激光切割头与工件距离检测系统的研制

摘要

激光加工技术经过40多年的发展，至今已成为先进制造技术的重要组成部分。激光器在切割过程中，切割头与工件的距离以及喷嘴与工件表面的垂直度是两个极其重要的因素，它们直接影响着切割的质量。因此，对激光切割机高度跟随检测系统及角度自动调整系统进行研究的意义十分重大。
　　本文通过激光切割过程中距离检测及垂直度检测方面国内外研究现状的总结和分析，开展了对激光器用位移及角度检测系统的设计分析与研究。
　　首先，根据传感器的基础理论，在综合考虑了激光加工工艺方面的要求以及传感器的理论要求基础上，建立了激光头专用位移检测传感器的分析模型并对其进行参数选择，对实物进行了设计；并根据国外设计的激光头专用位移检测传感器以及自行设计的实物，对传感器进行了理论分析，通过理论分析的计算结果给出设计的理论依据；最后对激光器用位移传感器的检测电路进行了分析设计。
　　其次，通过实验，对传感器的灵敏度、线性度等技术指标进行了标定与分析，并找出较好的线性工作范围区间，使其满足激光器用位移检测系统的技术要求。
　　最后对激光头自动垂直定位方法进行了理论研究及编程模拟。提出用于三维激光加工的示教点选取方法以及通过示教点所在曲面片的法矢的获取。对三维激光加工示教中加工轨迹的测点布置和法矢获取进行了详细地研究，得到了关于测点的选取策略，并根据微分几何的方法给出了法矢获取测量算法，并且根据此算法对三维激光加工数控编程进行了研究及模拟。

目录

激光切割头与工件距离检测系统的研制

DEVELOPMENT OF THE DISTANCE DETECTION SYSTEM ON LASER CUTTING HEAD AND THE WORKPIECE

摘 要

Abstract

目 录

第 1 章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1距离检测法综述

1.2.2激光切割过程中距离检测技术国内外研究现状

1.2.3激光切割头自动垂直定位技术的国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第 2 章电容式位移传感器的设计

2.1传感器的基本原理

2.2激光器用电容传感器的设计与分析

2.2.1电容传感器结构设计

2.2.2传感器的理论分析

2.3激光器用位移传感器检测电路的设计

2.4本章小节

第 3 章传感器技术指标实验分析

3.1实验方案

3.2实验结果及分析

3.3本章小结

第 4 章激光头自动垂直定位方法的研究

4.1引言

4.2曲面法向矢量的获取算法研究

4.2.1法矢获取的总体思想概述

4.2.2微小切平面的构造

4.2.3测量算法分析及计算

4.2.4算法精度分析

4.3选取示教点的方法

4.3.1型值点的插补算法概述

4.3.2示教点选取方案

4.4三维激光加工数控编程研究及模拟

4.4.1三维激光加工中曲面法矢获取算法程序

4.4.2曲面法矢获取算法程序模拟界面

4.5本章小结

结 论

参考文献

附 录 1 曲面法矢获取算法程序

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致 谢