CN200990019Y - 切割机中自动调整切割高度的控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种切割机中自动调整切割高度的控制器，控制切割电机带动切割枪运动来自动调节切割枪与切割材料之间的高度，包括：切割高度检测单元，检测其与所述切割材料之间电容变化来检测其与切割材料之间的切割高度变化；切割高度反馈单元，将所述切割高度检测单元检测到的切割高度变化信号进行反馈；切割高度对比单元，将所述切割高度反馈单元反馈信号与预设的切割高度值相对比，获得误差控制信号；切割高度调整电路，利用误差控制信号控制所述切割电机的电压来控制所述切割电机带动所述切割高度检测单元运动，使所述切割高度检测单元与切割材料之间的切割高度与预设的切割高度保持一致。该控制器具有反应快度、控制精确的优点。

Description

切割机中自动调整切割高度的控制器

技术领域

本实用新型涉及切割高度自动调节控制技术，尤其是涉及一种切割机中通过检测切割高度的电容值变化来自动调节切割高度的控制器。

背景技术

在切割领域，尤其是进行火焰切割时，会产生大量的热量，使切割材料受热变形，切割材料变得高低不平，为了确保切割的准确性，需要在切割过程中，对切割枪和切割材料之间的高度进行自动调节，使两者之间的高度保持恒定来达到准确切割的目的。

近年来，国内的数控切割技术迅猛发展，但国内一直没有出现性能非常好、能够对切割枪和切割材料之间的高度进行自动调节的切割机，大量的切割行业生产厂家只有依赖进口切割机。然而，进口的切割机具有如下缺陷：

首先，进口的切割机价格昂贵，不利于降低生长成本，比如，美国burny公司、德国梅塞尔公司的产品，每台价格在8000RMB至20000RMB之间，比普通的切割机价格贵几十倍；

其次，进口的切割机本身的工作性能也存在一定的缺陷，较为普遍的是，这些进口的切割机产品大多数没有断线检测保护功能，一旦工作过程中的检测切割枪和切割材料之间电容的电容检测高频电缆发生断路时，将无法对切割枪进行有效保护，容易出现切割枪被损坏；

并且，个别进口的切割机产品仍采用继电器输出的方式，继电器方式是通过继电器的触点闭合或断开来接通切割电机所需要的电压，从而控制切割电机的上升与下降来调节切割枪和切割材料之间的高度。然而，继电器在闭合或断开时会产生电火花，存在安全隐患；并且，继电器的触点存在使用寿命，比较容易被损坏；另外，继电器控制提供切割电机的电压没有从低到高的控制过程，无论切割枪和切割材料之间的高度是多少，电机都呈高速运动状态，使电机上升或下降运动过程中容易出现震荡，控制的精度非常差。

基于上述，在切割行业中，迫切需要性能稳定、控制精度高，能够对切割枪和切割材料之间的高度进行自动调节控制的切割机，以保证切割质量的优良。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种切割机中自动调整切割高度的控制器，以使切割机达到性能稳定、控制精度高，能够对切割枪和切割材料之间的高度进行自动调节控制，确保切割质量的优良。

为解决上述问题，本实用新型公开一种切割机中自动调整切割高度的控制器，控制切割电机带动切割枪运动来自动调节切割枪与切割材料之间的高度，包括：

切割高度检测单元，与所述切割电机机械连接，通过检测其与所述切割材料之间电容变化来检测其与切割材料之间的切割高度变化；

切割高度反馈单元，通过高频电缆与所述切割高度检测单元连接，将所述切割高度检测单元检测到的切割高度变化信号进行反馈；

切割高度对比单元，与所述切割高度反馈单元连接，接收所述切割高度反馈单元反馈信号，并将其与预设的切割高度值相对比；

切割高度调整电路，连接于所述切割高度对比单元与所述切割电机之间，根据所述切割高度对比单元的对比结果，通过控制所述切割电机的电压来控制所述切割电机带动所述切割高度检测单元运动，使所述切割高度检测单元与切割材料之间的切割高度与预设的切割高度保持一致。

