专利名称：一种激光运动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光加工技术领域，特别是涉及到激光的运动控制技术。
背景技术：
激光切割机、激光打标机、激光焊接机等激光加工设备是典型的光、机、电一体化 设备。一台典型的激光加工设备是由激光器部件、控制器部件、伺服驱动部件和机械部件四 个子系统组成的，每个子系统又由若干个部分组成。激光器子系统由激光器、激光电源、冷 却装置等组成；控制器子系统由控制板卡、显示器、操作面板等组成；伺服驱动子系统由驱 动器、伺服电机、传动机构等组成；机械部件由激光头、工作台、导轨等组成。控制器是激光加工设备的大脑，对保证加工精度、加工速度起着至关重要的作用。 由于加工工艺的要求，激光加工控制器不仅需要满足大多数数控系统所具有的可靠性、稳 定性、高速高精度等要求，同时还需要具备运动控制、振镜控制、激光功率控制、激光功率与 运动的同步控制、激光启闭控制，功率的自动调节、光衰的自动补偿，飞行光路、缝宽、加工 垂直度的可调节控制，图形文件的处理、人机交互、数字化加工的集成等功能。控制器的开发涉及众多的软、硬件技术和大量的算法，开发周期长、调试困难。传 统的开发方法针对特定的激光加工设备，采用专用的运动控制芯片进行控制器的开发，一 旦开发完成，软、硬件功能固定，无法根据用户需要进行调整，从而增加了新产品的开发以 及设备升级所需的成本。开发一种面向激光加工领域的，适用于多种激光加工设备的，具有 一定柔性的控制器无疑具有重要的意义。
实用新型内容本实用新型的发明目的在于针对现有技术的不足提供一套面向激光加工领域的， 具有可配置、可重构特点的，能够控制多种激光加工设备的激光运动控制器。为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现一种激光运动控制器，由 DSP运算子系统和通过DSP外部总线连接的FPGA逻辑控制子系统构成，所述FPGA为IO控 制核心，具有控制8轴电机运动的8路模拟量输入和8路模拟量输出以及实现激光启闭、功 率与激光运动同步控制的16位数字量输入和16位数字量输出。利用DSP的计算能力，进 行复杂的运动规划、插补运算、误差补偿等计算，通过FPGA的同步控制逻辑功能，实现激光 运动的各个功能模块的同步控制。其中8路模拟量输入和8路模拟量输出负责8轴电机的 驱动控制；16位数字量输入和16位数字量输出负责激光启闭以及激光功率控制，其中的8 位数字量输入和8位数字量输出控制激光电源的启闭，另外的8位数字量输入和8位数字 量输出通过AD&DA扩展卡生成的模拟量控制激光功率。所述激光运动控制器具有PCI接口，通过PCI总线与PC端进行数据交换，所述PCI 接口为32位PCI总线接口，符合Rev2. 2PCI标准，带宽为33MHz，支持即插即用。采用本实用新型的有益效果所述激光运动控制器结合软件平台，PC端的控制器 驱动程序调用DLL形式提供的控制器API函数，根据不同激光加工设备的需要更改接口逻
3辑，把激光加工设备的共有功能和特有功能区分开来，分别进行建模，开发功能库和模块 库，功能模块具有标准的接口，通过编辑FPGA子系统的内部功能模块，实现运动控制的快 速重构，具有可配置、可重构、控制各种激光加工设备的激光运动控制器。
图1为本实用新型激光运动控制器结构方框示意图；图2为AD&DA扩展模块结构方框示意图；图3为I/O端子模块结构方框示意图。
具体实施方式
