2和激光扫描从控制系统3 ;激光扫描从控制系统3包括N个激光扫描从控制分系统31?3N，对应控制激光扫描光学系统5所包括的N个激光扫描光学分系统51?5N ;激光扫描光学分系统51?5N为物镜后扫描(动态聚焦扫描)方式，从光源511?5N1发出的激光光束，经光束整形及聚焦组件512?5N2的光学整形和聚焦及双振镜式扫描头513?5N3的镜片反射，入射至对应的材料成形加工面6 ;激光扫描从控制分系统31?3N的控制核心为激光扫描从控制器311?3N1，激光扫描主控制器2和激光扫描从控制器311?3N1基于EtherCAT总线冗余环型拓扑结构连接:激光扫描主控制器2作为EtherCAT通信主站，分别与第一个311以及第N个3N1激光扫描从控制器相连，N个激光扫描从控制器311?3N1作为EtherCAT通信从站，依次相连；其中，EtherCAT通信传输介质使用100Base-TX规范的5类UTP电缆/光缆；上位机I用于实现材料成形加工过程的管理与监控，其通过总线与激光扫描主控制器2双向通信；激光扫描从控制器311?3N1解析激光扫描主控器2传送的指令、提供/采集各类信号，控制底层单元，实现聚焦光斑在大幅面材料成形加工面6上的扫描加工，上述各类信号包括模拟量输入/输出信号、数字量输入/输出信号、编码器输入信号和PWM输出信号，上述底层单元包括光源调制312?3N2、动态聚焦物镜驱动313?3N3和双振镜式扫描头驱动314?3N4。其中，EtherCAT是一种技术开放、高实时性、高可靠性、拓扑结构灵活的全双工工业以太网通信协议，具有出众的快速性、同步性，整个网络最多可连接65535个节点，当前，基于工业以太网的现场总线通信系统，可以实现百兆以太网的高速控制、千兆和万兆以太网技术也逐步趋于成熟，其更快、更可靠的通信性能，可以获得更优异的产品品质。
[0027]下面将对本发明的振镜式激光扫描大幅面材料成形加工控制系统的关键组件逐一进行更为具体的说明。
[0028]如图4所示，考虑到设计的灵活性以及可重构性，作为本发明的关键组件之一，激光扫描从控制器采用“ARM+FPGA”架构，其既充分发挥了 ARM(Advanced RISC Machines，ARM)处理器强大的运算处理能力，使系统的控制性能得到提高；又充分发挥了 FPGA(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)现场可编程器件丰富的引脚资源、强大的逻辑运算能力、可重构的优点，使激光扫描从控制器的开放程度和通用性更高，可靠性和稳定性得以增强。N个激光扫描从控制器结构相同，如图4所示，以其中一个激光扫描从控制器311为例，对激光扫描从控制器的结构进行描述，激光扫描从控制器311具有伺服和通信功能，其包括伺服控制模块3111和第一 EtherCAT通信模块3112。
[0029]具体的，伺服控制模块3111包括第一 ARM处理器3_1、与第一 ARM处理器3_1相连的第一 FPGA处理器3-7以及与第一 ARM处理器3_1和第一 FPGA处理器3-7相连的信号调理电路3-9，信号调理电路3-9连接有模拟信号输入/输出模块3-10、编码器信号输入模块3-1UPWM信号输出模块3-12和伺服I/O信号模块3_13。第一 ARM处理器3_1为主处理器，对接收到的数据信息进行解析，第一 FPGA处理器3-7为协处理器，实现主要的运动控制功能。伺服控制模块3111还包括与第一 ARM处理器3-1连接的第一扩展存储器模块3_2、第一通信模块3-3、第一通用I/O信号模块3-4和第一 JTAG((Joint Test Act1n Group，JTAG)模块3-5，其中，第一扩展存储器模块3-2包括SDRAM、Flash、EEPROM等各类存储器芯片，用于存储配置信息、用户数据、应用程序等；第一通信模块3-3提供包括RS-485总线、USB (Universal Serial Bus, USB)总线、CAN (Control Ier Area Network, CAN)总线等通信接口，用于激光扫描从控制器311的功能扩展；第一通用1/0信号模块3-4用于用户自定义开关量的输入/输出；第一 JTAG模块3-5提供第一 ARM处理器3_1的调试接口。伺服控制模块3111还包括与第一 FPGA处理器3-7相连的第一配置模块3_6和第二 JTAG模块3_8 ;第一配置模块3-6支持第一 FPGA处理器3-7的信息配置、调试和在线升级，第二 JTAG模块3-8为第一 FPGA处理器3-7提供调试接口。
