CN112475569A - 一种等离子割炬高度快速定位结构及快速定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及等离子割炬高度快速定位技术领域，具体为一种等离子割炬高度快速定位结构及快速定位方法，快速定位结构包括等离子割炬，等离子割炬上设置有固定机构，固定机构上固定有电容采集传感器，电容采集传感器底端设置有金属环，电容采集传感器的上端电性连接有电容采集高频线，电容采集高频线电性连接有等离子弧压调高器。本发明将金属环安装在等离子割炬上，可以识别碰撞，保护等离子割炬，且提供了等离子割炬高度快速定位结构的快速定位方法，经过电容到频率再到高度的转换，检测等离子割炬与钢板的距离，能极大地提高加工效率，解决了目前定位方式定位速度慢，效率低下，且反复用枪去碰撞地下钢板，对易损件的寿命有所影响的问题。

Description

一种等离子割炬高度快速定位结构及快速定位方法

技术领域

本发明涉及等离子割炬高度快速定位技术领域，具体为一种等离子割炬高度快速定位结构及快速定位方法。

背景技术

等离子切割时，为了保证切割的质量及割嘴的寿命，引弧穿孔时割嘴和钢板之间需要保持合适的高度，因此引弧穿孔前需要执行定位功能，用于确定当前割嘴和钢板之间的距离，常规的定位方法为接触式定位，即在等离子割炬上安装一个定位开关，定位时等离子割炬先下降，系统检测到定位开关接触到钢板后再抬枪，从而完成定位过程，通常等离子割炬下降的速度都比较慢，以减轻定位开关与钢板的碰撞程度，提高定位精度；

现有技术的缺点较为明显，首先目前定位方式定位速度慢，效率低下；其次，目前定位方式反复用枪去碰撞地下钢板，对易损件的寿命有所影响。鉴于此，我们提出一种等离子割炬高度快速定位结构及快速定位方法。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种等离子割炬高度快速定位结构及快速定位方法。

一方面本发明提供一种等离子割炬高度快速定位结构，包括等离子割炬，所述等离子割炬上设置有固定机构，所述固定机构上固定有电容采集传感器，所述电容采集传感器的底端设置有金属环。

作为本发明优选的技术方案，所述电容采集传感器的上端电性连接有电容采集高频线。

作为本发明优选的技术方案，所述固定机构包括卡扣与喉箍，所述电容采集传感器固定于卡扣上，所述卡扣为一对呈对称分布且中间位置开设有安置槽的固定块，两个所述固定块之间通过螺丝件紧密连接固定。

作为本发明优选的技术方案，所述电容采集传感器的底端固定有弹性连接器，所述弹性连接器的底端固定有连接杆，所述连接杆远离弹性连接器的一端与金属环固定连接。

作为本发明优选的技术方案，所述弹性连接器为中空柱体结构，且所述弹性连接器的中间位置固定有弹簧，且所述弹性连接器采用软质材料制成。

作为本发明优选的技术方案，所述电容采集高频线上电性连接有等离子弧压调高器。

作为本发明优选的技术方案，所述等离子弧压调高器快速定位功能分成如下模块：频率采集模块、传感器标定模块、高度计算模块、传感器异常检测模块、快速定位控制模块。

另一方面本发明提供一种等离子割炬高度快速定位结构的快速定位方法，包括如下步骤：

步骤一：频率采集，将金属环安装在等离子割炬上，由于金属环与钢板之间有电容，通过自制的电容采集传感器将这个电容值转换为频率值，等离子弧压调高器通过电容采集高频线采集频率；

步骤二：高度标定，不同的硬件平台上，即使割嘴与钢板之间的距离相同时，电容采集传感器输出的频率值也是不相同的，因此等离子弧压调高器初次上电使用时，需要先执行标定，标定开始后，等离子割炬慢速下降，直至发生碰撞，然后等离子割炬开始上升，每上升1mm记录实时的频率值，等上升到25mm时停止，最后检查频率值是否有效，若有效就将25个频率值保存到存储器中，标定成功，无效，标定失败；

