ความแม่นยำในการควบคุมของระบบการติดตามตำแหน่งโฟกัสอัตโนมัติของการตัดด้วยเลเซอร์ส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์
ระบบควบคุมที่ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ LVDT แบบเหนี่ยวนำหรือเซ็นเซอร์แบบ capacitive และไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวมีข้อเสีย เช่น ความสามารถในการป้องกันการรบกวนต่ำ คุณภาพการตอบสนองแบบไดนามิกต่ำ และความเปิดกว้างต่ำบทความนี้แนะนำระบบควบคุมที่ประกอบด้วยตัวเข้ารหัสออปติคัลดิจิทัลและตัวควบคุมการเคลื่อนไหวใช้ตัวควบคุมการเคลื่อนไหวสากลเป็นระบบควบคุมเพื่อปรับปรุงคุณภาพการควบคุม ความเปิดกว้าง ความเสถียร และความน่าเชื่อถือของระบบ ซึ่งสามารถแก้ปัญหาข้างต้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การศึกษาระบบติดตามตำแหน่งโฟกัสอัตโนมัติของการตัดด้วยเลเซอร์สามารถพิจารณาได้สองด้าน:
(1) วิธีตรวจจับตำแหน่งสัมพัทธ์ระหว่างเลเซอร์โฟกัสกับวัตถุที่ผ่านการประมวลผลอย่างเสถียร เชื่อถือได้ และสะดวก
การประมวลผลด้วยเลเซอร์เป็นการประมวลผลแบบไม่สัมผัส และไม่สามารถตรวจจับตำแหน่งโฟกัสได้โดยตรง และตำแหน่งโฟกัสจะถูกกำหนดโดยระยะห่างระหว่างกระจกโฟกัสกับพื้นผิวของวัตถุที่กำลังประมวลผลดังนั้น วิธีการทั่วไปคือการตรวจจับระยะห่างระหว่างกระจกโฟกัสกับพื้นผิวของวัตถุที่กำลังประมวลผล ซึ่งเป็นการตรวจจับตำแหน่งสัมพัทธ์ของเลเซอร์โฟกัสและพื้นผิวของวัตถุที่กำลังประมวลผลทางอ้อม
โดยทั่วไปวิธีการตรวจจับจะแบ่งออกเป็นประเภทการสัมผัสและแบบไม่สัมผัส:
เซ็นเซอร์สัมผัสประกอบด้วยการส่งกำลังเชิงกลและเซ็นเซอร์การเคลื่อนที่เชิงเส้นบางตัว (โดยปกติจะเป็นเซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ) ที่แปลงการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของกระจกโฟกัสและพื้นผิวของวัตถุให้เป็นแรงดันไฟฟ้าสำหรับระบบควบคุม
เซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัสติดตั้งเซ็นเซอร์กระแสวนแบบคาปาซิทีฟและแบบเหนี่ยวนำบนหัวออปติคัล ซึ่งใช้การเปลี่ยนแปลงของความจุหรือความเหนี่ยวนำของเซ็นเซอร์บนหัวออปติคัลเพื่อตรวจจับระยะห่างสัมพัทธ์ระหว่างกระจกโฟกัสกับพื้นผิวของ วัตถุการประมวลผล
วิธีการตรวจจับทั้งสองนี้มีไว้สำหรับการใช้งานที่แตกต่างกันเซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัสแบบคาปาซิทีฟส่วนใหญ่จะใช้ในงานแปรรูปโลหะด้วยเลเซอร์ 3 มิติ เนื่องจากไม่สะดวกในการใช้เซ็นเซอร์แบบสัมผัสในกรณีอื่น ๆ ควรใช้เซ็นเซอร์สัมผัส
อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์ทั้งสองจะถูกตรวจจับด้วยสัญญาณอะนาล็อก และในระหว่างกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ ไอออนไนซ์จะถูกสร้างขึ้นในพื้นที่การประมวลผลเพื่อสร้างการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีอิทธิพลต่อผลการตรวจจับในขณะเดียวกัน ความถี่ตอบสนองของเซ็นเซอร์ LVDT แบบเหนี่ยวนำจะต่ำส่งผลกระทบต่อลักษณะไดนามิกของระบบควบคุม สิ่งเหล่านี้เป็นปัญหาที่จำเป็นเร่งด่วนในการแก้ไข
