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具有多点测量功能的激光切割头位移传感器的研制

作　者: 王长和
导　师: 张宏志
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 激光切割电容传感器检测电路距离检测法矢量检测
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着激光切割技术的广泛应用,激光切割的质量和效率无疑是人们最为关注的两个因素。激光切割过程中,尤其是三维激光切割,切割头与工件的间距以及激光束光轴与被加工表面的垂直度是影响切割效率和质量的重要因素,能同时解决这两个问题的产品我国尚不能自主开发。因此,对于既能检测激光切割头与工件距离又能检测工件曲面法矢量的传感器进行研究具有重要的现实意义和实用价值。本文结合激光切割工艺和传感器自身的性能要求,提出了一种具有多点测量功能的激光切割头位移传感器,并对此进行了设计和试验。它是依据变间隙电容传感器的工作原理,多个电容传感器同时工作,用以检测切割头与工件的间距及工件的表面法矢量。针对激光切割对焦点位置的要求,建立了多点测量传感器检测原理的数学模型,从理论上分析了多点测量传感器检测工件表面法矢量的可行性;根据实际工况,分析了影响传感器工作性能的因素以及采取的措施,并对带有多点测量传感器的激光切割头进行了结构设计。根据本课题中传感器的性能指标的要求,研制了传感器的检测电路。传感器信号检测电路是传感器测量系统硬件部分的核心,本文详细的介绍了电路的设计过程。单电容传感器性能检测试验结果表明,自行设计的检测电路能够满足工作要求,单电容传感器的工作性能指标良好。利用自行设计的多点测量传感器检测电路,对多点测量传感器进行了试验,试验结果表明,传感器之间不存在互相干扰;对传感器的距离测量性能和不同工件表面的法矢量测量性能进行了试验,验证了多点测量传感器这种结构形式的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景及研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 激光切割过程中激光焦点位置检测技术国内外研究现状  10-11
    1.2.2 激光切割头位姿调整技术的国内外研究现状  11-12
    1.2.3 微电容传感器检测电路的技术现状  12-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
第2章激光切割头多点测量位移传感器的设计  16-34
  2.1 引言  16
  2.2 激光切割头多点测量传感器的技术要求和工作原理  16-20
    2.2.1 激光切割对激光焦点位置检测传感器的技术要求  16-17
    2.2.2 多点测量传感器的结构和原理  17-20
  2.3 多电容传感器检测曲面法矢量的原理  20-24
    2.3.1 多电容传感器检测曲面法矢量原理的数学描述  20-23
    2.3.2 影响法矢量检测精度的因素分析  23-24
  2.4 工件表面形貌对位置检测传感器的误差分析  24-27
  2.5 传感器结构与激光切割工况对传感器性能的影响  27-31
    2.5.1 传感器的结构稳定性设计  27-29
    2.5.2 激光切割工况对传感器的影响  29-31
  2.6 传感器的结构设计和参数选择  31-33
    2.6.1 集成多电容传感器的切割头结构设计  31
    2.6.2 传感器的参数选择  31-33
  2.7 本章小结  33-34
第3章微电容传感器检测电路的研制  34-46
  3.1 引言  34
  3.2 微电容传感器检测电路的总体方案设计  34-35
  3.3 微电容传感器检测电路的设计  35-42
    3.3.1 方波激励源电路  35-36
    3.3.2 运算放大器式C/V 转换电路  36-38
    3.3.3 双T 型带阻滤波电路  38-39
    3.3.4 精密整流电路  39-40
    3.3.5 滤波电路  40-41
    3.3.6 电路的最高激励频率  41
    3.3.7 电子元器件的选择  41-42
  3.4 电路中噪声与抗干扰的抑制措施  42-43
  3.5 多电容传感器的检测电路设计  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第4章单电容传感器性能测试实验研究  46-53
  4.1 引言  46
  4.2 单电容传感器距离检测实验  46-49
    4.2.1 实验方案与装置  46-47
    4.2.2 实验步骤  47-48
    4.2.3 实验结果及分析  48-49
  4.3 电路时漂检测实验  49-50
  4.4 模拟激光切割工况环境下的传感器性能测试实验  50-51
  4.5 传感器动态特性实验  51-52
  4.6 本章小结  52-53
第5章多电容传感器性能测试试验研究  53-70
  5.1 引言  53
  5.2 两瓣式电容传感器之间是否存在干扰的检测试验  53-55
    5.2.1 试验目的与装置  53
    5.2.2 试验步骤  53-54
    5.2.3 试验结果分析  54-55
  5.3 两瓣式电容传感器的距离检测试验  55-56
    5.3.1 试验目的、装置与步骤  55
    5.3.2 试验结果分析  55-56
  5.4 两瓣式电容传感器对斜面法矢量的检测试验  56-62
    5.4.1 试验目的与装置  56
    5.4.2 试验步骤  56-57
    5.4.3 试验结果分析  57-62
  5.5 两瓣式电容传感器对圆柱面法矢量的检测试验  62-69
    5.5.1 试验目的与装置  62-63
    5.5.2 试验步骤  63
    5.5.3 试验结果分析  63-69
  5.6 本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-74
附录  74-79
致谢  79

具有多点测量功能的激光切割头位移传感器的研制

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