步骤三：高度计算，将采集到的频率与标定后保存的频率进行比较，找到该频率值所处的高度区间范围，在高度区间范围内，采用线性公式计算出等离子割炬高度；

步骤四：异常检测，对于定位过程中产生的异常，需要检查出来并发出报警信息通知用户，防止出现安全故障或者影响用户的加工质量，异常包括金属环碰撞报警、电容采集传感器连接异常报警，当前频率为一直是0说明电容采集传感器连接断开，当前频率与上一时刻的频率差值若超过设定的阈值，说明金属环碰到钢板了；

步骤五：快速定位，等离子弧压调高器接收到定位指令后，将当前高度值与用户设置的定位高度值对比，若不一致，则启动PID闭环控制等离子割炬快速下降到用户设定的高度，从而实现快速定位功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过金属环安装在等离子割炬上，用于采集等离子割炬与钢板之间的高度，测量到底部钢板的距离，可以识别碰撞，保护等离子割炬，向上连接稳固，且有弹簧连接器固定，碰撞时可以弯曲，减少伤害；且通过利用金属环与钢板距离的远近，产生的电容也不同的原理，经过电容到频率再到高度的转换，来检测等离子割炬与钢板的距离，因此定位时等离子割炬可以直接下降到定位高度，能极大地提高加工效率，达到高效定位的效果，解决了目前定位方式定位速度慢，效率低下，且反复用枪去碰撞地下钢板，对易损件的寿命有所影响的问题；

2、本发明中的软件代码，采用模块化设计原则，将快速定位功能分为频率采集模块、传感器标定模块、高度计算模块、传感器异常检测模块、快速定位控制模块，提高了代码的扩展性及可维护性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中的金属环和电容传感器平面图；

图3为本发明中弹性连接器的结构示意图；

图4为本发明中快速定位功能硬件组成图；

图5为本发明中快速定位功能软件模块图；

图6为本发明中快速定位功能软件模块连接图；

图7为本发明中等离子弧压调高器通过高频线采集频率的流程图；

图8为本发明中等离子弧压调高器初次使用上电后需要高度标定的流程图；

图9为本发明中标定后高度计算的流程图；

图10为本发明中定位过程中异常检测的流程图；

图11为本发明中快速定位的流程图；

图中：金属环1、连接杆11、电容采集传感器2、弹性连接器21、弹簧211、固定机构3、电容采集高频线4、等离子割炬5、卡扣6。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-11：

一方面本发明提供一种等离子割炬高度快速定位结构，包括等离子割炬5，等离子割炬5上设置有固定机构3，固定机构3上固定有电容采集传感器2，电容采集传感器2的底端设置有金属环1。

本实施例中，金属环1安装在等离子割炬5上，用于采集等离子割炬5与钢板之间的高度，由于金属环1与钢板之间有一定的电容值，靠近钢板时电容增大，远离钢板时电容减小，通过电容值的大小来计算等离子割炬5与钢板之间的高度。

本实施例中，电容采集传感器2用于采集金属环1与钢板之间的电容值，将电容值通过LC振荡器转成频率值，传给等离子弧压调高器采集使用。

本实施例中，电容采集传感器2的特征在于，连接金属环1在电容采集传感器2中有专业的电容转换频率的LC震荡电路，可以准确稳定的生成频率值。

特别的，电容采集传感器2内还创新新的增加了继电器控制，在等离子割炬5引弧穿孔时，可以瞬间切断电容环的连接，达到保护的作用，不把干扰带入电容采集传感器2内。

进一步的，固定机构3包括卡扣6与喉箍，电容采集传感器2固定于卡扣6上，卡扣6为一对呈对称分布且中间位置开设有安置槽的固定块，两个固定块之间通过螺丝件紧密连接固定；在原本等离子割炬5喉箍的基础上，增加一个固定金属环1以及电容采集传感器2的卡扣6，保证工作时电容环安装稳定，没有抖动，同时控制电容环最低点基本和等离子割炬5水平，在发生碰撞的特殊情况可以由金属环1先探测到碰撞，从而保护等离子割炬5。

