基于激光位移傳感器的激光修整砂輪控制系統(tǒng)設計與研究.pdf

1、采用激光來修整砂輪作為一種非接觸修整法，避開了力的作用和硬接觸，基于熱的熔化和氣化機理，可同時去除磨粒和結合劑，是一種很有發(fā)展前途的砂輪修整技術，而提高修整精度和效率是需解決的關鍵問題。本文從控制系統(tǒng)入手研究如何達到高精度、高效的修整。 針對激光修整砂輪加工過程的控制，本文設計了一種采用高精度激光位移傳感器作為測量傳感器件，高速單片機C8051F021作為運算處理和控制核心的在線實時數(shù)字化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)三角測量原理，采用邊

2、檢測邊燒蝕的方法，將高精度激光位移傳感器采集到的形貌信號作為控制輸入信號，經(jīng)控制板控制聲光調Q YAG激光巨脈沖的發(fā)射，從而對激光燒蝕加工進行有效控制。分別從硬件和軟件設計兩個方面來闡述了該系統(tǒng)，通過軟硬件的協(xié)調工作，最終整個控制系統(tǒng)實現(xiàn)了通過TTL調Q控制Nd:YAG激光器激光巨脈沖的發(fā)射與否的功能，對應砂輪高點發(fā)射加工激光巨脈沖，低點則不發(fā)。 其次，本文分析了系統(tǒng)運行過程所受的干擾。將加工光和檢測光分開，降低了檢測信號受激光

3、器自身穩(wěn)定性影響，從而提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性和修整精度。針對控制系統(tǒng)在運行過程的外界干擾和內(nèi)部干擾，在系統(tǒng)電路設計中考慮使用電源濾波、前置放大電路和主控制電路分離以降低干擾、元器件布局及PCB(印刷電路板)布線防干擾；在系統(tǒng)軟件設計中考慮使用了指令冗余技術、軟件陷阱、“看門狗“技術、軟件濾波技術以及CPU指令執(zhí)行速度；在測量頭系統(tǒng)中考慮使用了窄帶光學濾波片。 最后選取激光平均功率、脈沖重復頻率、磨床的軸向自動進給速度、砂

4、輪轉速等一系列最優(yōu)參數(shù)，采用該系統(tǒng)調Q控制Nd:YAG激光器，進行對硬質合金結合劑金剛石砂輪精密修整試驗，驗證該控制裝置能有效控制加工激光巨脈沖的發(fā)射，并能得到較理想的整形精度。采用激光位移傳感器非接觸測量了砂輪修整前后的砂輪精度，觀察分析了修整后砂輪表面地形地貌，修整后的砂輪表面磨粒分布均勻、靜態(tài)磨粒數(shù)多、突出高度大、磨粒明顯突出基體，磨粒表面完整較好，主要表現(xiàn)為磨粒表面平滑完整，多個棱邊都有完整鋒利的邊刃從而形成切削能力，磨粒上可觀