其中，所述切割高度调整电路具体包括：

切割高度调节器，根据所述切割高度对比单元的对比结果，产生控制调整所述切割电机运动的控制命令；

切割高度调整执行单元，连接于所述切割高度调节器与所述切割电机之间，执行所述切割高度调节器的控制命令，调整所述切割电机的电压来调整所述切割电机的运动。

其中，所述切割高度调整执行单元具体包括：

驱动控制电路，其输出端与所述切割电机连接，产生控制所述切割电机运动的电压；

电压调节器，与所述切割高度调节器连接，根据所述切割高度调节器的控制命令，控制所述驱动控制电路输出的电压；

电压反馈单元，所述连接于所述电压调节器与所述驱动控制电路之间，将所述驱动控制电路输出的电压反馈至所述电压调节器；

方向判断单元以及方向控制器，连接于所述电压调节器与所述驱动控制电路之间，根据所述电压调节器的输出信号判断调整所述切割电机的运动方向，并经所述方向控制器将调整所述切割电机的运动方向的控制信号输出给所述驱动控制电路；

脉宽调制单元，连接于所述电压调节器与所述驱动控制电路之间，根据所述电压调节器的输出信号利用脉冲宽度调制技术(PWM)控制所述驱动控制电路的输出电压。

较优地，所述电压调节器为运算放大器。

较优地，所述切割高度调整执行单元还包括：

电流截止反馈电路，连接于所述驱动控制电路与所述脉宽调制单元之间，检测所述驱动控制电路输出给所述切割电机的电流，并将电流信号反馈至所述脉宽调制单元的输入端，以限制所述切割电机的电流，保护所述驱动控制电路。

较优地，所述驱动控制电路包括高压悬浮驱动器以及晶体管，通过所述高压悬浮驱动器驱动所述晶体管，所述晶体管的输出端连接所述切割电机。

较优地，本实用新型还包括：

接口电路，与所述切割高度调整电路连接，为所述切割高度调整电路控制所述切割电机提供控制接口。

较优地，所述切割高度反馈单元具体包括：

正弦波发生器，用于输出正弦波；

分路电容器，连接于正弦波发生器的输出端，将所述正弦波发生器输出的正弦波分成两路；

第一、第二RC电路，第一RC电路将经过所述分路电容器的其中一路信号滤波成为一个恒定电压信号，第二RC电路将经过所述分路电容器的另外一路信号滤波，该第二RC电路中的其中一电容器为所述切割高度检测单元与切割材料之间形成的电容器；

第一比较器，其负输入端接收所述第一RC电路的恒定电压信号，其正输入端接收所述第二RC电路的信号，对正、负输入端的输入信号进行比较，其输出端输出为反映所述切割高度检测单元与所述切割材料之间切割高度变化的信号。

较优地，本实用新型还包括：

断线检测电路，连接于所述切割高度反馈单元于所述驱动控制电路之间，当检测到所述切割高度反馈单元与所述切割高度检测单元之间出现电连接中断时，通过所述驱动控制电路中止对所述切割电机运动进行自动控制。

其中，所述断线检测电路具体包括：

电位器，连接于电源与地之间；

第二比较器，其负输入端与所述电位器藕接，其正输入端连接所述切割高度反馈单元中的所述第二RC电路的输出端，对正、负输入端的输入信号进行比较，其输出端输出是否中止对所述切割电机运动进行自动控制的信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本实用新型巧妙的利用为一检测元件的所述切割高度检测单元，由于其相对切割材料之间的切割高度变化，导致由所述切割高度检测单元与切割材料之间形成电容器的电容值产生相应变化，利用该电容值的变化作为误差信号，可以有效的对所述切割电机的工作电压进行控制，通过控制所述切割电机带动所述切割高度检测单元以及所述切割枪运动，从而达到了保持切割枪与切割材料之间切割距离恒定的目的；另外，可以利用误差信号，有效的对所述切割电机的运动速度以及运动方向做出快速的调整，因此，本实用新型的控制器反映迅速，控制精度较高；

2、另外，本实用新型中的控制器中增加了断线检测电路，能够有效的在检测控制器中高频电缆出现断路故障时，发出中止控制器对所述切割电机的自动控制，防止了控制器对所述切割电机的控制失灵的情况下，所述切割电机带动切割枪运动过程中使切割枪被意外损坏，起到了有效保护切割枪的目的。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型的部分具体电路示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的在于，揭露一种切割机中的自动调整切割枪与切割材料之间高度(也即是本文所称之切割高度)的控制器。其中，为了保持切割枪与切割材料之间高度的恒定，需要在检测切割枪与切割材料之间高度发生变化时，通过切割电机带动切割枪做切割高度调整运动。

本实用新型是通过固定于切割电机上，位于切割材料一侧的检测元件来检测其与切割材料的变化，由于检测元件与切割枪均固定于所述切割电机上，因此，检测元件也即是检测切割枪与切割材料之间高度变化。本实用新型是通过检测元件检测其与切割材料之间电容值的变化为检测其与切割材料之间切割高度变化的，具体为：

