專利名稱：一種激光運動控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到激光的運動控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
激光切割機、激光打標(biāo)機、激光焊接機等激光加工設(shè)備是典型的光、機、電一體化 設(shè)備。一臺典型的激光加工設(shè)備是由激光器部件、控制器部件、伺服驅(qū)動部件和機械部件四 個子系統(tǒng)組成的，每個子系統(tǒng)又由若干個部分組成。激光器子系統(tǒng)由激光器、激光電源、冷 卻裝置等組成；控制器子系統(tǒng)由控制板卡、顯示器、操作面板等組成；伺服驅(qū)動子系統(tǒng)由驅(qū) 動器、伺服電機、傳動機構(gòu)等組成；機械部件由激光頭、工作臺、導(dǎo)軌等組成?？刂破魇羌す饧庸ぴO(shè)備的大腦，對保證加工精度、加工速度起著至關(guān)重要的作用。 由于加工工藝的要求，激光加工控制器不僅需要滿足大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)所具有的可靠性、穩(wěn) 定性、高速高精度等要求，同時還需要具備運動控制、振鏡控制、激光功率控制、激光功率與 運動的同步控制、激光啟閉控制，功率的自動調(diào)節(jié)、光衰的自動補償，飛行光路、縫寬、加工 垂直度的可調(diào)節(jié)控制，圖形文件的處理、人機交互、數(shù)字化加工的集成等功能?？刂破鞯拈_發(fā)涉及眾多的軟、硬件技術(shù)和大量的算法，開發(fā)周期長、調(diào)試?yán)щy。傳 統(tǒng)的開發(fā)方法針對特定的激光加工設(shè)備，采用專用的運動控制芯片進行控制器的開發(fā)，一 旦開發(fā)完成，軟、硬件功能固定，無法根據(jù)用戶需要進行調(diào)整，從而增加了新產(chǎn)品的開發(fā)以 及設(shè)備升級所需的成本。開發(fā)一種面向激光加工領(lǐng)域的，適用于多種激光加工設(shè)備的，具有 一定柔性的控制器無疑具有重要的意義。

實用新型內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一套面向激光加工領(lǐng)域的， 具有可配置、可重構(gòu)特點的，能夠控制多種激光加工設(shè)備的激光運動控制器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種激光運動控制器，由 DSP運算子系統(tǒng)和通過DSP外部總線連接的FPGA邏輯控制子系統(tǒng)構(gòu)成，所述FPGA為IO控 制核心，具有控制8軸電機運動的8路模擬量輸入和8路模擬量輸出以及實現(xiàn)激光啟閉、功 率與激光運動同步控制的16位數(shù)字量輸入和16位數(shù)字量輸出。利用DSP的計算能力，進 行復(fù)雜的運動規(guī)劃、插補運算、誤差補償?shù)扔嬎?，通過FPGA的同步控制邏輯功能，實現(xiàn)激光 運動的各個功能模塊的同步控制。其中8路模擬量輸入和8路模擬量輸出負責(zé)8軸電機的 驅(qū)動控制；16位數(shù)字量輸入和16位數(shù)字量輸出負責(zé)激光啟閉以及激光功率控制，其中的8 位數(shù)字量輸入和8位數(shù)字量輸出控制激光電源的啟閉，另外的8位數(shù)字量輸入和8位數(shù)字 量輸出通過AD&DA擴展卡生成的模擬量控制激光功率。所述激光運動控制器具有PCI接口，通過PCI總線與PC端進行數(shù)據(jù)交換，所述PCI 接口為32位PCI總線接口，符合Rev2. 2PCI標(biāo)準(zhǔn)，帶寬為33MHz，支持即插即用。采用本實用新型的有益效果所述激光運動控制器結(jié)合軟件平臺，PC端的控制器 驅(qū)動程序調(diào)用DLL形式提供的控制器API函數(shù)，根據(jù)不同激光加工設(shè)備的需要更改接口邏
3輯，把激光加工設(shè)備的共有功能和特有功能區(qū)分開來，分別進行建模，開發(fā)功能庫和模塊 庫，功能模塊具有標(biāo)準(zhǔn)的接口，通過編輯FPGA子系統(tǒng)的內(nèi)部功能模塊，實現(xiàn)運動控制的快 速重構(gòu)，具有可配置、可重構(gòu)、控制各種激光加工設(shè)備的激光運動控制器。

