一种金属切割高度传感器制造技术

本申请涉及一种金属切割高度传感器。所述设备包括：至少一个电容传感器，由设置于切割头的喷嘴处的电容极板与被切割金属板面构成，所述电容极板与被切割金属板面之间高度影响电容大小的变化；电容测量模块，用于将获取所述电容，并所述电容的实时变化转化为频率信号通过同轴电缆传输；与所述同轴电缆连接的高度获取模块，用于根据所述频率信号进行谐振频率测量，将所述测量频率通过EtherCAT总线输出；与所述EtherCAT总线连接的CNC控制模块，用于根据所述切割头对应的所述测量频率，获得当前所述电容极板与被切割金属板面之间的高度，以所述高度调整所述切割头的当前切割控制以保持恒定切割高度进行切割作业，实现了一个控制器对一个或多个切割头的高度跟随。器对一个或多个切割头的高度跟随。器对一个或多个切割头的高度跟随。

【技术实现步骤摘要】
一种金属切割高度传感器


[0001]本申请涉及金属切割
，特别是涉及一种金属切割高度传感器。

技术介绍

[0002]在使用等离子、火焰、激光等对金属板材进行切割时，保持切割头跟被加工板材之间恒定的高度有利于保证切面效果，降低后期加工难度和复杂度，节省成本。切割时，由于切割窗体本身的平整和板材本身平整度问题以及板材表面异物等影响，被切割平面并不是理想的水平面，切割进行时，还有可能切落的金属部分产生起翘，反转等，导致切割头运动受影响，轻则触板，重则因为碰撞损坏切割头。通常切割较厚板材时，需要先对板材进行穿孔，配合气压和激光、等离子、火焰等把板材烧透，这过程需要对一个或多个切割头跟板材之间的高度进行精确控制。现有控制系统由于没有总线接口或者采用低速非实时信号传递，只能采用0
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10V传统PLC形式进行高度跟随，无法实现一个控制器对多个切割头进行高度跟随控制。
[0003]综上所述，亟需一种可实现一个控制器对一个或多个切割头进行高度跟随控制的金属切割高度传感器。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可实现一个控制器对一个或多个切割头进行高度跟随控制的金属切割高度传感器。
[0005]提供了一种金属切割高度传感器，所述设备包括：
[0006]至少一个电容传感器，由设置于切割头的喷嘴处的电容极板与被切割金属板面构成，所述电容传感器的数量根据切割头数量设置；
[0007]与所述电容传感器接线连接的电容测量模块，用于将获取所述电容，并所述电容的实时变化转化为频率信号通过同轴电缆传输；
[0008]与所述同轴电缆连接的高度获取模块，用于根据所述频率信号进行谐振频率测量，将所述测量频率通过EtherCAT总线输出；
[0009]与所述EtherCAT总线连接的CNC控制模块，用于根据所述切割头对应的所述测量频率，获得当前所述电容极板与被切割金属板面之间的高度，以所述高度调整所述切割头的当前切割控制以保持恒定切割高度进行切割作业。
[0010]进一步地，所述电容测量模块包括信号转化子模块和信号调制子模块，其中，
[0011]与所述电容传感器连接的信号转化子模块，用于获取所述电容，检测所述电容的变化并放大，将放大后的所述电容的变化转化为频率信号；
[0012]与所述信号转化子模块连接的信号调制子模块，用于将所述频率信号通过调制后输出至同轴电缆传输。
[0013]进一步地，所述高度获取模块包括信号解调子模块和频率检测子模块，其中，
[0014]与所述同轴电缆连接的信号解调子模块，用于通过解调获取所述频率信号，放大
所述频率信号，并通过隔离电路后输出；
[0015]与所述信号解调子模块连接的频率检测子模块，用于对隔离后的所述频率信号进行频率测量，将所述测量频率通过EtherCAT总线输出。
[0016]进一步地，所述频率检测子模块通过等精度测量法进行频率测量。
[0017]进一步地，所述电容极板内置或者外置于喷嘴。
[0018]进一步地，所述电容传感器还包括切割头前端设置的温度传感器，温度变化时，以所述温度传感器的输出波形对所述电容进行非线性补偿。
[0019]进一步地，所述频率信号为高频信号，所述谐振频率测量的检测频率大于等于10MHz。
[0020]进一步地，所述金属切割高度传感器还包括标定模块，用于在初始切割、更换喷嘴、变更切割材料及切割故障时，测量所述电容传感器的电容值变化完成初始频率和高度的标定，获得频率和高度曲线，并对所述频率和高度曲线进行分段拟合金属切割高度传感器。
[0021]进一步地，所述同轴电缆还用于为所述电容传感器供电。
[0022]进一步地，所述EtherCAT总线采用COE协议。
