一种大幅面振镜加工系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及激光加工技术领域，具体地说是一种大幅面振镜加工系统及控制方法。一种大幅面振镜加工系统，其特征在于：上位机软件基于控制主机PC，控制主机PC通过振镜控制器与振镜连接；控制主机PC通过平面双轴架构控制器与平面双轴架构连接；所述的控制主机PC与振镜控制器之间采用通讯线路连接；控制主机PC与平面双轴架构控制器之间采用通讯线路连接；振镜控制器内设有芯片ARM和FPGA和两路编码器。同现有技术相比，结合了平面运动加工尺寸大、振镜运动速度快的特点，控制系统将平面运动和振镜运动集成在一起，很好解决了小幅面振镜激光加工的限制。

A large surface mirror processing system and control method

The invention relates to the technical field of laser processing, in particular to a large-scale mirror processing system and a control method. A large-scale galvanometer processing system is characterized by: the upper computer software is based on the control host PC, and the control host PC is connected with the galvanometer through the galvanometer controller; the control host PC is connected with the plane biaxial structure controller through the plane biaxial structure controller; and the communication line is used between the control host PC and the galvanometer controller. The communication line is used between the PC and the two-axis planar architecture controller, and the galvanometer controller is equipped with chip ARM, FPGA and two encoders. Compared with the existing technology, the control system integrates the planar motion and the galvanometer motion, which solves the limitation of the laser processing of small-amplitude galvanometers.

