一种光栅刻划机的控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光栅刻划机的控制装置，包括上位机、可编程控制器、伺服控制系统和温度控制系统，以可编程控制器为核心构成的双反馈闭环控制系统，及电加热板的使用，使工作台处于合适的温度环境下工作，提高了光栅刻划机的控制精度，减少刻划误差，便于调整，操作方便，能很好的满足常用刻划光栅的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种光栅刻划机的控制装置
本专利技术属于衍射光栅制备
，特别涉及一种光栅刻划机的控制装置。技术背景作为一种独特的分光元件，刻划光栅以其光谱范围宽，色散率大，分辨率好，衍射 效率高等优点，广泛应用于光谱分析仪器、波分复用器等光学仪器中，涉及物理学、生物化 学、生命科学、冶金学、天文学、光通信领域等诸多科学领域。刻划光栅对刻槽形状的基本要 求，决定了在现有技术条件下只能利用刻划机制备。传统的光栅刻划机主要有依靠马达带 动丝杠分度的纯机械式、莫尔条纹控制式和干涉伺服控制式。纯机械刻划机是用丝杆进行 分度的，它的刻划误差较大，已经远远不能满足中阶梯光栅刻划的需要；莫尔条纹控制的刻 划机是结合特定分光系统，用光电倍增管接收刻划机滑座移动所引起的莫尔条纹，产生信 号经电子控制器控制电磁离合器、蜗杆和蜗轮的运动。这种控制方法较纯机械式的刻划机 有了很大改进，但受电子控制器、电磁离合器控制精度的影响，刻划机的精度仍不能达到理 想情况；用干涉仪控制刻划过程，实际上是将产生在光栅第η条刻槽的误差通过第(η+1)条 刻槽的位移来校正，这样主要是将累积和局部误差减小到较低的程度，对光栅整个的刻划 过程仍有较大影响。目前，也有应用8031单片机对光栅刻划机进行控制的系统，但单片机 在编程控制方面对设计人员要求较高，不易掌握，故参数调整繁琐，系统不灵活，且外围电 路复杂，易产生干扰信号。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种光栅刻划机的控制装置，该装 置通过可编程控制器(Programmable logic Controller, PLC)来控制光栅刻划机，精确控 制光栅的刻槽形状和光栅常数，光栅参数调整方便，可以有效地减小刻划误差，使光栅刻划 机控制精度达到一个新的高度，且操作方便。本专利技术的技术方案如下一种光栅刻划机的控制装置，其构成包括上位机22、可编程控制器1、伺服控制系 统和温度控制系统所述的可编程控制器1由中央处理器5、电源2、存储器3、I/O扩展口 4和输入/ 输出接口电路组成，所述的伺服控制系统包括工作台伺服控制和刻刀伺服控制两部分所述的可编程控制器1的第一驱动信号输出端经由第一伺服驱动器8、第一伺服 电机10与带动刀桥14的凸轮相连，第一伺服电机10通过刀桥14的运动实现刻刀23对光 栅基坯M的刻划动作，与第一伺服电机同轴的第一编码器11又将第一伺服电机的运动反 馈给所述的第一伺服驱动器8，构成刻刀伺服控制；所述的可编程控制器1的第二驱动信号输出端经由第二伺服驱动器9、第二伺服 电机12与工作台16相连，与第二伺服电机同轴的第二编码器13又将第二伺服电机12的运动反馈给所述的第二伺服驱动器9，构成工作台伺服控制；与工作台16同步移动的光栅尺18和读数头15将代表工作台位移量的信号经模 拟量输入模块7输入所述的可编程控制器1的I/O扩展口 4，所述的可编程控制器1经数据 处理后适时适量地驱动所述的工作台16和刻刀23的运动，形成位置闭环控制；所述的温度控制系统由所述的可编程控制器1的模拟量输出模块6及其依次相连 的可控硅触发器21、可控硅20、电加热板17、测量工作台的温度的钼热电阻传感器19和所 述的可编程控制器1的模拟量输入模块7组成，适时控制和调整电加热板17的工作，使工 作台处于合适的温度环境下工作；在所述的可编程控制器1的控制过程中，上位机22发送指令或目标位移量给所述 的可编程控制器1，所述的可编程控制器1按照设定的参数或预先编写的运动程序向伺服 驱动器发出信号进行控制。