[0023]上述金属切割高度传感器，通过在每个切割头喷嘴处设置的电容传感器，将获取其电容，并所述电容的实时变化转化为频率信号通过同轴电缆传输；根据所述频率信号进行谐振频率测量，将所述测量频率通过EtherCAT总线输出；根据每个切割头对应的所述测量频率，获得当前所述电容极板与被切割金属板面之间的高度，以所述高度调整所述切割头的当前切割控制以保持恒定切割高度进行切割作业，实现了一个控制器对一个或多个切割头的高度跟随。
附图说明
[0024]图1为一个实施例中金属切割高度传感器的结构框图。
具体实施方式
[0025]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0026]本申请提供的金属切割高度传感器，可以应用激光切割、火花切割机及等离子切割机的应用环境中。
[0027]在一个实施例中，如图1所示，提供了一种金属切割高度传感器，所述设备包括：
[0028]至少一个电容传感器，由设置于切割头的喷嘴处的电容极板11与被切割金属板面12构成，所述电容传感器的数量根据切割头数量设置，电容极板11与被切割金属板面12之间高度影响电容大小的变化，一个切割头对应一个电容传感器，整个金属切割高度传感器可包括一个或多个切割头；其中，通电工作时，所述电容极板11与被切割金属板面12构成一个等效电容器，这个电容器的电容量决定于电容极板11与被切割金属板面12的相对面积、电容极板11与被切割金属板面12之间的距离，当两者相对面积固定，即喷嘴不变情况下，电容极板11与被切割金属板面12之间的距离跟该电容器的电容之间有一个固定的非线性关
系，测量电容值就可以精确测算出电容极板11与被切割金属板面12之间的距离，也就是切割喷嘴跟被加工板材之间的实际高度。所述电容极板内置或者外置于喷嘴，当电容传感器内置在切割头前端，尽量保证跟喷嘴距离最近，同时由于切割头本身是接地良好的金属部件，可以很好的屏蔽EMC/EMI干扰源，有效提高信号稳定度。
[0029]与所述电容传感器接线连接的电容测量模块13，用于将获取所述电容，并所述电容的实时变化转化为频率信号通过同轴电缆14传输；所述同轴电缆14还用于为所述电容传感器供电。具体的，可采用克拉波三点式谐振电路实现电容
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频率转换。采用高频信号传递的同轴电缆进行信号传递，可以有效改善设计上限频率，扩展频率范围，提高采集精度和分辨率。同时，把直流电源采用同一条线材二合一传递，有效降低成本。由于喷嘴的面积通常都非常小，喷嘴直径通常5mm，中间还有孔，被测电容量非常的小，通常是pF级别，甚至更低，为了保证精确测量，所述接线需设置尽可能的短。与所述同轴电缆14连接的高度获取模块15，用于根据所述频率信号进行谐振频率测量，将所述测量频率通过EtherCAT总线输出；所述频率信号为高频信号，所述谐振频率测量的检测频率大于等于10MHz。通过提升谐振频率，可有效提高采样分辨率。其中，采用等精度测量法，具体实现如下，由被测频率去启动和关闭测量门限，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属切割高度传感器，其特征在于，所述金属切割高度传感器包括：至少一个电容传感器，由设置于切割头的喷嘴处的电容极板与被切割金属板面构成，所述电容传感器的数量根据切割头数量设置；与所述电容传感器接线连接的电容测量模块，用于将获取所述电容，并所述电容的实时变化转化为频率信号通过同轴电缆传输；与所述同轴电缆连接的高度获取模块，用于根据所述频率信号进行谐振频率测量，将所述测量频率通过EtherCAT总线输出；与所述EtherCAT总线连接的CNC控制模块，用于根据所述切割头对应的所述测量频率，获得当前所述电容极板与被切割金属板面之间的高度，以所述高度调整所述切割头的当前切割控制以保持恒定切割高度进行切割作业。2.根据权利要求1所述的金属切割高度传感器，其特征在于，所述电容测量模块包括信号转化子模块和信号调制子模块，其中，与所述电容传感器连接的信号转化子模块，用于获取所述电容，检测所述电容的变化并放大，将放大后的所述电容的变化转化为频率信号；与所述信号转化子模块连接的信号调制子模块，用于将所述频率信号通过调制后输出至同轴电缆传输。3.根据权利要求1所述的金属切割高度传感器，其特征在于，所述高度获取模块包括信号解调子模块和频率检测子模块，其中，与所述同轴电缆连接的信号解调子模块，用于通过解调获取所述频率信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴超，丁子祥，黎铭文，宋俊杰，
申请(专利权)人：深圳软动智能控制有限公司，
类型：发明
国别省市：