进一步的，电容采集传感器2的底端固定有弹性连接器21，弹性连接器21的底端固定有连接杆11，连接杆11远离弹性连接器21的一端与金属环1固定连接；弹性连接器21则是用于保护金属环1和电容采集传感器2，减少碰撞时产生的损伤。

进一步的，弹性连接器21为中空柱体结构，且弹性连接器21的中间位置固定有弹簧211，且弹性连接器21采用软质材料制成；发生碰撞时，弹簧211可以弯曲，减少伤害。

除此之外，电容采集高频线4上电性连接有等离子弧压调高器；用于连接等离子弧压调高器，将LC振荡器转成的频率值传给等离子弧压调高器；等离子弧压调高器接收电容采集传感器2反馈的频率，送给软件模块计算处理。从而实现高度的控制和快速定位。

需要说明的是，电容采集高频线4带有良好的屏蔽层，可以屏蔽外部的干扰，把频率信号稳定的传输给等离子弧压调高器，同时，电容采集高频线4采用比较硬的材质，不易弯曲变形，在等离子割炬5切割工作中，也能有效防止电容采集高频线4的抖动和摆动，达到更稳定的传输效果。

需要补充的是，等离子弧压调高器用于接收电容采集传感器2反馈的频率，送给软件模块计算处理。

本实施例中，等离子弧压调高器快速定位功能分成如下模块：频率采集模块、传感器标定模块、高度计算模块、传感器异常检测模块、快速定位控制模块。

需要说明的是，频率采集模块：用于采集电容传感器反馈的频率值，然后传给上层模块计算与处理。

传感器标定模块：用于测定出割嘴与钢板之间不同的高度所对应的频率值，然后记录下来，用于计算割嘴与钢板之间的实时高度。

高度计算模块：根据传感器标定模块标定的结果，通过当前的频率值，计算出当前割嘴与钢板之间的高度，传给定位控制模块使用。

传感器异常检测模块：根据采集到的频率值，实时的检测等离子割炬是否发生碰撞、传感器是否发生断线等异常的情况，反馈给调高器报警处理。

快速定位控制模块：快速定位控制模块，根据高度计算模块反馈的高度值及用户设定的高度值，通过PID闭环控制等离子割炬快速下降到用户设定的高度，完成快速定位。

本发明还提供一种等离子割炬高度快速定位结构的快速定位方法，包括如下步骤：

步骤一：频率采集，将金属环1安装在等离子割炬5上，由于金属环1与钢板之间有电容，通过自制的电容采集传感器2将这个电容值转换为频率值，等离子弧压调高器通过电容采集高频线4采集频率；

步骤二：高度标定，不同的硬件平台上，即使割嘴与钢板之间的距离相同时，电容采集传感器2输出的频率值也是不相同的，因此等离子弧压调高器初次上电使用时，需要先执行标定，标定开始后，等离子割炬慢速下降，直至发生碰撞，然后等离子割炬开始上升，每上升1mm记录实时的频率值，等上升到25mm时停止，最后检查频率值是否有效，若有效就将25个频率值保存到存储器中，标定成功，无效，标定失败；

步骤三：高度计算，将采集到的频率与标定后保存的频率进行比较，找到该频率值所处的高度区间范围，在高度区间范围内，采用线性公式计算出等离子割炬高度；

步骤四：异常检测，对于定位过程中产生的异常，需要检查出来并发出报警信息通知用户，防止出现安全故障或者影响用户的加工质量，异常包括金属环1碰撞报警、电容采集传感器2连接异常报警，当前频率为一直是0说明电容采集传感器2连接断开，当前频率与上一时刻的频率差值若超过设定的阈值，说明金属环1碰到钢板了；

步骤五：快速定位，等离子弧压调高器接收到定位指令后，将当前高度值与用户设置的定位高度值对比，若不一致，则启动PID闭环控制等离子割炬快速下降到用户设定的高度，从而实现快速定位功能。

