レーザー切断機のレンズ制御のための5-DOFコンパクト電磁浮揚アクチュエーターの設計と分析

レーザービーム処理では、補助ガスとレーザービーム軸の間の角度またはオフセットは、切削速度と品質を改善するための2つの新しいプロセス最適化パラメーターであることが証明されています。ただし、従来の電気機械アクチュエータは、コンパクトな構造を使用して高速および高精度モーション制御を実現できません。このペーパーでは、微分電磁石の6つのグループを使用してレンズの5-DOFモーション制御を実現できる磁気浮揚アクチュエーターを提案します。最初は、分析モデルと有限要素計算を確立することにより、磁気駆動力の非線形特性を分析しました。次に、磁気浮揚アクチュエーターの動的モデルがテイラーシリーズを使用して確立されました。そして、検出された距離と5度フリードムの数学的関係が決定されました。次に、PID制御に基づく集中制御システムが設計されました。最後に、提案された電磁浮揚アクチュエーターの5度のフリードーム動きを検証するために、運転テストが実施されました。結果は、望ましいコマンドモーションを使用して、安定した浮揚と精密位置を実現できることを示しています。また、提案された磁気浮揚アクチュエーターが、軸外レーザー切断機械に潜在的な用途があることを証明しています。

In laser beam processing, the angle or offset between the auxiliary gas and the laser beam axis have been proved to be two new process optimization parameters for improving cutting speed and quality. However, a traditional electromechanical actuator cannot achieve high-speed and high-precision motion control with a compact structure. This paper proposes a magnetic levitation actuator which could realize the 5-DOF motion control of a lens using six groups of differential electromagnets. At first, the nonlinear characteristic of a magnetic driving force was analyzed by establishing an analytical model and finite element calculation. Then, the dynamic model of the magnetic levitation actuator was established using the Taylor series. And the mathematical relationship between the detected distance and five-degree-of-freedom was determined. Next, the centralized control system based on PID control was designed. Finally, a driving test was carried out to verify the five-degrees-of-freedom motion of the proposed electromagnetic levitation actuator. The results show it can achieve a stable levitation and precision positioning with a desired command motion. It also proves that the proposed magnetic levitation actuator has the potential application in an off-axis laser cutting machine tool.