CN209578465U - 基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，所述的硬件结构与外部的数控系统相连接，其中，所述的硬件结构包括电机、驱动板、位置检测装置、丝杠及镜片装载台，通过所述的电机、驱动板及位置检测装置构成半闭环控制，实现对激光头自动调焦的控制。采用该种结构的硬件结构可满足激光头的调焦精度要求，且可充分利用其较低的灵敏度来保证整个装置的稳定性，从结构上而言，该硬件结构相比于全闭环安装的线性磁栅更紧凑，进而有利于缩小整个切割头的尺寸，且成本较低、实用性高。

Description

基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，尤其涉及激光头的调焦领域，具体涉及一种基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构。

背景技术

激光头一般装于机床或机械手上，承接激光器输出的激光，由软件控制，用于切割、焊接或融覆等加工工艺。具备自动调焦功能的激光头中一般配备有电机，目前市场上的激光头多采用全闭环控制系统，全闭环控制系统具有较高的灵敏度，但易导致控制系统不稳定，同时为了安装检测机构导致切割头体积庞大。在小功率激光加工头上焦点的移动精度并不需要全闭环控制那么高的精度，如果采用全闭环控制激光头的调焦实用性并不高，全闭环控制系统的成本较高，在小功率激光加工头上用有一些大材小用，不利于生产成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服至少一个上述现有技术的缺点，提供了一种结构简单、成本较低，且适用性好的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构。

为了实现上述目的或其他目的，本实用新型的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构如下：

该基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，所述的硬件结构与外部的数控系统相连接，其主要特点是，所述的硬件结构包括所述的硬件结构包括电机、驱动板、位置检测装置、丝杠及镜片装载台；

所述的位置检测装置安装于所述的电机中的电机轴上；

所述的驱动板分别与所述的数控系统、电机及位置检测装置相连接；

所述的丝杠包括螺杆及丝母，所述的丝母套设于所述的螺杆外侧；

所述的螺杆的一端与所述的电机轴相连接；所述的镜片装载台与所述的丝母相连接。

较佳地，所述的丝杠为滚珠丝杠；所述的滚珠丝杠还包括滚珠，所述的滚珠设于所述的螺杆与所述的丝母之间。

较佳地，所述的丝杠的螺距为1mm或2mm。

较佳地，所述的螺杆通过联轴器与所述的电机轴相连接。

较佳地，所述的位置检测装置为编码器。

较佳地，所述的硬件结构还包括一壳体，所述的丝杠设于所述的壳体内部，所述的镜片装载台设于所述的壳体外侧，所述的壳体上还设有一滑轨，所述的镜片装载台与所述的滑轨滑动连接。

较佳地，所述的电机为伺服电机。

该基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，包括电机、驱动板、位置检测装置、丝杠及镜片装载台。由驱动板接收来自数控系统的信号控制电机工作，位置检测装置装于所述的电机的电机轴上，对电机的工作状态进行检测，驱动板并根据位置检测装置的反馈信号来调节对控制工作，电机、驱动板及位置检测装置三者构成半闭环控制，电机与丝杠相连接，控制所述的镜片装载台移动。采用本实用新型的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，可满足激光头的调焦精度要求，且可充分利用其较低的灵敏度来保证整个装置的稳定性，从结构上而言，该硬件结构相比于全闭环安装的线性磁栅更紧凑，进而有利于缩小整个切割头的尺寸，且成本较低、实用性高。

附图说明

图1为本实用新型的一实施例中基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构的结构图示意图。

图2为本实用新型的一实施例中基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构的控制系统框图。

附图标记

1 电机

2 驱动板

3 镜片装载台

4 螺杆

5 丝母

6 滚珠

7 联轴器

8 编码器

9 滑轨

10 支撑轴承

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构与外部的数控系统相连接。

如图1所示，本实用新型的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构包括电机1、驱动板2、位置检测装置、丝杠及镜片装载台3；

所述的位置检测装置安装于所述的电机1中的电机轴上；

所述的驱动板2分别与所述的数控系统、电机1及位置检测装置相连接；

所述的丝杠包括螺杆4及丝母5，所述的丝母5套设于所述的螺杆4外侧，所述的丝母5沿所述的螺杆4作直线运动；

所述的螺杆4的一端与所述的电机轴相连接；所述的镜片装载台3与所述的丝母5相连接。

其中，驱动板由信号输入输出器件、电源器件、硬件保护结构等部件构成，可直接采用现有技术中具有信号反馈功能的驱动板构成即可，在本实用新型中仅涉及对基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构的改进，同时，本实用新型中不涉及软件的设计，因此，不对驱动板进行进一步的说明。

在上述实施例中，所述的丝杠为滚珠丝杠；所述的滚珠丝杠还包括滚珠6，所述的滚珠6设于所述的螺杆4与所述的丝母5之间。

在上述实施例中，所述的丝杠可选用的螺距为1mm或2mm的丝杠构成，采用这种小螺距的丝杠可起到弥补小体积的电机1扭矩较小的缺点的作用。

在上述实施例中，所述的螺杆4通过联轴器7与所述的电机轴相连接。

在上述实施例中，所述的位置检测装置为编码器8。

在上述实施例中，所述的硬件结构还包括一壳体，所述的丝杠设于所述的壳体内部，所述的镜片装载台3设于所述的壳体外侧，所述的壳体上还设有一滑轨9，所述的镜片装载台3与所述的滑轨9滑动连接，工作时，所述的镜片装载台由所述的丝母带动沿所述的滑轨移动，所述的螺杆的两端分别设于所述的壳体内两端部的两个支撑轴承10上。