值得说明的是，设定的阈值，具体的阈值 8000-10000HZ。

本发明的等离子割炬高度快速定位结构及快速定位方法，通过利用安装在等离子割炬5外部的金属环1与钢板之间产生的电容，金属环1与钢板的距离不同，电容值也会不同，通过自制的电容采集传感器2将这个电容值转换成频率值，采集后，再通过软件将频率值转换成金属环1与钢板之间的高度值，进而得出等离子割炬5与钢板之间的高度，利用该高度值，可直接控制等离子割炬5运动到定位高度位置，从而实现快速定位功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种等离子割炬高度快速定位结构，包括等离子割炬（5），其特征在于：所述等离子割炬（5）上设置有固定机构（3），所述固定机构（3）上固定有电容采集传感器（2），所述电容采集传感器（2）的底端设置有金属环（1）。

2.如权利要求1所述的等离子割炬高度快速定位结构，其特征在于：所述电容采集传感器（2）的上端电性连接有电容采集高频线（4）。

3.如权利要求1所述的等离子割炬高度快速定位结构，其特征在于：所述固定机构（3）包括卡扣（6）与喉箍，所述电容采集传感器（2）固定于卡扣（6）上，所述卡扣（6）为一对呈对称分布且中间位置开设有安置槽的固定块，两个固定块之间通过螺丝件紧密连接固定。

4.如权利要求1所述的等离子割炬高度快速定位结构，其特征在于：所述电容采集传感器（2）的底端固定有弹性连接器（21），所述弹性连接器（21）的底端固定有连接杆（11），所述连接杆（11）远离弹性连接器（21）的一端与金属环（1）固定连接。

5.如权利要求1所述的等离子割炬高度快速定位结构，其特征在于：所述弹性连接器（21）为中空柱体结构，且所述弹性连接器（21）的中间位置固定有弹簧（211），且所述弹性连接器（21）采用软质材料制成。

6.如权利要求2所述的等离子割炬高度快速定位结构，其特征在于：所述电容采集高频线（4）上电性连接有等离子弧压调高器。

7.如权利要求2所述的等离子割炬高度快速定位结构，其特征在于：所述等离子弧压调高器快速定位功能分成如下模块：频率采集模块、传感器标定模块、高度计算模块、传感器异常检测模块、快速定位控制模块。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的等离子割炬高度快速定位结构的快速定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：频率采集，将金属环（1）安装在等离子割炬（5）上，由于金属环（1）与钢板之间有电容，通过自制的电容采集传感器（2）将这个电容值转换为频率值，等离子弧压调高器通过电容采集高频线（4）采集频率；

步骤二：高度标定，不同的硬件平台上，即使割嘴与钢板之间的距离相同时，电容采集传感器（2）输出的频率值也是不相同的，因此等离子弧压调高器初次上电使用时，需要先执行标定，标定开始后，等离子割炬慢速下降，直至发生碰撞，然后等离子割炬开始上升，每上升1mm记录实时的频率值，等上升到25mm时停止，最后检查频率值是否有效，若有效就将25个频率值保存到存储器中，标定成功，无效，标定失败；

步骤三：高度计算，将采集到的频率与标定后保存的频率进行比较，找到该频率值所处的高度区间范围，在高度区间范围内，采用线性公式计算出等离子割炬高度；

步骤四：异常检测，对于定位过程中产生的异常，需要检查出来并发出报警信息通知用户，防止出现安全故障或者影响用户的加工质量，异常包括金属环（1）碰撞报警、电容采集传感器（2）连接异常报警，当前频率为一直是0说明电容采集传感器（2）连接断开，当前频率与上一时刻的频率差值若超过设定的阈值，说明金属环（1）碰到钢板了；

步骤五：快速定位，等离子弧压调高器接收到定位指令后，将当前高度值与用户设置的定位高度值对比，若不一致，则启动PID闭环控制等离子割炬快速下降到用户设定的高度，从而实现快速定位功能。

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