(2) หลังจากตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของโฟกัสเลเซอร์และตำแหน่งของวัตถุที่กำลังประมวลผล วิธีชดเชยความเบี่ยงเบนอย่างรวดเร็ว นั่นคือปัญหาการออกแบบของระบบตามตำแหน่ง
ระบบการติดตามโฟกัสแบบแยกตามปกตินั้นถูกนำมาใช้โดยใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ควบคุมระบบขั้นต่ำของไมโครคอนโทรลเลอร์เนื่องจากประสิทธิภาพของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวนั้นค่อนข้างเรียบง่าย จึงเป็นเรื่องยากที่จะใช้กลยุทธ์การควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้น และลักษณะไดนามิกของสเต็ปปิ้งมอเตอร์ธรรมดานั้นค่อนข้างแย่ ซึ่งยากต่อการตอบสนองความต้องการอย่างรวดเร็วของการติดตามโฟกัสด้วยเลเซอร์
เพื่อเอาชนะข้อบกพร่องข้างต้น จึงได้แนะนำระบบติดตามอัตโนมัติแบบโฟกัสด้วยเลเซอร์ที่ใช้ตัวควบคุมการเคลื่อนไหว ซึ่งใช้ตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลเป็นเซ็นเซอร์ดิสเพลสเมนต์ และใช้ฟังก์ชันการติดตามแบบมาสเตอร์-สเลฟ (เกียร์อิเล็กทรอนิกส์) ของตัวควบคุมการเคลื่อนไหวเพื่อให้ได้การชดเชยตำแหน่งโฟกัสอย่างรวดเร็ว ข้อผิดพลาด.
2 การออกแบบฮาร์ดแวร์ระบบควบคุม
ระบบควบคุมประกอบด้วยเซนเซอร์ตำแหน่งโฟกัสแบบเลเซอร์ - ตัวเข้ารหัสออปติคัล ตัวควบคุม - ตัวควบคุมการเคลื่อนไหว และระบบเซอร์โว AC แอคทูเอเตอร์
แผ่นรหัสออปติคอลเป็นเซ็นเซอร์ดิสเพลสเมนต์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบควบคุมเชิงตัวเลขแบบวงกึ่งปิดเมื่อเทียบกับเซ็นเซอร์ดิสเพลสเมนต์แบบเหนี่ยวนำ เซ็นเซอร์นี้มีข้อดีในด้านความเสถียรที่ดี ลักษณะไดนามิกที่ดี ความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่ง และการเชื่อมต่อกับตัวควบคุมตำแหน่งได้ง่ายอย่างไรก็ตาม เนื่องจากตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลเป็นเซนเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนที่เชิงมุม จึงจำเป็นต้องเปลี่ยนส่วนประกอบเชิงกลเพื่อตรวจจับการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของเลเซอร์โฟกัสและพื้นผิวของชิ้นงานเราใช้การหมุนเฟืองที่เชื่อมโยงกับแร็คไดรฟ์และตัวเข้ารหัสออปติคัลเพื่อให้ได้การแปลงนี้ไม่ได้กล่าวถึงโครงสร้างเฉพาะในที่นี้
ตัวควบคุมการเคลื่อนไหวเป็นตัวควบคุมการเคลื่อนไหวแบบแกนเดียวที่มีฟังก์ชันการติดตามตำแหน่งหลักและรองนอกจากฟังก์ชันของตัวควบคุมการเคลื่อนไหวทั่วไปแล้ว ยังมีฟังก์ชันการติดตามอัตโนมัติสำหรับตำแหน่งของสัญญาณตัวเข้ารหัสออปติคอลอีกด้วยการติดตามตำแหน่งโฟกัสของเลเซอร์โดยอัตโนมัติระหว่างการตัดเฉือนยังสามารถดำเนินการต่างๆ ในระหว่างการปรับ jog ได้อีกด้วย
เนื่องจากตัวควบคุมการเคลื่อนไหวสามารถส่งสัญญาณพัลส์หรือสัญญาณพัลส์และทิศทางได้เพียงสองสัญญาณเท่านั้น ไดรฟ์จึงสามารถใช้ระบบเซอร์โวดิจิตอลทั้งหมดที่มีอินพุตพัลส์เท่านั้น