所述的可编程控制器1为三菱hlN-60-MT的可编程控制器。所述的伺服驱动器为三菱MR-J2S-40A的伺服驱动器。所述的伺服电机为三菱HC-KFS-43的伺服电机。所述的模拟量输入模块7为三菱Fx2N-4AD-PT温度传感器用模拟量输入模块。所述的模拟量输出模块6为三菱Fx2N-2DA模拟量输出模块。所述的可控硅触发器21为三菱NZK-IF型可控硅触发器。所述的钼热电阻传感器19为三菱PtlOO钼热电阻传感器。所述的可编程控制器1输出的公共端子(COMtl)分别和所述的第一伺服驱动器8、 第二伺服驱动器9的CNlA接口的公共端(SG)相连接，该可编程控制器1的输出端子Yl和 Y5分别接CNlA的脉冲控制端子PP和NP。所述的可控硅触发器21的两组控制端子K1、G1和K2、G2分别输出信号控制所述 的可控硅20的导通或截止。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是(1)由于采用了可编程控制器PLC作为光栅刻划机的控制装置的核心，提高了光 栅的刻槽形状和光栅常数的控制精度，能更大程度的减小刻划误差，且操作方便。(2)由于运用了双反馈、全闭环伺服控制系统，提高了光栅刻划机的定位精度。(3)由于采用加热板来调节环境温度，减小了环境温度变化造成的刻划误差，提高 光栅的质量。附图说明图1为本专利技术一种光栅刻划机的控制装置的结构示意图。图2为图1中PLC和伺服控制系统的连接关系。图3为图1中PLC和温度控制系统的连接关系。图中l.PLC，2.电源，3.存储器，4. I/O扩展口，5. CPU，6.模拟量输出模块，7.模拟 量输入模块，8.第一伺服驱动器，9.第二伺服驱动器，10.第一伺服电机，11.第一编码器， 12.第二伺服电机，13.第二编码器，14.刀桥，15.读数头，16.工作台，17.电加热板，18.光 栅尺，19.钼热电阻传感器，20.可控硅，21.可控硅触发器，22.上位机，23.刻刀，24.光栅基坯具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步描述，但不限制本专利技术的保护 范围。请先参阅图1，图1为本专利技术一种光栅刻划机的控制装置的结构示意图，也是本发 明的一种具体实施方式。如图所示，一种光栅刻划机的控制装置，其构成包括上位机22、可 编程控制器1、伺服控制系统和温度控制系统所述的可编程控制器1由中央处理器5、电源2、存储器3、I/O扩展口 4和输入/ 输出接口电路组成，所述的伺服控制系统包括工作台伺服控制和刻刀伺服控制两部分所述的可编程控制器1的第一驱动信号输出端经由第一伺服驱动器8、第一伺服 电机10与带动刀桥14的凸轮相连，第一伺服电机10通过刀桥14的运动实现刻刀23对光 栅基坯M的刻划动作，与第一伺服电机同轴的第一编码器11又将第一伺服电机的运动反 馈给所述的第一伺服驱动器8，构成刻刀伺服控制；所述的可编程控制器1的第二驱动信号输出端经由第二伺服驱动器9、第二伺服 电机12通过丝杠螺母副与工作台16相连，实现工作台16的直线移动定位，与第二伺服电 机同轴的第二编码器13又将第二伺服电机12的运动反馈给所述的第二伺服驱动器9，构成 工作台伺服控制；与工作台16同步移动的光栅尺18和读数头15将代表工作台位移量的信号经模 拟量输入模块7输入所述的可编程控制器1的I/O扩展口 4，所述的可编程控制器1经数据 处理后适时适量地驱动所述的工作台16和刻刀23的运动，形成位置闭环控制；所述的温度控制系统由所述的可编程控制器1的模拟量输出模块6及其依次相连 的可控硅触发器21、可控硅20、电加热板17、测量工作台的温度的钼热电阻传感器19和所 