[0030]在本实施例中，第一 ARM处理器3-1选用集成了 PRUSS(Programmable Real-TimeUnit Subsystem, PRUSS)功能的微处理器芯片，并将PRU配置为具备从站ESC(EtherCATSlave Controller，ESC)功能的单元；与第一 ARM处理器3-1连接的第一 EtherCAT通信模块3112提供2个EtherCAT数据收发端口，用于实现第一个激光扫描从控制器311与激光扫描主控制器2以及第二个激光扫描从控制器321之间的基于EtherCAT总线冗余环型拓扑结构的网络连接。
[0031]具体的，第一 EtherCAT通信模块3112包括第一物理层(PHY)芯片3_14、第一网络变压器3-15、第一 RJ45接口 3-16、第二物理层(PHY)芯片3_17、第二网络变压器3_18、第二 RJ45接口 3-19 ;物理层(PHY)芯片3_14、3_17用来对EtherCAT网络上的差分信号和板级信号进行转换，其与第一 ARM处理器3-1相连；网络变压器3-15、3-18用于电平藕合，隔离网络上信号对板级信号的影响，提高EtherCAT通信的抗干扰能力，保证通信的传输距离；RJ45接口 3-16、3-19用来实现将激光扫描从控制器311接入EtherCAT冗余环型网络中。
[0032]进一步的，激光扫描从控制器还包括第一时钟管理模块3113、第一电源管理模块3114和第一复位模块(3115);第一时钟管理模块3113提供激光扫描从控制器311所需的各种时钟；第一电源管理模块3114提供激光扫描从控制器311所需的各种稳压电源，使得ARM、FPGA等器件不受电路电源波动影响，并提供掉电保护，防止数据丢失；第一复位模块3115提供激光扫描从控制器311所需的复位信号。
[0033]如图5所示，在本发明实施例中，考虑到设计的灵活性以及可重构性，作为本发明的另一关键组件的激光扫描主控制器2采用“ARM+FPGA”架构，作为承上启下的桥梁，激光扫描主控制器2主要实现其与上位机I间的双向通信、与激光扫描从控制器311?3N1间的EtherCAT通信，其包括第二 ARM处理器201以及分别与第二 ARM处理器201连接的第二 FPGA处理器209、第二扩展存储器模块202、Micro SD接口 203、第二通信模块204、第二通用I/O信号模块205和第三JTAG模块206，其中，第二扩展存储器模块202包括SDRAM、Flash、EEPROM等各类存储器芯片，用于存储配置信息、用户数据、应用程序等；Micro SD接口 203提供SD卡接口，用于存储加工信息；第二通信模块204提供包括RS-485总线、USB总线、CAN总线等通信接口，用于激光扫描主控制器2的功能扩展，包括与上位机1、其他控制系统间的通信；第二通用I/O信号模块205用于用户自定义开关量的输入/输出；第三JTAG模块206提供第二 ARM处理器201的调试接口。上述第二 ARM处理器201选用集成了以太网MAC(Medium Access ControI,MAC)功能的微处理器芯片，与第二 ARM处理器201连接的第二 EtherCAT通信模块207提供2个EtherCAT数据收发端口，用于激光扫描主控制器2与第一个激光扫描从控制器311以及第N个激光扫描从控制器3N1间的EtherCAT通信冗余环型拓扑网络连接，其硬件结构同第一 EtherCAT通信模块3112。
[0034]具体的，激光扫描主控制器2还包括与第二 FPGA处理器209连接的第二配置模块208、第四JTAG模块210、PCI通信模块211和第三EtherCAT通信模块212 ;第二配置模块208支持第二 FPGA处理器209的信息配置、调试和在线升级，第四JTAG模块210提供第二FPGA处理器209所需的调试接口，PCI通信模块211提供PCI总线通信接口，实现激光扫描主控制器2与上位机I间的板卡式通信，第三EtherCAT通信模块212提供EtherCAT通信接口，实现激光扫描主控制器2与上位机I间的网络通信，其硬件结构同第一 EtherCAT通信接口模块3112。FPGA芯片具有丰富的IP核资源，包括PCI IP核、EtherCAT IP核，易于在芯片上集成PCI通信、EtherC