RU178434U1 - Device for controlling the position of the laser head relative to the workpiece - Google Patents

Device for controlling the position of the laser head relative to the workpiece Download PDF

Info

Publication number
RU178434U1
RU178434U1 RU2017118222U RU2017118222U RU178434U1 RU 178434 U1 RU178434 U1 RU 178434U1 RU 2017118222 U RU2017118222 U RU 2017118222U RU 2017118222 U RU2017118222 U RU 2017118222U RU 178434 U1 RU178434 U1 RU 178434U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser head
measuring device
nozzle
signal processing
inputs
Prior art date
Application number
RU2017118222U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Владимирович Соколовский
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ"
Priority to RU2017118222U priority Critical patent/RU178434U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU178434U1 publication Critical patent/RU178434U1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для обработки заготовок лазерным лучом, а именно к управляющим устройствам положения лазерной головки над рабочей поверхностью.Лазерная головка 1 выполнена с приводом 2 для вертикального перемещения лазерной головки для поддержания заданного расстояния относительно обрабатываемой поверхности 3.Управляющее устройство положением лазерной головки над рабочей поверхностью включает емкостное измерительное устройство 4, измеряющее расстояние от сопла 5 лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок 6 обработки сигнала, блок 7 управления приводом, и детектор 8 касания соплом обрабатываемой поверхности.Входы 9, 10 измерительного устройства 4 подключены соответственно к соплу 5 лазерной головки и обрабатываемой поверхности 3, а его выход 11 - к первому входу 12 блока 6 обработки сигнала, выход 13 которого подключен к входу 14 блока 7 управления приводом. Входы 15, 16 детектора 8 подключены параллельно входам 9, 10 измерительного устройства 4, а его выход 17 - ко второму входу 18 блока обработки сигнала измерительного устройства. Детектор 8 касания представляет собой полосный фильтр, полоса пропускания которого соответствует рабочему диапазону частоты емкостного датчика. При ненадежном касании сопла обрабатываемой поверхности происходит хаотичное изменение частоты осциллятора емкостного измерительного устройства и выход ее за пределы установленного диапазона. При надежном касании происходит срыв частоты осциллятора. В обоих случаях сигнал на выходе детектора касания пропадает, что является сигналом аварийной ситуации, который формируется значительно раньше, чем аварийный сигнал блока 6 обработки сигнала измерительного устройства. Это позволяет сократить время реакции системы и предотвратить механические коллизии.Данное техническое решение позволит повысить надежность работы устройства и предотвратить его поломку.The utility model relates to devices for processing workpieces with a laser beam, and in particular, to control devices for positioning the laser head above the working surface. The laser head 1 is made with a drive 2 for vertical movement of the laser head to maintain a given distance relative to the workpiece 3. Control device with the position of the laser head above the working surface includes a capacitive measuring device 4, measuring the distance from the nozzle 5 of the laser head to the surface to be treated tee, a signal processing unit 6, a drive control unit 7, and a nozzle touch detector 8 of the machined surface. The inputs 9, 10 of the measuring device 4 are connected respectively to the nozzle 5 of the laser head and the machined surface 3, and its output 11 to the first input 12 of block 6 signal processing, the output 13 of which is connected to the input 14 of the block 7 of the drive control. The inputs 15, 16 of the detector 8 are connected in parallel with the inputs 9, 10 of the measuring device 4, and its output 17 is connected to the second input 18 of the signal processing unit of the measuring device. The detector 8 touch is a band-pass filter, the passband of which corresponds to the operating frequency range of the capacitive sensor. When the nozzle of the workpiece is not reliably touched, a chaotic change in the frequency of the oscillator of the capacitive measuring device occurs and it goes beyond the specified range. With a reliable touch, the oscillator frequency is disrupted. In both cases, the signal at the output of the touch detector disappears, which is an emergency signal, which is formed much earlier than the alarm signal of the signal processing unit 6 of the measuring device. This allows you to reduce the reaction time of the system and prevent mechanical collisions. This technical solution will improve the reliability of the device and prevent its breakdown.

Description

Предложение относится к устройствам для обработки заготовок лазерным лучом, а именно к устройствам для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности.The proposal relates to devices for processing workpieces with a laser beam, and in particular to devices for controlling the position of the laser head relative to the workpiece.

