PZT驱动式激光切割机焦点控制系统研究

发布时间：2018-04-21 16:44

本文选题：激光切割质量 + 微定位平台　；参考：《沈阳工业大学》2017年硕士论文

【摘要】：激光切割由于具有高质量、高精度、高效率和高速度等特点,成为了当今世界最重要和最先进的材料切割方式,激光切割技术在机械、钢铁、机车、船舶、航空航天等工业领域被相当普遍的应用。但是,随着科学技术的发展和新型产品的出现,产品中零件的形状变的更加复杂化,要求激光切割的质量不断提升。本课题针对控制激光切割头聚焦透镜,保证激光束的中轴线实时位于辅助气体喷射中轴线的正前方一定微小距离,可以提升激光切割的质量,设计了PZT驱动式激光切割机焦点控制微定位平台,并建立了微定位平台的控制系统。本文首先设计了PZT驱动式激光切割机焦点控制微定位平台的总体结构。运用正交实验分析法设计了微定位平台的菱形位移放大机构;确定了微定位平台X方向和Y方向的尺寸参数;理论计算研究了微定位平台的尺寸参数对位菱形移放大机构放大倍数的影响;对微定位平台的导向机构进行了分析对比,确定对称式弹性板柔性梁作为导向机构。第二,对PZT驱动式激光切割机焦点控制微定位平台进行了静态分析。对对称式弹性板柔性梁进行了静力学建模及分析,研究了尺寸参数对对称式弹性板柔性梁刚度的影响;运用能量守恒定律对PZT驱动式激光切割机焦点控制微定位平台进行了静力学建模及分析,研究了尺寸参数对微定位平台的放大倍数的影响;运用Ansys workbench仿真分析软件研究了微定位平台的最大位移输出、应力分布及频率响应性能。第三,对PZT驱动式激光切割机焦点控制微定位平台进行动态分析。建立了微定位平台的刚度模型并与Ansys分析进行对比;应用拉格朗日分析力学法建立了微定位平台的微分动力学方程;推导出了微定位平台的传递函数;运用Matlab simulink设计了PID闭环控制器,初步确定X方向P=300,I=350000,D=0.1,Y方向P=300,I=400000,D=0.1。最后,搭建了PZT驱动式激光切割机焦点控制微定位平台的实验测试系统。PZT驱动式微定位平台在X方向的最大输出位移为351μm,微定位平台在Y方向的最大输出位移为386μm;在闭环PID控制下,微定位平台X方向的P=300,I=350000,D=0.1,响应时间为0.35s,Y方向的P=300,I=400000,D=0.1,响应时间为0.35s;微定位平台在X方向的闭环最小位移分辨率为4μm,在Y方向的闭环最小位移分辨率为3μm。微定位平台X方向的重复定位精度为±2.301μm,Y方向的重复定位精度为±2.343μm。
[Abstract]:In this paper , the focal control micropositioning platform of PZT driven laser cutting machine is analyzed and compared . In the Y direction , P = 300 , I = 400000 , D = 0.1 , the response time is 0.35 s ; the minimum displacement resolution of the micro - positioning platform in the X direction is 4 渭m , and the minimum displacement resolution in the Y direction is 3 渭m . The repeated positioning accuracy in the X direction of the micro - positioning platform is 卤 2.301 渭m , and the repeat positioning accuracy in the Y direction is 卤 2.343 渭m .

【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG485

【参考文献】