C＝ε×S/D

其中，C为检测元件与切割材料之间电容值；

ε为介电常数；

S为检测元件与切割材料之间的面积；

D为检测元件与切割材料之间的距离，也就是本文所称之切割高度。

因此，只需要通过一个控制系统，利用切割高度变化带来电容C变化所产生的误差，由该误差来产生对切割机中切割电机控制的变量，即可以通过控制切割电机的运动，来使检测元件与切割材料之间的电容值保持恒定，也即为使切割枪与切割材料之间的切割高度保持恒定。

为了进一步阐述本实用新型的具体实施，请参考图1所示，为本实用新型的结构框图。

需要说明的是，切割机中的切割电机10与切割枪之间是机械连接的，通过切割电机10的运动来动切割枪(图中未示)相对切割材料做上下运动，以调整切割枪与切割材料之间的切割高度。

本实用新型的切割机中自动调整切割高度的控制器，具体包括：

切割高度检测单元20，与所述切割电机10机械连接，通过检测其与所述切割材料之间电容变化来检测其与切割材料之间的切割高度变化；由于切割高度检测单元20与所述切割枪均固定机械连接于所述切割电机10上，因此，所述切割高度检测单元20与切割材料之间的切割高度，也就是所述切割枪与切割材料之间的切割高度；

切割高度反馈单元30，通过高频电缆与所述切割高度检测单元20连接，将所述切割高度检测单元20检测到的切割高度变化信号进行反馈；

切割高度对比单元40，与所述切割高度反馈单元30连接，接收所述切割高度反馈单元30的反馈信号，并将其与预设的切割高度值相对比，产生一个误差信号；其中，预设的切割高度值为使切割机正常作业情况下的切割高度值；

切割高度调整电路50，连接于所述切割高度对比单元40与所述切割电机10之间，根据所述切割高度对比单元40的对比获得的误差信号，利用该误差信号来控制所述切割电机10的电压以达到控制所述切割电机10带动所述切割高度检测单元20运动，使所述切割高度检测单元20与切割材料之间的切割高度与预设的切割高度保持一致。

确切地说，所述切割高度调整电路50具体包括：

切割高度调节器510，根据所述切割高度对比单元40输出地误差控制信号，产生调整所述切割电机10运动的控制命令；

切割高度调整执行单元520，连接于所述切割高度调节器510与所述切割电机10之间，执行所述切割高度调节器510的控制命令，调整所述切割电机10的电压来调整所述切割电机10的运动。

其中，所述切割高度调整执行单元520具体包括：

驱动控制电路521，其输出端与所述切割电机10连接，产生控制所述切割电机10运动的电压；

电压调节器522，与所述切割高度调节器510连接，根据所述切割高度调节器510的控制命令，控制所述驱动控制电路521的输出电压；

电压反馈单元523，所述连接于所述电压调节器522与所述驱动控制电路521之间，将所述驱动控制电路521的输出电压反馈至所述电压调节器522；

方向判断单元524以及方向控制器525，连接于所述电压调节器522与所述驱动控制电路521之间，根据所述电压调节器522的输出信号判断调整所述切割电机10的运动方向，并经所述方向控制器525将调整所述切割电机10的运动方向的控制信号输出给所述驱动控制电路521；

脉宽调制单元526，连接于所述电压调节器522与所述驱动控制电路521之间，根据所述电压调节器522的输出信号利用脉冲宽度调制技术(PWM)控制所述驱动控制电路521的输出电压。

另外，为了提高整个控制器的可靠性，保护所述驱动控制电路521，限制驱动所述切割电机10的电流，所述切割高度调整执行单元520还包括：

电流截止反馈电路527，连接于所述驱动控制电路521与所述脉宽调制单元526之间，检测所述驱动控制电路526输出给所述切割电机10的电流，并将电流信号反馈至所述脉宽调制单元526的输入端，以限制所述切割电机10的电流，保护所述驱动控制电路521。

再者，由于所述切割高度反馈单元30是通过高频电缆与所述切割高度检测单元20连接，考虑到所述切割高度检测单元20在跟随所述切割电机10不断运动的过程中，可能出现高频电缆断裂而出现断路，使整个控制器失去作用，最终可能导致所述切割电机10失去控制，使所述切割枪与切割材料发生碰撞而被损坏。

基于此，为了克服此缺陷，本实用新型的控制器还包括：

断线检测电路60，连接于所述切割高度反馈单元30与所述驱动控制电路521之间，当检测到所述切割高度反馈单元30与所述切割高度检测单元20之间出现电连接中断时，通过所述驱动控制电路521中止对所述切割电机10运动进行自动控制。