Известно устройство для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности, содержащее последовательно соединенные емкостное измерительное устройство для измерения расстояния от сопла лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок обработки сигнала измерительного устройства, блок управления приводом перемещения лазерной головки и привод перемещения лазерной головки, при этом упомянутое емкостное измерительное устройство выполнено с возможностью соединения своих входов с соплом и обрабатываемой поверхностью. [1, 2, 3].A device is known for controlling the position of the laser head relative to the surface to be treated, comprising a capacitive measuring device for measuring the distance from the nozzle of the laser head to the surface to be machined, a signal processing unit for the measuring device, a control unit for the drive drive for moving the laser head and a drive for moving the laser head, the capacitive being mentioned the measuring device is configured to connect its inputs to the nozzle and process th surface. [1, 2, 3].

Принцип действия емкостного измерительного устройства основан на использовании LC-осциллятора для измерения емкости между соплом и обрабатываемой поверхностью широко известен и здесь не описывается. Управление дистанцией между соплом лазерной головки основано на поддержании постоянного значения электрической емкости между соплом лазерной головки и рабочей поверхностью. Это обеспечивает сохранение постоянной дистанции и исключает коллизии между соплом лазерной головки и рабочей поверхностью в рабочем процессе обработки заготовки. В аварийных же ситуациях, а, так же в процессе настройки машины, возможно соприкосновение сопла и рабочей поверхности. При этом возможен ненадежный гальванический контакт между соплом и поверхностью. Это приводит к явлению, известному в электротехнике, как «дребезг контактов». Оно характеризуется хаотичным появлением и отсутствием гальванического контакта, что можно представить смесью различных, независимых частот. Попадание паразитных частот, соответствующих увеличению дистанции, в блок обработки сигнала измерительного устройства приводит к тому, что управляющее устройство попытается опустить лазерную головку, несмотря на то, что сопло уже касается поверхности.The principle of operation of a capacitive measuring device is based on the use of an LC oscillator to measure the capacitance between the nozzle and the surface being treated is widely known and is not described here. The control of the distance between the nozzle of the laser head is based on maintaining a constant value of the electric capacitance between the nozzle of the laser head and the working surface. This ensures the preservation of a constant distance and eliminates collisions between the nozzle of the laser head and the working surface in the workpiece processing process. In emergency situations, and also in the process of setting up the machine, the nozzle and the working surface may come into contact. In this case, unreliable galvanic contact between the nozzle and the surface is possible. This leads to a phenomenon known in electrical engineering as “contact bounce”. It is characterized by a chaotic appearance and the absence of galvanic contact, which can be represented by a mixture of different, independent frequencies. If spurious frequencies corresponding to an increase in distance get into the signal processing unit of the measuring device, the control device will try to lower the laser head, despite the fact that the nozzle is already touching the surface.

Несмотря на то, что такая ситуация может происходить довольно редко, последствия ее приводят к повреждению обрабатываемой детали и необратимой поломке лазерной головки.Despite the fact that such a situation can occur rather rarely, its consequences lead to damage to the workpiece and permanent damage to the laser head.

Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении надежности работы устройства.The result, to achieve which this technical solution is directed, is to increase the reliability of the device.

Указанный результат достигается за счет того, что устройство для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности, содержащее последовательно соединенные емкостное измерительное устройство для измерения расстояния от сопла лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок обработки сигнала измерительного устройства, блок управления приводом перемещения лазерной головки и привод перемещения лазерной головки, при этом упомянутое емкостное измерительное устройство выполнено с возможностью соединения своих входов с соплом и обрабатываемой поверхностью снабжено детектором касания сопла лазерной головки с обрабатываемой поверхностью, выполненным в виде полосового фильтра, полоса пропускания которого соответствует рабочему диапазону частоты емкостного измерительного устройства, при этом входы упомянутого детектора касания подключены параллельно входам упомянутого емкостного измерительного устройства, а выход детектора касания соединен со вторым входом блока обработки сигнала измерительного устройства.This result is achieved due to the fact that the device for controlling the position of the laser head relative to the surface to be treated, comprising a capacitive measuring device for measuring the distance from the nozzle of the laser head to the surface to be machined, a signal processing unit for the measuring device, a control unit for the drive drive for moving the laser head and a displacement drive a laser head, wherein said capacitive measuring device is configured to connect of its inputs with a nozzle and a machined surface is equipped with a touch detector for a laser head nozzle with a machined surface made in the form of a band-pass filter, the passband of which corresponds to the operating frequency range of a capacitive measuring device, while the inputs of the mentioned touch detector are connected in parallel with the inputs of the capacitive measuring device, and the output of the touch detector is connected to the second input of the signal processing unit of the measuring device.