上述实施例中的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构包括了电机1、驱动板2、编码器8、小螺距的丝杠以及镜片装载台3。由驱动板2接收来自数控系统的信号，驱动电机1工作，并根据接收到的编码器8的信号，对电机1的工作状态进行调节，三者构成半闭环控制，其中，编码器8装于所述的电机1的电机轴上。上述实施例中的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构用于通过小螺距丝杠弥补小体积的电机1扭矩较小的缺点。采用该基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，与全闭环控制的切割头相比，可以满足基本的调焦精度要求，同时可充分理由其较低的灵敏度来保证整个控制系统的稳定性，且相比于全闭环安装的线性磁栅更紧凑，进而有利于缩小整个切割头的尺寸，且在小功率激光加工头上焦点的移动精度并不是非常高，采用本实用新型的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构性价比更高。

采用该基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构来进行激光头的自动调焦，可在达到加工所需要的速度，同时能降低成本，通过这种半闭环的硬件结构，通过相应的电机，驱动板2和编码器8，结合螺距小至1mm或2mm的丝杠，完全内置在激光头中，实现半闭环控制。选用半闭环控制系统，是为了是整套机构更为紧凑同时降低成本。经测试，在小功率激光加工头上可以到达与全闭环控制的激光加工头相同的加工效果。

该基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，采用驱动板2接收来自数控系统的信号驱动电机，同时驱动板2监测编码器8的信号，对电机的控制进行调节，形成半闭环控制。

如图1所示，图1中τ表示电机的输出力矩，θ为电机转角，X及相应的箭头表示镜片装载台的移动方向，即镜片装载台在丝杠的带动下，沿滑轨来回移动。

其工作系统框图如图2所示，其传递函数为：

式中θ为电机转角，T为电机力矩，J_e为电机的转子、丝杠及镜片装载台3在电机轴上的等效的转动惯量，b为系统阻尼，K_e为系统刚度系数，s为Laplace算子。

为了获得更好的控制精度，在设计镜片装载台3时需要严格控制整体装载台质量，具体而言就是需要根据丝杠导程及丝杠直径设计镜片装载台所需的运动加速度。

采用本实用新型的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构在小功率激光加工头中进行应用，在一定的焦点位移偏差内基本不会对加工效果产生影响，本实用新型半闭环控制系统所引入的控制误差经测试满足使用要求。

本实用新型的优点在于：本实用新型采用半闭环控制系统，相比于全闭环控制系统具有更为稳定的控制特性；同时，相比于全闭环控制系统，所使用的检测传感器更为简单紧凑，从而实现成本上的控制优化。

该基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，包括电机、驱动板、位置检测装置、丝杠及镜片装载台。由驱动板接收来自数控系统的信号控制电机工作，位置检测装置装于所述的电机的电机轴上，对电机的工作状态进行检测，驱动板并根据位置检测装置的反馈信号来调节对控制工作，电机、驱动板及位置检测装置三者构成半闭环控制，电机与丝杠相连接，控制所述的镜片装载台移动。采用本实用新型的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，可满足激光头的调焦精度要求，且可充分利用其较低的灵敏度来保证整个装置的稳定性，从结构上而言，该硬件结构相比于全闭环安装的线性磁栅更紧凑，进而有利于缩小整个切割头的尺寸，且成本较低、实用性高。

本实用新型的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构的技术方案中，其中所包括的各个功能模块和模块单元均能够对应于集成电路结构中的具体硬件电路，因此仅涉及具体硬件电路的改进，硬件部分并非仅仅属于执行控制软件或者计算机程序的载体，因此解决相应的技术问题并获得相应的技术效果也并未涉及任何控制软件或者计算机程序的应用，也就是说，本实用新型仅仅利用这些模块和单元所涉及的硬件电路结构方面的改进即可以解决所要解决的技术问题，并获得相应的技术效果，而并不需要辅助以特定的控制软件或者计算机程序即可以实现相应功能。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，所述的硬件结构与外部的数控系统相连接，其特征在于，所述的硬件结构包括电机、驱动板、位置检测装置、丝杠及镜片装载台；

所述的位置检测装置安装于所述的电机中的电机轴上；

所述的驱动板分别与所述的数控系统、电机及位置检测装置相连接；

所述的丝杠包括螺杆及丝母，所述的丝母套设于所述的螺杆外侧；

所述的螺杆的一端与所述的电机轴相连接；所述的镜片装载台与所述的丝母相连接。

2.根据权利要求1所述的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，其特征在于，所述的丝杠为滚珠丝杠；所述的滚珠丝杠还包括滚珠，所述的滚珠设于所述的螺杆与所述的丝母之间。

3.根据权利要求1或2所述的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，其特征在于，所述的丝杠的螺距为1mm或2mm。

4.根据权利要求1所述的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，其特征在于，所述的螺杆通过联轴器与所述的电机轴相连接。

5.根据权利要求1所述的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，其特征在于，所述的位置检测装置为编码器。

6.根据权利要求1所述的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，其特征在于，所述的硬件结构还包括一壳体，所述的丝杠设于所述的壳体内部，所述的镜片装载台设于所述的壳体外侧，所述的壳体上还设有一滑轨，所述的镜片装载台与所述的滑轨滑动连接。

7.根据权利要求1所述的基于半闭环控制用于实现激光头自动调焦的硬件结构，其特征在于，所述的电机为伺服电机。