进一步，当所述切割高度反馈单元30与所述驱动控制电路521之间出现断路时，为了不影响切割机正常的工作，本实用新型的控制器还可以包括：

接口电路70，与所述切割高度调整电路50连接，为所述切割高度调整电路50控制所述切割电机10提供控制接口；并且，所述接口电路70连接于所述断线检测电路60与所述驱动控制电路521之间，当断线检测电路60发出中止对所述切割电机10运动进行自动控制时，可由所述接口电路70提供手动控制所述切割电机10向上、向下等运动的控制接口。

当然，本实用新型的控制器还需要具有电源模块(图中未示)，为控制器中的各个功能电路提供工作电源。

同时，请参考图2所示，为本实用新型的部分具体电路示意图。

其中，所述切割高度反馈单元30具体包括：

正弦波发生器310，用于输出正弦波；

分路电容器320，连接于正弦波发生器310的输出端，将所述正弦波发生器310输出的正弦波分成两路；

第一、第二RC电路330和340，其中，第一RC电路330将经过所述分路电容器320分出的的其中一路信号滤波成为一个恒定电压信号，第二RC电路340将经过所述分路电容器的另外一路信号滤波；

其中，第二RC电路340中电容器341即为由所述切割高度检测单元20与切割材料之间构成的电容器，由于所述切割高度检测单元20与切割材料之间的切割高度发生变化，因此，所述电容器341的大小是动态变化的，从而是经过所述第二RC电路340滤波后的信号是一个电压值变化的信号；

第一比较器350，其负输入端接收所述第一RC电路330输出的恒定电压信号，其正输入端接收所述第二RC电路340的输出信号，对正、负输入端的输入信号进行比较，其输出端输出即为反映所述切割高度检测单元20与所述切割材料之间切割高度变化的信号。

另外，所述断线检测电路60具体包括：

电位器610，连接于电源与地之间；

第二比较器620，其负输入端与所述电位器610藕接，其正输入端连接所述切割高度反馈单元30中的所述第二RC电路340的输出端。

当所述切割高度检测单元20与所述切割高度反馈单元30电连接正常时，调节所示电位器610，使所述第二比较器620负输入端输入的电压高于其正输入端的电压，这样，无论所述切割高度检测单元20跟随所述切割电机做何种运动，所述第二比较器620都是输出低电平；当当所述切割高度检测单元20与所述切割高度反馈单元30之间电连接出现故障时，这时，所述第二比较器620正输入端的电位将高于其负输入端的电位，其输出端将输出高电位，即发出中止对所述切割电机10的运动进行自动控制的信号。

另外，所述电压调节器521可以通过运算放大器来实现；而所述驱动控制电路521可以采用高压悬浮驱动器以及晶体管，通过所述高压悬浮驱动器驱动所述晶体管以后工作，将晶体管的输出端连接所述切割电机，由晶体管的输出电压驱动所述切割电机10运动。

综上，由此可见，本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型巧妙的利用为一检测元件的所述切割高度检测单元，由于其相对切割材料之间的切割高度变化，导致由所述切割高度检测单元与切割材料之间形成电容器的电容值产生相应变化，利用该电容值的变化作为误差信号，可以有效的对所述切割电机的工作电压进行控制，通过控制所述切割电机带动所述切割高度检测单元以及所述切割枪运动，从而达到了保持切割枪与切割材料之间切割距离恒定的目的；另外，可以利用误差信号，有效的对所述切割电机的运动速度以及运动方向做出快速的调整，因此，本实用新型的控制器反映迅速，控制精度较高；

2、另外，本实用新型中控制器中增加了断线检测电路，能够有效的在检测控制器中高频电缆出现断路故障时，发出中止控制器对所述切割电机的自动控制，防止了控制器对所述切割电机的控制失灵的情况下，所述切割电机带动切割枪运动过程中使切割枪被意外损坏，起到了有效保护切割枪的目的。

Claims (10)