Пример выполнения заявляемого устройства представлен на чертеже.An example implementation of the inventive device is presented in the drawing.

Лазерная головка 1 выполнена с приводом 2 для вертикального перемещения лазерной головки для поддержания заданного расстояния относительно обрабатываемой поверхности 3.The laser head 1 is made with a drive 2 for vertical movement of the laser head to maintain a given distance relative to the work surface 3.

Устройство для управления положением лазерной головки включает емкостное измерительное устройство 4, измеряющее расстояние от сопла 5 лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок 6 обработки сигнала, блок 7 управления приводом, и детектор 8 касания соплом обрабатываемой поверхности.The device for controlling the position of the laser head includes a capacitive measuring device 4, measuring the distance from the nozzle 5 of the laser head to the surface to be treated, a signal processing unit 6, a drive control unit 7, and a nozzle touch detector 8 of the surface to be treated.

Входы 9, 10 измерительного устройства 4 подключены соответственно к соплу 5 лазерной головки и обрабатываемой поверхности 3, а его выход 11 - к первому входу 12 блока 6 обработки сигнала, выход 13 которого подключен ко входу 14 блока 7 управления приводом.The inputs 9, 10 of the measuring device 4 are connected respectively to the nozzle 5 of the laser head and the machined surface 3, and its output 11 is connected to the first input 12 of the signal processing unit 6, the output 13 of which is connected to the input 14 of the drive control unit 7.

Входы 15, 16 детектора 8 подключены параллельно входам 9, 10 измерительного устройства 4, а его выход 17 - ко второму входу 18 блока обработки сигнала измерительного устройства.The inputs 15, 16 of the detector 8 are connected in parallel with the inputs 9, 10 of the measuring device 4, and its output 17 is connected to the second input 18 of the signal processing unit of the measuring device.

Детектор 8 касания представляет собой полосный фильтр, полоса пропускания которого соответствует рабочему диапазону частоты емкостного датчика. При ненадежном касании сопла обрабатываемой поверхности происходит хаотичное изменение частоты осциллятора емкостного измерительного устройства и выход ее за пределы установленного диапазона. При надежном касании происходит срыв частоты осциллятора. В обоих случаях сигнал на выходе детектора касания пропадает, что является сигналом аварийной ситуации, который формируется значительно раньше, чем аварийный сигнал блока 6 обработки сигнала измерительного устройства. Это позволяет сократить время реакции системы и предотвратить механические коллизии.The detector 8 touch is a band-pass filter, the passband of which corresponds to the operating frequency range of the capacitive sensor. When the nozzle of the workpiece is not reliably touched, a chaotic change in the frequency of the oscillator of the capacitive measuring device occurs and it goes beyond the specified range. With a reliable touch, the oscillator frequency is disrupted. In both cases, the signal at the output of the touch detector disappears, which is an emergency signal, which is formed much earlier than the alarm signal of the signal processing unit 6 of the measuring device. This reduces the reaction time of the system and prevents mechanical collisions.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Осциллятор емкостного измерительного устройства изменяет свою частоту, как функцию от измеряемой дистанции. Частотный сигнал измерительного устройства поступает в блок 6 обработки сигнала, где сначала он преобразуется в цифровую величину, а, затем, используя характеристическую кривую, в значение, соответствующее измеренной дистанции.The oscillator of a capacitive measuring device changes its frequency as a function of the measured distance. The frequency signal of the measuring device enters the signal processing unit 6, where it is first converted to a digital value, and then, using the characteristic curve, to a value corresponding to the measured distance.

