位移传感器
传感器知识小百科，就点上方蓝字关注我们
激光切割设备作为一个新兴行业，发展前景广阔。国外以美、德、日为代表的几个发达国家在激光加工产业领域的发展速度惊人，他们在主要的大型制造产业，如汽车、电子、机械、航空、钢铁等行业中基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代，进入“光制造”时代。
激光切割机具有能量密度可控性好、切缝窄、工件变形小、切面质量好、切割形状无限制、无接触加工等优点。而激光加工在工业制造中所显示出的低成本、高效率以及在应用上的巨大潜力，成为世界主要工业国家间互相竞争的动力，纷纷将激光技术作为本国重要的尖端技术给予积极支持，加紧制定国家级激光产业发展计划，在我国，激光加工技术逐步进入各类制造业，使产品技术含量提高，更新换代速度加快，实现了敏捷制造，满足市场对“个性化”产品的需求。
激光切割机
传感器在激光切割加工中的重要性
激光切割机在切割过程中，焦距的稳定性很重要，所以切割头与板材之间的距离必须要保持恒定，他会直接影响加工质量，所以为了提高切割质量，减少废品的产生，需要在切割头上安装一些专门的传感器以保证其能产生稳定一致的切割质量，并能够增加过程安全性。
系统组成
传感器与数控连接图
激光切割中位移传感器的作用、选择和使用
激光器在切割过程中，切割头与工件的距离以及喷嘴与工件表面的垂直度是两个极其重要的因素。直接影响加工质量，所以为了提高切割质量，减少废品的产生，需要在切割头上安装一些专门的传感器以保证其能产生稳定一致的切割质量，并能够增加过程安全性。
激光切割头在工件形状发生变化，以及表面出现凹凸不平的障碍时，位移传感器自动检测到变化，并根据变化自动调节高度，使其始终与工件表面的距离保持一致。这样可以提高加工速度，而不必持续监督。当今国内外采用的位移传感器基本上是电容式，其结构和形状与加工头相适应，同时配有检测信号处理单元。
激光切割作业
位移测量是一种最基本的测量工作，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形成的信息输出，以满足信息的传输、处理、控制等要求。
位移传感器种类繁多，且近年来应用领域不断扩大，越来越多的创新技术被运用到位移传感器中。按照传感器是否与被测工件接触，位移传感器可分为接触式和非接触式两种类型，相对于接触式传感器，非接触式传感器在保证高分辨率的同时，具有动态响应速度快，滞后误差低，甚至为零。
非接触式传感器，有时称接近觉传感器（proximity sensor），最早的应用当属接近开关，即被检测物体与敏感探头接近到一定距离时，给出开关信号，目前的接近觉传感器已经发展到不仅可以探测物体的有无，而且可以给出物体距离敏感探头的距离，并可提供关于工件外形和空间位置的信息，因为它可以用于对移动物体的位移进行测量，所以这类传感器也称为非接触式位移传感器，常用位移传感器有磁滞伸缩位移传感器，电涡流式位移传感器，电容式位移传感器，电感器位移传感器等。
由各种传感器的原理可知，电容传感器灵敏度高，且具有以下特点 ：
1、结构简单，适应性强，易于制造，易于保证高的精度，可以做成小尺寸传感器，以实现特殊测量，能工作在高低温，强辐射及强磁场等恶劣环境中，可以承受高压力，高冲击，过载等。
2、动态响应好，由于极板间的静电引力很小，需要的作用能量极小，又其可动部分可以做的很小很薄，因此其固有频率很高动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，特别适合动态测量。
3、较大的相对变化量只受线性区限制，其值可达到百分之百或更大，可以保证传感器的分辨率和测量范围。
综上所述，可见这些优点十分适合激光加工，对于激光切割头来说，采用电容式移位传感器最为合适。电容传感器的结构分析
激光器用位移式电容传感器与喷嘴体复合，传感器由内外两个不同金属锥形壳套在一起组成，内外壳层中间为陶瓷绝缘介质，外壳层选择接地且与内层绝缘，传感器工作时起屏蔽作用，锥形尖端一侧内壳层下部连接一环形金属片切与外层绝缘，此环形金属片于金属工件即构成一个电容传感器的两个极板，从内壳层中引出一通道于信号采集系统相连接传感器工作时依次通过此通道，金属内壳层使发射极板（环形金属片）带电，整个探头上端于激光加工机连接，工作时激光束通过内层金属壳穿出在激光切割过程中，喷嘴到工件的距离间隙变化对切割质量有很大影响，如果距离太小，巨大的反冲压力会作用在透镜上，致使透镜被溶渣微粒撞击或附着，造成透镜损坏，另外喷嘴端部非常容易受到溶渣的侵蚀，影响喷嘴孔的圆度，破坏切割方向的匀称性，过小的工作间距将使气流以过膨胀的超音速流动，喷嘴间隙处容易产生激波，间距变小时，激波发生区域向喷嘴外径方向扩大，气体压力会波动，压力的非匀称性将使气体密度发生变化，形成密度梯度场，气体密度变化随气体压力增高所覆盖的面积增大，其强度也随压力增加而增大，而喷嘴间隙过大时，会使气体喷嘴离工件太远，喷嘴间隙中的气压将减小，导致工件表面过热，熔融区加大，切缝加宽。
激光切割过程中位移式电容传感器的使用
激光器用位移式电容传感器与喷嘴体复合，传感器由内外两个不同金属锥形壳套在一起组成。内外壳层中间为陶瓷绝缘介质，外壳层选择接地且与内层绝缘，传感器工作时起屏蔽作用。锥形尖端一侧内壳层下部连接一环形金属片切与外层绝缘，此环形金属片金属工件即构成一个电容传感器的两个极板。从内壳层中引出一通道于信号采集系统相连接传感器工作时依次通过此通道，金属内层使发射极板（环形金属片）带电，整个探头上端于激光加工机连接，工作时激光束通过内层金属壳穿出。
在激光切割过程中，喷嘴到工件的距离间隙变化对切割质量有很大影响。
如果距离太小，巨大的反冲压力会作用在透镜上，致使透镜被溶渣微粒撞击或附着，造成透镜损坏。另外喷嘴端部非常容易受到溶渣的侵蚀，影响喷嘴孔的圆度，破坏切割方向的匀称性，过小的工作间距将使气流以过膨胀的超音速流动，喷嘴间隙处容易产生激波，间距变小时，激波发生区域向喷嘴外径方向扩大，气体压力会波动，压力的非匀称性将使气体密度发生变化，形成密度梯度场。
而喷嘴间隙过大时，会使气体喷嘴离工件太远，喷嘴间隙中的气压将减小，导致工件表面过热，熔融区加大，切缝加宽。
