jic35導(dǎo)讀：激光切割焦點(diǎn)位置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的控制精度直接影響著激光切割加工的質(zhì)量。電感式lvdt傳感器或電容傳感器與單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)存在著抗*力較低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)較差、開(kāi)放程度差等缺點(diǎn)。本文介紹一種用數(shù)字式光碼盤(pán)和運(yùn)動(dòng)控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，采用通用的運(yùn)動(dòng)控制器作為控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)、開(kāi)放性、穩(wěn)定性、可靠性，可以有效地解決上述問(wèn)題。
激光切割利用聚焦后的高能量密度的激光作用于加工對(duì)象，激光和物體分子相互作用而使加工區(qū)的物體熔化。隨著光速的移動(dòng)，就在物體中產(chǎn)生切縫，從而達(dá)到切割的目的。由于激光焦點(diǎn)和加工對(duì)象的相對(duì)位置決定了作用于加工對(duì)象上激光光斑和功率密度的大小，因此，激光焦點(diǎn)和加工對(duì)象的相對(duì)位置就對(duì)加工質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。怎樣在激光切割加工過(guò)程中保持激光焦點(diǎn)和加工對(duì)象之間的相對(duì)位置為一合理而恒定的值，就成為激光切割加工中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
研究激光切割焦點(diǎn)位置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)可以分兩個(gè)方面來(lái)考慮：
（1）怎樣穩(wěn)定、可靠而又方便地檢測(cè)出激光焦點(diǎn)和加工對(duì)象之間的相對(duì)位置
激光加工屬于非接觸加工，無(wú)法直接檢測(cè)焦點(diǎn)位置，而焦點(diǎn)位置由聚焦鏡和加工對(duì)象表面的距離決定。因此，常用的辦法是檢測(cè)聚焦鏡和加工對(duì)象表面的距離，從而間接檢測(cè)激光焦點(diǎn)和加工對(duì)象表面的相對(duì)位置。
常用的檢測(cè)方法分接觸式和非接觸式兩種：
接觸式傳感器采用一機(jī)械傳動(dòng)裝置和一些直線位移傳感器（常用的為電感式傳感器）組成，將聚焦鏡和加工對(duì)象表面的相對(duì)位移轉(zhuǎn)換成電壓量供控制系統(tǒng)使用。
非接觸式傳感器是在光頭上裝一個(gè)電容和電感渦流式傳感器，利用光頭上傳感器的電容或電感的變化來(lái)檢測(cè)聚焦鏡和加工對(duì)象表面的相對(duì)距離。
這兩種檢測(cè)方法是為了不同的使用場(chǎng)合而定的，電容式非接觸式傳感器主要是用于三維激光金屬加工場(chǎng)合，因?yàn)檫@種場(chǎng)合不便于使用接觸式傳感器。其他場(chǎng)合則使用接觸式傳感器比較合適。
但這兩種傳感器都是采用模擬信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)處理的，而在激光切割過(guò)程中會(huì)在加工區(qū)產(chǎn)生電離作用，形成電磁干擾，對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響；同時(shí)，電感型lvdt傳感器的響應(yīng)頻率低，影響控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，這些都是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。
（2）在檢測(cè)出激光焦點(diǎn)和加工對(duì)象的位置變化以后，怎樣快速地補(bǔ)償?shù)羝罴次恢秒S動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題
通常的分離式焦點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)是利用單片機(jī)的zui小系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的。由于單片機(jī)性能比較簡(jiǎn)單，難以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制策略，而普通步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性比較差，很難滿足激光焦點(diǎn)跟蹤的快速要求。
為了克服上述缺點(diǎn)，本文介紹一種基于運(yùn)動(dòng)控制器的激光焦點(diǎn)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，采用光碼盤(pán)作為位移傳感器，利用運(yùn)動(dòng)控制器的主從跟蹤（電子齒輪）功能實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)位置誤差的快速補(bǔ)償。2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)由激光焦點(diǎn)位置傳感器——光碼盤(pán)，控制器——parker500-fol運(yùn)動(dòng)控制器和執(zhí)行裝置交流伺服系統(tǒng)組成。
光碼盤(pán)是在半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中使用zui多的位移傳感器，它與電感式位移傳感器相比，具有穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)特性好、抗*力強(qiáng)、易于和位置控制器相聯(lián)等優(yōu)點(diǎn)。但由于光碼盤(pán)是角度式位移傳感器，故必須經(jīng)機(jī)械部件變換才能檢測(cè)激光焦點(diǎn)與加工對(duì)象表面的相對(duì)位移。我們是采用齒條帶動(dòng)和光碼盤(pán)相聯(lián)的齒輪旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的，具體結(jié)構(gòu)