Значение дистанции передается в блок 7 управления приводом, которое, используя привод 2, управляет вертикальным положением лазерной головки по отношению к обрабатываемой поверхности. Дистанция между соплом 5 лазерной головки 1 и обрабатываемой поверхностью 3 может, таким образом, сохраняться постоянной. В рабочем режиме это обеспечивает возможность позиционирования сопла над обрабатываемой поверхностью, избегая коллизий. При аварийном касании соплом обрабатываемой поверхности сигнал на выходе детектора касания пропадает, что может быть использовано, в зависимости от выбранного режима работы, в качестве команды для немедленного останова работы установки как с подъемом сопла от поверхности, так и без подъема.The distance value is transmitted to the drive control unit 7, which, using the drive 2, controls the vertical position of the laser head with respect to the work surface. The distance between the nozzle 5 of the laser head 1 and the machined surface 3 can thus be kept constant. In the operating mode, this allows the nozzle to be positioned above the surface to be treated, avoiding collisions. When the nozzle touches the treated surface in an emergency, the signal at the output of the touch detector disappears, which can be used, depending on the selected operating mode, as a command to immediately stop the installation both with the nozzle rising from the surface and without lifting.

Характеристическая кривая представляет собой зависимость дистанции от измеренной емкости. Эта кривая снимается в процесс периодической калибровки и хранится в памяти блока 7 управления приводом, что позволяет позиционировать сопло перед началом обработки, не используя для этого иные дополнительные устройства.The characteristic curve represents the dependence of the distance on the measured capacitance. This curve is taken into the process of periodic calibration and stored in the memory of the drive control unit 7, which allows you to position the nozzle before processing, without using other additional devices.

Таким образом, данное техническое решение позволит повысить надежность работы устройства и предотвратить его поломку.Thus, this technical solution will improve the reliability of the device and prevent its breakdown.

Источники информации:Information sources:

1. Патент US №6509744, МКИ - G01B 7/02, 20031. US patent No. 6509744, MKI - G01B 7/02, 2003

2. Патент US №8247732, МКИ - B23K 26/046, 20122. US patent No. 8247732, MKI - B23K 26/046, 2012

3. Патент US №5094046, МКИ - B23K 26/00, 19973. US patent No. 5094046, MKI - B23K 26/00, 1997

Claims (1)

Устройство для управления положением лазерной головки относительно обрабатываемой поверхности, содержащее последовательно соединенные емкостное измерительное устройство для измерения расстояния от сопла лазерной головки до обрабатываемой поверхности, блок обработки сигнала измерительного устройства, блок управления приводом перемещения лазерной головки и привод перемещения лазерной головки, при этом упомянутое емкостное измерительное устройство выполнено с возможностью соединения своих входов с соплом и обрабатываемой поверхностью, отличающееся тем, что оно снабжено детектором касания сопла лазерной головки с обрабатываемой поверхностью, выполненным в виде полосового фильтра, полоса пропускания которого соответствует рабочему диапазону частоты емкостного измерительного устройства, при этом входы упомянутого детектора касания подключены параллельно входам упомянутого емкостного измерительного устройства, а выход детектора касания соединен со вторым входом блока обработки сигнала измерительного устройства.A device for controlling the position of the laser head relative to the surface to be treated, comprising a capacitive measuring device for measuring the distance from the nozzle of the laser head to the surface to be machined, a signal processing unit for the measuring device, a control unit for the drive for moving the laser head and a drive for moving the laser head, the capacitive measuring the device is configured to connect its inputs to the nozzle and processed on top a bridge, characterized in that it is equipped with a touch detector of the nozzle of the laser head with the surface being processed, made in the form of a band-pass filter, the passband of which corresponds to the operating frequency range of the capacitive measuring device, while the inputs of the said touch detector are connected in parallel with the inputs of the capacitive measuring device, and the output the touch detector is connected to the second input of the signal processing unit of the measuring device.
RU2017118222U 2017-05-25 2017-05-25 Device for controlling the position of the laser head relative to the workpiece RU178434U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118222U RU178434U1 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Device for controlling the position of the laser head relative to the workpiece

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118222U RU178434U1 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Device for controlling the position of the laser head relative to the workpiece

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU178434U1 true RU178434U1 (en) 2018-04-04

Family

ID=61867780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017118222U RU178434U1 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Device for controlling the position of the laser head relative to the workpiece