1、一种切割机中自动调整切割高度的控制器，控制切割电机带动切割枪运动来自动调节切割枪与切割材料之间的高度，其特征在于，包括：

切割高度检测单元，与所述切割电机机械连接，通过检测其与所述切割材料之间电容变化来检测其与切割材料之间的切割高度变化；

切割高度反馈单元，通过高频电缆与所述切割高度检测单元连接，将所述切割高度检测单元检测到的切割高度变化信号进行反馈；

切割高度对比单元，与所述切割高度反馈单元连接，接收所述切割高度反馈单元反馈信号，并将其与预设的切割高度值相对比；

切割高度调整电路，连接于所述切割高度对比单元与所述切割电机之间，根据所述切割高度对比单元的对比结果，通过控制所述切割电机的电压来控制所述切割电机带动所述切割高度检测单元运动，使所述切割高度检测单元与切割材料之间的切割高度与预设的切割高度保持一致。

2、根据权利要求1所述的切割机中自动调整切割高度的控制器，其特征在于，所述切割高度调整电路具体包括：

切割高度调节器，根据所述切割高度对比单元的对比结果，产生调整所述切割电机运动的控制命令；

切割高度调整执行单元，连接于所述切割高度调节器与所述切割电机之间，执行所述切割高度调节器的控制命令，调整所述切割电机的电压来调整所述切割电机的运动。

3、根据权利要求2所述的切割机中自动调整切割高度的控制器，其特征在于，所述切割高度调整执行单元具体包括：

驱动控制电路，其输出端与所述切割电机连接，产生控制所述切割电机运动的电压；

电压调节器，与所述切割高度调节器连接，根据所述切割高度调节器的控制命令，控制所述驱动控制电路的输出电压；

电压反馈单元，所述连接于所述电压调节器与所述驱动控制电路之间，将所述驱动控制电路输出的电压反馈至所述电压调节器；

方向判断单元以及方向控制器，连接于所述电压调节器与所述驱动控制电路之间，根据所述电压调节器的输出信号判断调整所述切割电机的运动方向，并经所述方向控制器将调整所述切割电机的运动方向的控制信号输出给所述驱动控制电路；

脉宽调制单元，连接于所述电压调节器与所述驱动控制电路之间，根据所述电压调节器的输出信号利用脉冲宽度调制技术(PWM)控制所述驱动控制电路的输出电压。

4、根据权利要求3所述的切割机中自动调整切割高度的控制器，其特征在于，所述电压调节器为运算放大器。

5、根据权利要求3所述的切割机中自动调整切割高度的控制器，其特征在于，所述切割高度调整执行单元还包括：

电流截止反馈电路，连接于所述驱动控制电路与所述脉宽调制单元之间，检测所述驱动控制电路输出给所述切割电机的电流，并将电流信号反馈至所述脉宽调制单元的输入端，以限制所述切割电机的电流，保护所述驱动控制电路。

6、根据权利要求3所述的切割机中自动调整切割高度的控制器，其特征在于，所述驱动控制电路包括高压悬浮驱动器以及晶体管，通过所述高压悬浮驱动器驱动所述晶体管，所述晶体管的输出端连接所述切割电机。

7、根据权利要求1所述的切割机中自动调整切割高度的控制器，其特征在于，还包括：

接口电路，与所述切割高度调整电路连接，为所述切割高度调整电路控制所述切割电机提供控制接口。

8、根据权利要求1所述的切割机中自动调整切割高度的控制器，其特征在于，所述切割高度反馈单元具体包括：

正弦波发生器，用于输出正弦波；

分路电容器，连接于正弦波发生器的输出端，将所述正弦波发生器输出的正弦波分成两路；

第一、第二RC电路，第一RC电路将经过所述分路电容器的其中一路信号滤波成为一个恒定电压信号，第二RC电路将经过所述分路电容器的另外一路信号滤波，该第二RC电路中的其中一电容器为所述切割高度检测单元与切割材料之间形成的电容器；

第一比较器，其负输入端接收所述第一RC电路输出的恒定电压信号，其正输入端接收所述第二RC电路的输出信号，对正、负输入端的输入信号进行比较，其输出端输出为反映所述切割高度检测单元与所述切割材料之间切割高度变化的信号。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的切割机中自动调整切割高度的控制器，其特征在于，还包括：

断线检测电路，连接于所述切割高度反馈单元与所述驱动控制电路之间，当检测到所述切割高度反馈单元与所述切割高度检测单元之间出现电连接中断时，通过所述驱动控制电路中止对所述切割电机运动进行自动控制。

10、根据权利要求9所述的切割机中自动调整切割高度的控制器，其特征在于，所述断线检测电路具体包括；

电位器，连接于电源与地之间；

第二比较器，其负输入端与所述电位器藕接，其正输入端连接所述切割高度反馈单元中的所述第二RC电路的输出端，对正、负输入端的输入信号进行比较，其输出端输出是否中止对所述切割电机运动进行自动控制的信号。

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