基于FPGA的线切割设备控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于FPGA的线切割设备控制装置及方法，设有上位机、闭环控制卡、电动机驱动器、电动机、丝杠，其中电动机驱动丝杠运动，上位机与闭环控制卡通信，闭环控制卡与电动机驱动器通信，其特征在于还设有用于采集丝杠位移数据的光栅尺；所述闭环控制卡上设有闭环控制单元，闭环控制单元的前端设有用于识别并解码上位机命令的信号解码单元，闭环控制单元的后端设有用于下发适应不同电动机驱动器型号的编码输出单元，还设有光栅尺信号解码单元，光栅尺信号解码单元的输入端与光栅尺的输出端相连接，光栅尺信号解码单元的输出端与闭环控制单元相连接；具有结构合理、精度高、效率快、稳定等显著的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的线切割设备控制装置及方法
：本专利技术涉及线切割机控制
，具体的说是一种能够实现多轴独立控制、控制速度快、精度高的基于FPGA的线切割设备控制装置及方法。
技术介绍
：线切割设备通过电动机驱动丝杠动作，带动钼线位移，实现切割。目前国内线切割设备大多采用开环控制，计算机控制卡通常直接控制电机的驱动器，驱动器驱动电机，电机带动丝杠运动，这种控制方式下，线切割机无法消除构件自身的精度误差以及构件磨损后的配合精度误差，加工出来的工件精度无法保证。为此需要在线切割设备上安装精度控制装置，精度控制装置一般采用闭环控制系统，旨在提供一种能够在工作时，上位机下发指令，步进电机或机床会把指令执行的状态反馈至上位机，上位机可以根据指令的执行情况进一步调整步进电机或者机床的工作状态，从而保证加工精度。但目前的闭环线切割机控制系统存在结构简单、丝杠位移过程中存在振动、系统稳定性差、无法兼容多种现有数控机床控制系统、无法实现多轴控制等严重缺陷。
技术实现思路
：本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够实现多轴独立控制、控制速度快、精度高的基于FPGA的线切割设备多轴控制装置及方法。本专利技术可以通过以下措施达到：一种基于FPGA的线切割设备控制装置，设有上位机、闭环控制卡、电动机驱动器、电动机、丝杠，其中电动机驱动丝杠运动，上位机与闭环控制卡通信，闭环控制卡与电动机驱动器通信，其特征在于还设有用于采集丝杠位移数据的光栅尺；所述闭环控制卡上设有闭环控制单元，闭环控制单元的前端设有用于识别并解码上位机命令的信号解码单元，闭环控制单元的后端设有用于下发适应不同电动机驱动器型号的编码输出单元，还设有光栅尺信号解码单元，光栅尺信号解码单元的输入端与光栅尺的输出端相连接，光栅尺信号解码单元的输出端与闭环控制单元相连接；所述闭环控制单元中设有用于接收光栅尺输出信号解码后获得的正/反转数据以及脉冲数的光栅尺解码结果接收模块、用于接收信号解码单元输出正/反转数据以及脉冲数的本地接收模块、比较模块、命令输出模块，其中光栅尺解码结果接收模块、本地接收模块的输出端分别与比较模块的输入端相接，比较模块的输出端与命令输出模块的输入端相接。本专利技术所述命令输出模块输出电动机正/反转控制信号以及电动机转数控制脉冲数信号。本专利技术所述闭环控制单元中还设有用于对命令输出模块输出的脉冲数进行倍数调整处理的倍频模块，倍频模块连接在命令输出模块后端，且倍频模块与用于设定倍频调整参数的选择模块相连接，倍频模块的输出端与编码输出单元的输入端相连；所述倍频模块根据外部电动机驱动器可以调整对电动机驱动器实际输出的脉冲数，使电动机的工作更平稳，从而实现丝杠在角度或直线距离上更平稳的位移，减轻丝杠振动，提高加工精度。本专利技术所述信号解码单元、编码输出单元分别与外部的用于选择解码类型或编码类型的选择模块相连接。本专利技术所述信号解码单元用于解析上位机下发至电动机驱动器的控制命令，解析后获得电动机正/反转信号以及用于确定丝杠位移参数的脉冲信号，信号解码单元包括并不限于五相十拍步进电机解码单元、混合步进电机解码单元、伺服电机解码单元，相应的，所述编码输出单元包括并不限于五相十拍步进电机驱动器编码单元、混合步进电机驱动器编码单元、伺服电机驱动器编码单元。