述的可编程控制器1的模拟量输入模块7组成，适时控制和调整电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光栅刻划机的控制装置，特征在于其构成包括上位机（２２）、可编程控制器（１）、伺服控制系统和温度控制系统：所述的可编程控制器（１）由中央处理器（５）、电源（２）、存储器（３）、Ｉ／Ｏ扩展口（４）和输入／输出接口电路组成，所述的伺服控制系统包括工作台伺服控制和刻刀伺服控制两部分：所述的可编程控制器（１）的第一驱动信号输出端经由第一伺服驱动器（８）、第一伺服电机（１０）与带动刀桥（１４）的凸轮相连，第一伺服电机（１０）通过刀桥（１４）的运动实现刻刀（２３）对光栅基坯（２４）的刻划动作，与第一伺服电机同轴的第一编码器（１１）又将第一伺服电机的运动反馈给所述的第一伺服驱动器（８），构成刻刀伺服控制；所述的可编程控制器（１）的第二驱动信号输出端经由第二伺服驱动器（９）、第二伺服电机（１２）通过丝杠螺母副与工作台（１６）相连，与第二伺服电机同轴的第二编码器（１３）又将第二伺服电机（１２）的运动反馈给所述的第二伺服驱动器（９），构成工作台伺服控制；与工作台（１６）同步移动的光栅尺（１８）和读数头（１５）将代表工作台位移量的信号经模拟量输入模块（７）输入所述的可编程控制器（１）的Ｉ／Ｏ扩展口（４），所述的可编程控制器（１）经数据处理后适时适量地驱动所述的工作台（１６）和刻刀（２３）的运动，形成位置闭环控制；所述的温度控制系统由所述的可编程控制器（１）的模拟量输出模块（６）及其依次相连的可控硅触发器（２１）、可控硅（２０）、电加热板（１７）、测量工作台的温度的铂热电阻传感器（１９）和所述的可编程控制器（１）的模拟量输入模块（７）组成，适时控制和调整电加热板（１７）的工作，使工作台处于合适的温度环境下工作；在所述的可编程控制器（１）的控制过程中，上位机（２２）发送指令或目标位移量给所述的可编程控制器（１），所述的可编程控制器（１）按照设定的参数或预先编写的运动程序向伺服驱动器发出信号进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种光栅刻划机的控制装置，特征在于其构成包括上位机(22)、可编程控制器(1)、 伺服控制系统和温度控制系统所述的可编程控制器(1)由中央处理器(5)、电源O)、存储器(3)、I/O扩展口(4)和 输入/输出接口电路组成，所述的伺服控制系统包括工作台伺服控制和刻刀伺服控制两部分所述的可编程控制器(1)的第一驱动信号输出端经由第一伺服驱动器(8)、第一伺服 电机(10)与带动刀桥(14)的凸轮相连，第一伺服电机(10)通过刀桥(14)的运动实现刻 刀03)对光栅基坯04)的刻划动作，与第一伺服电机同轴的第一编码器(11)又将第一伺 服电机的运动反馈给所述的第一伺服驱动器(8)，构成刻刀伺服控制；所述的可编程控制器(1)的第二驱动信号输出端经由第二伺服驱动器(9)、第二伺服 电机(1 通过丝杠螺母副与工作台(16)相连，与第二伺服电机同轴的第二编码器(13)又 将第二伺服电机(12)的运动反馈给所述的第二伺服驱动器(9)，构成工作台伺服控制；与工作台(16)同步移动的光栅尺(18)和读数头(1 将代表工作台位移量的信号经 模拟量输入模块(7)输入所述的可编程控制器(1)的I/O扩展口 G)，所述的可编程控制 器(1)经数据处理后适时适量地驱动所述的工作台(16)和刻刀的运动，形成位置闭 环控制；所述的温度控制系统由所述的可编程控制器(1)的模拟量输出模块(6)及其依次相 连的可控硅触发器(21)、可控硅00)、电加热板(17)、测量工作台的温度的钼热电阻传感 器(19)和所述的可编程控制器(1)的模拟量输入模块(7)组成，适时控制和调整电加热板 (17)的工作，使工作台处于合适的温度环境下工作；在所述的可编程控制器(1)的控制过程中，上位机0 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵翠翠，倪争技，朱冬月，张大伟，黄元申，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]