圖1為本實用新型激光運動控制器結(jié)構(gòu)方框示意圖；圖2為AD&DA擴展模塊結(jié)構(gòu)方框示意圖；圖3為I/O端子模塊結(jié)構(gòu)方框示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，一種激光運動控制器，由DSP運算子系統(tǒng)和通過DSP外部總線連接 的FPGA邏輯控制子系統(tǒng)構(gòu)成，所述FPGA為IO控制核心，具有控制8軸電機運動的8路模 擬量輸入和8路模擬量輸出以及實現(xiàn)激光啟閉、功率與激光運動同步控制的16位數(shù)字量輸 入和16位數(shù)字量輸出。所述激光運動控制器支持的8個伺服或者步進軸，每軸的電機控制方式可配置為 脈沖+方向、正交AB相脈沖或模擬量；每軸均具有經(jīng)光電隔離的正向限位、反向限位和原點 信號；每軸均具有經(jīng)光電隔離的INP，ALM，SRDY，ERC，SON等伺服控制信號，其中INP，SRDY， ERC信號可以配置為通用IO ；具有8個軸編碼器和2個輔助編碼器，支持位置鎖存和Z相回 零功能，解碼倍率為xl/x2/X4，輸入頻率< 15MHz，輸入A/B/Z相、上/下脈沖。所述激光運動控制器具有同步啟停控制、急停輸入和復(fù)位輸入；具有硬件控制位 置高速鎖存，輸入頻率高達15MHz ；具有硬件控制位置高速比較輸出。所述激光運動控制器支持手動脈沖輸入控制，可以設(shè)定xl/xlO/xlOO/xlOOO倍率 或任意整數(shù)倍率。所述激光運動控制器具有經(jīng)光電隔離的16位數(shù)字量輸入和16位數(shù)字量輸出；具 有8路差分或16路單端模擬量輸入，具有8路差分或16路單端模擬量輸出，模擬量與數(shù)字 量的轉(zhuǎn)換精度為12位，范圍可設(shè)置為+-2. 5V、+-5V或+-10V。所述激光運動控制器的所有10光隔離，隔離電壓3750Vrms，高速鎖存輸入光隔離 2500Vrms，光電隔離輸入信號可軟件參數(shù)設(shè)定有效電平；所述激光運動控制器具有2/3軸直線插補，2軸圓弧插補，連續(xù)小線段插補，NURBS 插補，位圖清掃、多邊形清掃和NURBS清掃功能。所述激光運動控制器具有梯形和S形加減速功能。所述激光運動控制器具有4路脈寬調(diào)制輸出(PWM1，PWM2, PWM3, PWM4)，用于激光 能量控制或頻率控制。所述激光運動控制器可以補償激光開/關(guān)延遲，并且開/關(guān)延遲時間可軟件設(shè)定。所述激光運動控制器具有三種激光能量控制方式。能量跟隨模式激光器輸出功 率跟隨運動速度變化而變化，用戶也可以設(shè)置激光能量輸出最大最小值；雕刻或圖像清掃 模式用于實現(xiàn)激光圖像掃描的功能，核心控制功能由硬件完成，速度快、精度高；段間直 接輸出模式用戶可以設(shè)定不同軌跡段的激光器輸出能量，完成不同圖層的切割或坡度雕 刻；[0023]結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明，如圖1-3所示，激光運動控制器的硬件平 臺包括激光運動控制卡1、AD&DA擴展卡2和端子板3。將AD&DA擴展卡2插入激光運動控 制卡1，然后將激光運動控制卡1入PC機的PCI插槽，安裝激光運動控制卡1的驅(qū)動程序后 即可構(gòu)成上、下位機形式的激光加工控制系統(tǒng)。PC端激光加工軟件調(diào)用激光運動控制卡1的API，將所需的運動命令，加工參數(shù)、 激光參數(shù)等發(fā)送到激光運動控制卡1，從而啟動激光加工命令。激光運動控制卡1生成的運 動控制命令通過端子板3送至機床，驅(qū)動機械部件進行所需運動；激光運動控制卡1生成的 激光啟閉控制命令通過端子板3送至激光電源，控制激光器進行開關(guān)光控制；運動控制卡1 生成的激光功率控制信號通過AD&DA擴展卡2生成模擬量送至激光電源，控制激光器發(fā)出 所需的激光功率。通過運動與激光的協(xié)調(diào)同步控制生成所需軌跡。
權(quán)利要求一種激光運動控制器，其特征在于所述激光運動控制器由DSP運算子系統(tǒng)和通過DSP外部總線連接的FPGA邏輯控制子系統(tǒng)構(gòu)成，該激光運動控制器控制8軸電機運動，具有8路模擬量輸入、8路模擬量輸出、16位數(shù)字量輸入和16位數(shù)字量輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種激光運動控制器，其特征在于所述激光運動控制器具有 PCI接口，通過PCI總線與PC端進行數(shù)據(jù)交換。
專利摘要本實用新型公開一種具有可配置、可重構(gòu)特點的，能夠控制多種激光加工設(shè)備的激光運動控制器。該激光運動控制器，由DSP運算子系統(tǒng)和通過DSP外部總線連接的FPGA邏輯控制子系統(tǒng)構(gòu)成，所述FPGA為IO控制核心，具有控制8軸電機運動的8路模擬量輸入和8路模擬量輸出以及實現(xiàn)激光啟閉、功率與激光運動同步控制的16位數(shù)字量輸入和16位數(shù)字量輸出。利用DSP的計算能力，通過FPGA的同步控制邏輯功能，實現(xiàn)激光運動的各個功能模塊的同步控制。
文檔編號G05B19/04GK201749327SQ201020282739
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者葉峰, 張舞杰, 李迪, 王世勇, 賴乙宗 申請人:東莞市升力智能科技有限公司