本专利技术所述光栅尺信号解码单元用于接收光栅尺反馈的丝杠位移数据，并对数据进行解码后送至闭环控制单元内的光栅尺解码结果接收模块，解码后的数据包括丝杠正/反转数据以及脉冲数，光栅尺输出的信号为正交编码信号，光栅尺信号解码单元设有相应的正交解码信号解码模块。本专利技术闭环控制卡上设有用于与上位机相连接的通信接口以及接口隔离电路，并设有用于与电动机驱动器相连接的通信接口以及接口隔离电路。本专利技术还设有手轮工作状态监测单元，手轮工作状态监测单元与闭环控制单元相连接，手轮工作状态监测单元设有依次相连接的手轮工作状态采集模块、手轮信号接收模块、手轮信号解码模块、手轮工作状态输出模块，其中闭环控制单元中设有与手轮工作状态输出模块相连接的闭环控制卡控制开关模块，当手轮处于工作状态时，闭环控制卡控制开关模块停止对上位机下发命令的解码处理，即停止闭环控制工作；所述手轮工作状态输出模块输出的信号为正/反转信号和脉冲数。本专利技术所述闭环控制卡上还设有加密模块。本专利技术还提出了一种基于FPGA的线切割设备控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：上位机下发控制信号至闭环控制卡，控制信号包括电动机正/反转信号和脉冲数信号，闭环控制卡上的信号解码单元根据电动机驱动器的规格对控制信号进行解码，获得上位机下发的电动机正/反转控制信号和脉冲数控制信号；步骤2：本地接收模块接收步骤1获得的控制信号，同时光栅尺解码结果接收模块获取光栅尺的测量数据，光栅尺的测量数据通过光栅尺信号解码单元进行解码后获得，包括当前电动机或丝杠的正/反转信号和脉冲数信号；步骤3：本地接收模块将获得的控制信号送入比较模块，同时光栅尺解码结果接收模块将光栅尺的测量数据送入比较模块，比较模块对两组数据进行比对，当两组信号的转向一致，比较两组信号中脉冲数，获得差值A，当差值A处于允许误差范围内，命令输出模块输出本地接收模块中的控制信号；当差值A超出允许误差范围，命令输出模块输出连续脉冲控制信号或拉反控制信号，至差值A处于允许误差范围内为止。本专利技术步骤3中命令输出模块输出的控制信号包括电动机或丝杠正/反转控制信号和脉冲数，控制信号经倍频模块进行处理后，再经编码输出单元送至电动机驱动器，通过与倍频模块相连接的选择模块进行倍数选择，可以调整控制信号中实际输出的脉冲数，从而实现丝杠更平稳的位移。本专利技术编码输出单元外接选择器，根据电动机驱动器的规格，可以选择不同的编码类型，以适应不同型号规格的电动机驱动器的需要。本专利技术步骤1开始前，闭环控制卡中的手轮工作状态监测单元首先检测手轮工作状态，当手轮处于非工作状态下，开始执行步骤1，否则等待手轮停止工作后再执行步骤1。本专利技术还提出了一种基于FPGA的多轴线切割设备控制装置，其特征在于设有多组上述基于FPGA的线切割设备控制装置，多组基于FPGA的线切割设备控制装置独立并行工作，完成多轴控制。本专利技术与现有技术相比，通过设有闭环控制单元以及光栅尺，对线切割设备实现了精确控制，其中闭环控制单元输出的控制信号能够有效减少丝杠运转振动，提高加工稳定性和产品精度；此外，闭环控制卡中设有适应多种型号规格电动机驱动器的编解码机构，从而实现与现有设备的对接，适应广泛推广，不需对现有设备进行大规模改造置换，具有结构合理、精度高、效率快、稳定等显著的优点。附图说明：附图1是本专利技术的结构框图。附图2是本专利技术中闭环控制单元7的结构框图。附图3是本专利技术中手轮工作状态监测单元的结构框图。附图标记：上位机1、闭环控制卡2、电动机驱动器3、电动机4、丝杠5、光栅尺6、闭环控制单元7、信号解码单元8、编码输出单元9、光栅尺信号解码单元10、光栅尺解码结果接收模块11、本地接收模块12、比较模块13、命令输出模块14、倍频模块15、选择模块16、选择模块17、手轮工作状态监测单元18、手轮工作状态采集模块19、手轮信号接收模块20、手轮信号解码模块21、手轮工作状态输出模块22、闭环控制卡控制开关模块2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的线切割设备控制装置，设有上位机、闭环控制卡、电动机驱动器、电动机、丝杠，其中电动机驱动丝杠运动，上位机