以下结合附图，一种激光运动控制器，由DSP运算子系统和通过DSP外部总线连接 的FPGA逻辑控制子系统构成，所述FPGA为IO控制核心，具有控制8轴电机运动的8路模 拟量输入和8路模拟量输出以及实现激光启闭、功率与激光运动同步控制的16位数字量输 入和16位数字量输出。所述激光运动控制器支持的8个伺服或者步进轴，每轴的电机控制方式可配置为 脉冲+方向、正交AB相脉冲或模拟量；每轴均具有经光电隔离的正向限位、反向限位和原点 信号；每轴均具有经光电隔离的INP，ALM，SRDY，ERC，SON等伺服控制信号，其中INP，SRDY， ERC信号可以配置为通用IO ；具有8个轴编码器和2个辅助编码器，支持位置锁存和Z相回 零功能，解码倍率为xl/x2/X4，输入频率< 15MHz，输入A/B/Z相、上/下脉冲。所述激光运动控制器具有同步启停控制、急停输入和复位输入；具有硬件控制位 置高速锁存，输入频率高达15MHz ；具有硬件控制位置高速比较输出。所述激光运动控制器支持手动脉冲输入控制，可以设定xl/xlO/xlOO/xlOOO倍率 或任意整数倍率。所述激光运动控制器具有经光电隔离的16位数字量输入和16位数字量输出；具 有8路差分或16路单端模拟量输入，具有8路差分或16路单端模拟量输出，模拟量与数字 量的转换精度为12位，范围可设置为+-2. 5V、+-5V或+-10V。所述激光运动控制器的所有10光隔离，隔离电压3750Vrms，高速锁存输入光隔离 2500Vrms，光电隔离输入信号可软件参数设定有效电平；所述激光运动控制器具有2/3轴直线插补，2轴圆弧插补，连续小线段插补，NURBS 插补，位图清扫、多边形清扫和NURBS清扫功能。所述激光运动控制器具有梯形和S形加减速功能。所述激光运动控制器具有4路脉宽调制输出(PWM1，PWM2, PWM3, PWM4)，用于激光 能量控制或频率控制。所述激光运动控制器可以补偿激光开/关延迟，并且开/关延迟时间可软件设定。所述激光运动控制器具有三种激光能量控制方式。能量跟随模式激光器输出功 率跟随运动速度变化而变化，用户也可以设置激光能量输出最大最小值；雕刻或图像清扫 模式用于实现激光图像扫描的功能，核心控制功能由硬件完成，速度快、精度高；段间直 接输出模式用户可以设定不同轨迹段的激光器输出能量，完成不同图层的切割或坡度雕 刻；[0023]结合附图对本实用新型作进一步说明，如图1-3所示，激光运动控制器的硬件平 台包括激光运动控制卡1、AD&DA扩展卡2和端子板3。将AD&DA扩展卡2插入激光运动控 制卡1，然后将激光运动控制卡1入PC机的PCI插槽，安装激光运动控制卡1的驱动程序后 即可构成上、下位机形式的激光加工控制系统。PC端激光加工软件调用激光运动控制卡1的API，将所需的运动命令，加工参数、 激光参数等发送到激光运动控制卡1，从而启动激光加工命令。激光运动控制卡1生成的运 动控制命令通过端子板3送至机床，驱动机械部件进行所需运动；激光运动控制卡1生成的 激光启闭控制命令通过端子板3送至激光电源，控制激光器进行开关光控制；运动控制卡1 生成的激光功率控制信号通过AD&DA扩展卡2生成模拟量送至激光电源，控制激光器发出 所需的激光功率。通过运动与激光的协调同步控制生成所需轨迹。
权利要求一种激光运动控制器，其特征在于所述激光运动控制器由DSP运算子系统和通过DSP外部总线连接的FPGA逻辑控制子系统构成，该激光运动控制器控制8轴电机运动，具有8路模拟量输入、8路模拟量输出、16位数字量输入和16位数字量输出。
2.如权利要求1所述的一种激光运动控制器，其特征在于所述激光运动控制器具有 PCI接口，通过PCI总线与PC端进行数据交换。
专利摘要本实用新型公开一种具有可配置、可重构特点的，能够控制多种激光加工设备的激光运动控制器。该激光运动控制器，由DSP运算子系统和通过DSP外部总线连接的FPGA逻辑控制子系统构成，所述FPGA为IO控制核心，具有控制8轴电机运动的8路模拟量输入和8路模拟量输出以及实现激光启闭、功率与激光运动同步控制的16位数字量输入和16位数字量输出。利用DSP的计算能力，通过FPGA的同步控制逻辑功能，实现激光运动的各个功能模块的同步控制。
文档编号G05B19/04GK201749327SQ201020282739
公开日2011年2月16日 申请日期2010年8月5日 优先权日2010年8月5日
发明者叶峰, 张舞杰, 李迪, 王世勇, 赖乙宗 申请人:东莞市升力智能科技有限公司