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU178434U1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1640887A1 (en) * 1989-07-19 1994-02-15 Н.А. Архипенко Laser treatment installation
US6509744B1 (en) * 1999-02-16 2003-01-21 Precitec Gmbh Method for measuring the distance between a sensor electrode and a workpiece
RU98963U1 (en) * 2010-06-03 2010-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Страж-Лазер" (ООО "Страж-Лазер") DEVICE FOR LASER CUTTING OF SMALL-SIZED HOLES OF AN ARBITRARY FORM IN THICK SHEETS OF HIGH-REFLECTING METALS
RU2447342C2 (en) * 2005-11-15 2012-04-10 Снекма Method to manufacture labyrinth seal comb, thermomechanical part and gas turbine engine comprising such comb
US8247732B2 (en) * 2005-12-16 2012-08-21 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Sensor arrangement for a laser machine tool and an insulator for such a sensor arrangement
RU2608868C2 (en) * 2011-05-12 2017-01-25 АДИДЖЕ С.п.А. Method of pipe scanning intended for processing at laser cutting machine, using sensor for measuring radiation reflected or emitted by pipe

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1640887A1 (en) * 1989-07-19 1994-02-15 Н.А. Архипенко Laser treatment installation
US6509744B1 (en) * 1999-02-16 2003-01-21 Precitec Gmbh Method for measuring the distance between a sensor electrode and a workpiece
RU2447342C2 (en) * 2005-11-15 2012-04-10 Снекма Method to manufacture labyrinth seal comb, thermomechanical part and gas turbine engine comprising such comb
US8247732B2 (en) * 2005-12-16 2012-08-21 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Sensor arrangement for a laser machine tool and an insulator for such a sensor arrangement
RU98963U1 (en) * 2010-06-03 2010-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Страж-Лазер" (ООО "Страж-Лазер") DEVICE FOR LASER CUTTING OF SMALL-SIZED HOLES OF AN ARBITRARY FORM IN THICK SHEETS OF HIGH-REFLECTING METALS
RU2608868C2 (en) * 2011-05-12 2017-01-25 АДИДЖЕ С.п.А. Method of pipe scanning intended for processing at laser cutting machine, using sensor for measuring radiation reflected or emitted by pipe

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150346908A1 (en) High noise immunity sensing methods and apparatus for a capacitive touch device
KR102201628B1 (en) Positioning control device and mold fastening device
JP2012515911A (en) Method for optimizing the measurement cycle of a contact-type coordinate positioning device
RU178434U1 (en) Device for controlling the position of the laser head relative to the workpiece
KR102460054B1 (en) Apparatus and procedure for homing and subsequent positioning of axes of numerical control machines
RU2714596C2 (en) Device for controlling position of laser head relative to processed surface
JP3140600U (en) Control device for high-speed precision transfer device with self-tuning function
CN203982204U (en) Metal works rectilinear motion positioning control system based on eddy current sensor
TWI564128B (en) Collision-avoidance detecting device, corresponding control method and applicable robotic arm thereof
SK500282011A3 (en) Method of evaluation distance of technological tool from the workpiece and circuit for implement this method
CN108762041B (en) Watch capable of adjusting metal pointer to preset position
WO2018192393A1 (en) Calibration method and device for proximity sensor
JP6333800B2 (en) Switch device and numerical control system for generating safety input signal
CN204148719U (en) A kind of laser head servomechanism of laser cutting device
CN104459738A (en) Multifunctional positioning device
JP2008097347A (en) Motor control device
US5939017A (en) Cutting torch height control system
CN106001910B (en) The laser machine and its control device for having gap control function
CN104889480A (en) Rail cutting machine capable of automatically measuring distance
RU2014200C1 (en) Device for determining tool/work contact moment
CN102649381B (en) Material self-adaptive digital engraving machine
RU61177U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE TORQUE OF THE TOUCH OF THE CUTTING TOOL WITH THE PART
CN113885520B (en) Method for determining dynamic safety distance between autonomous mobile machine and human body
RU2399476C2 (en) Method of scanning surfaces of models on numerical control machine tool and device for realising said method
RU2545495C1 (en) Method of detecting metal particles in moving fibrous material

Legal Events

Date Code Title Description
MG9K Termination of a utility model due to grant of a patent for identical subject

Ref document number: 2714596

Country of ref document: RU

Effective date: 20200218