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基于激光位移传感器的激光修整砂轮控制系统设计与研究
资料介绍
采用激光来修整砂轮作为一种非接触修整法，避开了力的作用和硬接触，基于热的熔化和气化机理，可同时去除磨粒和结合剂，是一种很有发展前途的砂轮修整技术，而提高修整精度和效率是需解决的关键问题。本文从控制系统入手研究如何达到高精度、高效的修整。 针对激光修整砂轮加工过程的控制，本文设计了一种采用高精度激光位移传感器作为测量传感器件，高速单片机C8051F021作为运算处理和控制核心的在线实时数字化控制系统。该系统根据三角测量原理，采用边检测边烧蚀的方法，将高精度激光位移传感器采集到的形貌信号作为控制输入信号，经控制板控制声光调Q YAG激光巨脉冲的发射，从而对激光烧蚀加工进行有效控制。分别从硬件和软件设计两个方面来阐述了该系统，通过软硬件的协调工作，最终整个控制系统实现了通过TTL调Q控制Nd:YAG激光器激光巨脉冲的发射与否的功能，对应砂轮高点发射加工激光巨脉冲，低点则不发。 其次，本文分析了系统运行过程所受的干扰。将加工光和检测光分开，降低了检测信号受激光器自身稳定性影响，从而提高了整个系统的稳定性，可靠性和修整精度。针对控制系统在运行过程的外界干扰和内部干扰，在系统电路设计中考虑使用电源滤波、前置放大电路和主控制电路分离以降低干扰、元器件布局及PCB(印刷电路板)布线防干扰；在系统软件设计中考虑使用了指令冗余技术、软件陷阱、“看门狗“技术、软件滤波技术以及CPU指令执行速度；在测量头系统中考虑使用了窄带光学滤波片。 最后选取激光平均功率、脉冲重复频率、磨床的轴向自动进给速度、砂轮转速等一系列最优参数，采用该系统调Q控制Nd:YAG激光器，进行对硬质合金结合剂金刚石砂轮精密修整试验，验证该控制装置能有效控制加工激光巨脉冲的发射，并能得到较理想的整形精度。采用激光位移传感器非接触测量了砂轮修整前后的砂轮精度，观察分析了修整后砂轮表面地形地貌，修整后的砂轮表面磨粒分布均匀、静态磨粒数多、突出高度大、磨粒明显突出基体，磨粒表面完整较好，主要表现为磨粒表面平滑完整，多个棱边都有完整锋利的边刃从而形成切削能力，磨粒上可观测到明显的延性修整痕迹。
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