与闭环控制卡通信，闭环控制卡与电动机驱动器通信，其特征在于还设有用于采集丝杠位移数据的光栅尺；所述闭环控制卡上设有闭环控制单元，闭环控制单元的前端设有用于识别并解码上位机命令的信号解码单元，闭环控制单元的后端设有用于下发适应不同电动机驱动器型号的编码输出单元，还设有光栅尺信号解码单元，光栅尺信号解码单元的输入端与光栅尺的输出端相连接，光栅尺信号解码单元的输出端与闭环控制单元相连接；所述闭环控制单元中设有用于接收光栅尺输出信号解码后获得的正/反转数据以及脉冲数的光栅尺解码结果接收模块、用于接收信号解码单元输出正/反转数据以及脉冲数的本地接收模块、比较模块、命令输出模块，其中光栅尺解码结果接收模块、本地接收模块的输出端分别与比较模块的输入端相接，比较模块的输出端与命令输出模块的输入端相接。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的线切割设备控制装置，设有上位机、闭环控制卡、电动机驱动器、电动机、丝杠，其中电动机驱动丝杠运动，上位机与闭环控制卡通信，闭环控制卡与电动机驱动器通信，其特征在于还设有用于采集丝杠位移数据的光栅尺；所述闭环控制卡上设有闭环控制单元，闭环控制单元的前端设有用于识别并解码上位机命令的信号解码单元，闭环控制单元的后端设有用于下发适应不同电动机驱动器型号的编码输出单元，还设有光栅尺信号解码单元，光栅尺信号解码单元的输入端与光栅尺的输出端相连接，光栅尺信号解码单元的输出端与闭环控制单元相连接；所述闭环控制单元中设有用于接收光栅尺输出信号解码后获得的正/反转数据以及脉冲数的光栅尺解码结果接收模块、用于接收信号解码单元输出正/反转数据以及脉冲数的本地接收模块、比较模块、命令输出模块，其中光栅尺解码结果接收模块、本地接收模块的输出端分别与比较模块的输入端相接，比较模块的输出端与命令输出模块的输入端相接。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的线切割设备控制装置，其特征在于所述命令输出模块输出电动机正/反转控制信号以及电动机转数控制脉冲数信号。3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的线切割设备控制装置，其特征在于所述闭环控制单元中还设有用于对命令输出模块输出的脉冲数进行倍数调整处理的倍频模块，倍频模块连接在命令输出模块后端，且倍频模块与用于设定倍频调整参数的选择模块相连接，倍频模块的输出端与编码输出单元的输入端相连；所述倍频模块根据外部电动机驱动器调整对电动机驱动器实际输出的脉冲数，使电动机的工作更平稳，从而实现丝杠在角度或直线距离上更平稳的位移，减轻丝杠振动，提高加工精度。4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的线切割设备控制装置，其特征在于所述信号解码单元、编码输出单元分别与外部的用于选择解码类型或编码类型的选择模块相连接。5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的线切割设备控制装置，其特征在于所述信号解码单元用于解析上位机下发至电动机驱动器的控制命令，解析后获得电动机正/反转信号以及用于确定丝杠位移参数的脉冲信号，信号解码单元包括并不限于五相十拍步进电机解码单元、混合步进电机解码单元、伺服电机解码单元，相应的，所述编码输出单元包括并不限于五相十拍步进电机驱动器编码单元、混合步进电机驱动器编码单元、伺服电机驱动器编码单元。6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的线切割设备控制装置，其特征在于所述光栅尺信号解码...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵占锋，于寿鹏，万江华，方恒阳，李正军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，苏州宝时格数控设备制造有限公司，威海奇趣教育科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37