激光切割加工过程中,为了提高激光切割的稳定性和质量,需要保证激光的焦点始终落在合理的位置。为此激光切割头需要一套高度跟随控制系统,让激光切割头能根据工件表面的弯曲程度作出位移调整,保证激光焦点始终落在理想位置。国外已拥有成熟的带高度跟随控制的激光切割头,但价格十分昂贵;国内的激光高度跟随控制系统产品进几年发展迅速,有不少公司推出了相应的产品,但仍存在精度不高、响应速度慢等缺点。本文提出了一种基于电容测距原理,以PCAP01微电容测量芯片为电容传感器检测核心,以STM32F407微控制器为主控制器核心,以伺服电机为运动执行单元的激光切割头高度跟随控制系统设计方案。该方案的系统硬件主要由激光切割头喷嘴处的感应极板、电容传感器、主控制器和伺服电机四大模块组成。电容传感器不断检测感应极板与工件形成的动极板电容。主控制器采集并处理电容传感器的电容数据,将电容转化为距离信息,并根据测量的距离实时调节伺服电机的运动,保证激光切割头与工件表面的间距一直都在理想范围,即保证激光焦点一直都处在理想位置。在跟随控制系统在系统整机测试中,进行了电容测量精度测试、电容标定测试以及实际激光切割加工条件下的高度跟随测试。结果表明本设计方案切实可行,电容传感器在小于2.5mm的间距范围内测量精度达到了0.01mm以上,跟随控制系统运行稳定,切割质量控制良好。