；所述采样保持电路连接有一电子开关VL，所述输出寄存器A与输入寄存器B之间通过通讯应答信号线和串行数字输出输入线相连接，所述输出寄存器B和D/A转换器之间通过控制导线相连接。
3.根据权利要求1所述的一种光纤激光切割气压控制装置，其特征在于：所述气压监控反馈单元包括一A/D转换器C。
4.根据权利要求2或3所述的一种光纤激光切割气压控制装置，其特征在于：所述A/D转换器C的信号输出端连接与CPU相控制连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种光纤激光切割气压控制装置，其特征在于：所述控制导线为控制电缆。
6.根据权利要求1所述的一种光纤激光切割气压控制装置，其特征在于：气路控制单元包括安装在工控机PCI插槽上的控制卡。
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