【技术实现步骤摘要】
一种大幅面振镜加工系统及控制方法
本专利技术涉及激光加工
，具体地说是一种大幅面振镜加工系统及控制方法。
技术介绍
在激光加工领域中，常见的振镜激光加工装置虽然速度快，但受制于镜深、振镜电机旋转角度的影响，加工幅面很小。另一种平面的激光装置虽然幅面可以做到很大，但相比振镜加工速度很慢，而且存在加工抖动等劣势。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术的不足，提供一种大幅面振镜加工系统及控制方法，通过同步控制平面运动和振镜运动，可实现高速、高精度、高稳定性激光加工。为实现上述目的，设计一种大幅面振镜加工系统，包括上位机软件、振镜、平面双轴架构、控制主机PC、振镜控制器、激光加工系统，其特征在于：上位机软件基于控制主机PC，控制主机PC通过振镜控制器与振镜连接；控制主机PC通过平面双轴架构控制器与平面双轴架构连接；所述的控制主机PC与振镜控制器之间采用通讯线路连接；所述的控制主机PC与平面双轴架构控制器之间采用通讯线路连接；所述的振镜控制器内设有芯片ARM和FPGA和两路编码器。所述的控制主机PC与振镜控制器、平面双轴架构控制器采用EtherCAT或者PCI高速总线连接。一种大幅面振镜加工系统的控制方法，具体控制方法如下：（1）在上位机软件上导入加工图形；（2）控制主机PC将加工图形解析成平面双轴架构的X/Y平面运动的数据和振镜运动的初步数据，并同时发送图形失真补偿数据；（3）控制主机PC将参数转换为（SX，SY），并将坐标数据输送至平面双轴架构控制器，平面双轴架构控制器控制平面双轴架构移动到指定位置；（4）控制主机PC将参数转换为振镜坐标（SA、SB），SA=X坐标-SX，SB=Y坐标-SY，并将坐标数据和失真补偿数据输送至振镜控制器，ARM芯片进行数据转换和插值计算后传送给FPGA芯片，FPGA控制振镜控制器，振镜控制器控制振镜移动到指定位置；（5）振镜控制器通过平面双轴架构控制器实时采集平面双轴架构实际移动数据EncoderX、EncoderY，并做实时调整，ΔX=SX-EncoderX，ΔY=SY-EncoderY，SX=SX-ΔX，SY=SY-ΔY；（6）平面双轴架构及振镜位置到位后，控制主机PC控制激光加工系统进行加工工作；（7）结束。所述的控制主机PC控制平面双轴架构移动的信号为数字信号或者模拟量信号。所述的振镜控制器控制振镜运动为基于XY2-100协议的数字量信号。所述的控制主机PC控制激光加工系统的频率、功率、脉宽参数。本专利技术同现有技术相比，结合了平面运动加工尺寸大、振镜运动速度快的特点，控制系统将平面运动和振镜运动集成在一起，很好解决了小幅面振镜激光加工的限制。同时系统实时采集编码器信号调整加工轨迹，保证了精度要求，从而实现高速、高精度、高稳定性的大幅面振镜激光加工。附图说明图1为本专利技术机械结构示意图。图2为本专利技术控制系统示意图。图3为本专利技术数据流示意图。图4为本专利技术软件流程示意图。参见图1，1为振镜控制器，2为上位机软件，3为平面双轴架构控制器，4为平面双轴架构，5为振镜，6为控制主机PC。具体实施方式下面根据附图对本专利技术做进一步的说明。如图1所示，上位机软件2基于控制主机PC6，控制主机PC6通过振镜控制器1与振镜5连接；控制主机PC6通过平面双轴架构控制器3与平面双轴架构4连接；所述的控制主机PC6与振镜控制器1之间采用通讯线路连接；所述的控制主机PC6与平面双轴架构控制器3之间采用通讯线路连接；所述的振镜控制器1内设有芯片ARM和FPGA和两路编码器。振镜控制器1与控制主机PC6控制周期小于1ms，振镜控制器1与控制主机机PC6采用EtherCAT或者PCI高速总线连接。振镜5固定在Z轴上，保持与加工物体的距离与焦距一致。平面双轴架构控制器3控制加工零件进行X方向和Y方向运动，运动轴可以是滚珠丝杠结构也可以是齿轮齿条结构。X、Y加工幅面可由振镜加工的几百毫米扩大到几千毫米，执行机构为电机或马达。振镜加工的区域由振镜电机旋转角度和焦距决定。控制主机PC6与振镜控制器1的通信数据量比较大，为保证正常数据通信，通信周期≤1ms，使用EtherCAT或PCI高速总线。上位机软件2设置加工速度、扫描速度、激光器频率、激光器功率等工艺参数控制加工效果。如图2所示，一种大幅面振镜加工系统的控制方法，具体控制方法如下：（1）在上位机软件上导入加工图形；（2）控制主机PC将加工图形解析成平面双轴架构的X/Y平面运动的数据和振镜运动的初步数据，并同时发送图形失真补偿数据；（3）控制主机PC将参数转换为（SX，SY），并将坐标数据输送至平面双轴架构控制器，平面双轴架构控制器控制平面双轴架构移动到指定位置；（4）控制主机PC将参数转换为振镜坐标（SA、SB），SA=X坐标-SX，SB=Y坐标-SY，并将坐标数据和失真补偿数据输送至振镜控制器，ARM芯片进行数据转换和插值计算后传送给FPGA芯片，FPGA控制振镜控制器，振镜控制器控制振镜移动到指定位置；（5）振镜控制器通过平面双轴架构控制器实时采集平面双轴架构实际移动数据EncoderX、EncoderY，并做实时调整，ΔX=SX-EncoderX，ΔY=SY-EncoderY，SX=SX-ΔX，SY=SY-ΔY；（6）平面双轴架构及振镜位置到位后，控制主机PC控制激光加工系统进行加工工作；（7）结束。振镜最快响应周期10us，以1ms系统循环周期为例，控制主机每个周期发100组数据到振镜控制器。可通过软件数据编码方式降低占用带宽，数据传送到控制系统ARM处理，同时进行插值运算。计算后将数据传给FPGA。控制主机控制平面双轴架构移动的信号为数字信号或者模拟量信号。振镜控制器控制振镜运动为基于XY2-100协议的数字量信号。控制主机控制激光加工系统的频率、功率、脉宽参数。控制主机控制平面运动的数字量信号是PUL、DIR信号，PUL信号控制速度和位置，DIR信号控制方向；模拟量信号是电压或电流信号，大小控制速度，正负控制方向。振镜控制器控制振镜数字量信号是16位（0~65535）数据对应振镜电机旋转角度。编码器信号是数字量A、B、Z信号。在加工过程中，振镜和X、Y轴插补运动，根据编码器反馈进行补偿，保证了效率和精度。如图3所示，上位机软件将数据解析成X/Y平面运动的数据和振镜运动的初步数据，同时发送图形失真补偿数据。上位机将坐标数据、图形失真补偿数据发给振镜控制器，振镜控制器通过内部通讯总线传输给FPGA芯片。FPGA芯片通过编码器值和ARM传输的数据进行计算，输出控制振镜信号。控制主机将加工状态反馈给上位机。整个数据传输过程要求：1）控制X/Y平面运动的数据和振镜数据同步性要好，抖动误差小于1us；2）ARM主芯片要求存储器空间大，主频高，运算能力强；3）ARM和FPGA内部通讯速率高，大于1Gbit/s；4）FPGA主芯片编码器信号实时采样；5）振镜数据建立时间小于50ns。如图4所示，导入上位机软件支持格式的图形，设置好加工工艺参数，加工时上位机软件将执行数据发送给控制系统。控制系统进行数据处理，转换为控制X、Y轴平面运动的信号和振镜运动的信号，同时采集编码器信号进行实时调整。X、Y轴平面运动速度理论可达1000mm/s，振镜运动速度理论可达1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大幅面振镜加工系统，包括上位机软件、振镜、平面双轴架构、控制主机PC、振镜控制器、激光加工系统，其特征在于：上位机软件（2）基于控制主机PC（6），控制主机PC（6）通过振镜控制器（1）与振镜（5）连接；控制主机PC（6）通过平面双轴架构控制器（3）与平面双轴架构（4）连接；所述的控制主机PC（6）与振镜控制器（1）之间采用通讯线路连接；所述的控制主机PC（6）与平面双轴架构控制器（3）之间采用通讯线路连接；所述的振镜控制器（1）内设有芯片ARM和FPGA和两路编码器。

【技术特征摘要】
1.一种大幅面振镜加工系统，包括上位机软件、振镜、平面双轴架构、控制主机PC、振镜控制器、激光加工系统，其特征在于：上位机软件（2）基于控制主机PC（6），控制主机PC（6）通过振镜控制器（1）与振镜（5）连接；控制主机PC（6）通过平面双轴架构控制器（3）与平面双轴架构（4）连接；所述的控制主机PC（6）与振镜控制器（1）之间采用通讯线路连接；所述的控制主机PC（6）与平面双轴架构控制器（3）之间采用通讯线路连接；所述的振镜控制器（1）内设有芯片ARM和FPGA和两路编码器。2.根据权利要求1所述的一种大幅面振镜加工系统，其特征在于：所述的控制主机PC（6）与振镜控制器（1）、平面双轴架构控制器（3）采用EtherCAT或者PCI高速总线连接。3.一种大幅面振镜加工系统的控制方法，其特征在于：具体控制方法如下：（1）在上位机软件上导入加工图形；（2）控制主机PC将加工图形解析成平面双轴架构的X/Y平面运动的数据和振镜运动的初步数据，并同时发送图形失真补偿数据；（3）控制主机PC将参数转换为（SX，SY），并将坐标数据输送至平面双轴架构控制器，平面双轴架构控制器控制平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：代田田，朱晓锋，
申请(专利权)人：上海柏楚电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31