AT通信等功能。作为激光扫描主控制器2的性能升级方案，第二 FPGA 处理器 209 还可选用支持 PC1-E (Peripheral Component Interconnect Express，PC1-E)总线协议的IP核芯片，实现上位机I与激光扫描主控制器2间基于PC1-E总线的通?目O
[0035]更进一步的，激光扫描主控制器2还包括为其提供各种时钟的第二时钟管理模块213、为其提供各种稳压电源的第二电源管理模块214以及为其提供复位信号的第二复位模块215。第二时钟管理模块213提供激光扫描主控制器2所需的各种时钟；第二电源管理模块214提供激光扫描主控制器2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；第二复位模块215提供激光扫描主控制器2的复位信号。
[0036]在本发明实施例中，软件程序基于嵌入式Linux操作系统开发，Linux操作系统具有效率高、灵活性好、模块化设计、内核精简、源代码完全开放等优点。
[0037]此外，如图1、6_7所示，本实施例中的上位机I包括工业控制计算机、可编程逻辑控制器和高性能单片机，主要负责材料成形加工过程的管理、监控等；基于总线，上位机I与激光扫描主控制器2双向通信，激光扫描主控制器2提供多种总线通信接口，便于构建不同框架的数控系统，总线类型包括PCI总线、EtherCAT总线、RS-485总线、USB总线和CAN总线等。
[0038]图6是本发明实施例提供的用于大幅面材料成形激光加工中，基于PCI总线的加工系统结构示意图，上位机I为工业控制计算机，内含PCI总线插槽；通过激光扫描主控制器2的PCI总线通信接口，上位机I和激光扫描主控制器2基于PCI总线通信；更进一步的，辅助系统控制7基于PCI总线与上位机I通信；可采用面向对象的高级语言开发用户程序。目前，许多振镜式激光扫描材料成形加工装备的整机数控系统基于PCI总线开发，在不改变原数控系统框架前提下，本发明实施例可快速完成装备的升级改造；相比现有将多块激光扫描运动控制卡插入上位机PCI插槽的常规方案，本发明实施例具有结构优化的特点。
[0039]图7是本发明实施例提供的用于大幅面材料成形激光加工中，基于EtherCAT总线的加工系统结构示意图。上位机I为工业控制计算机，配备标准以太网MAC控制器、辅助系统控制7配备EtherCAT通信接口，通过激光扫描主控制器2的EtherCAT通信接口，实现上位机1、激光扫描主控制器2和辅助系统控制7间的通信；程序软件可由用户自行开发，也可采用TwinCAT等商业自动化软件。整机数控系统基于EtherCAT总线开发，可以获得更优异的广品品质。
[0040]图8是本发明实施例提供的用于大幅面材料成形激光加工中，激光扫描控制系统4的数据流程图。首先，上位机I加载待加工工件图形文件、加工工艺参数；并根据单套振镜式激光扫描系统的有效扫描面积大小，进行各单套振镜式激光扫描系统管辖区域划分；其次，基于总线通信，上位机I将激光扫描控制相关信息传送至激光扫描主控制器2 ;再次，基于EtherCAT通信，激光扫描主控制器2将相关信息传送至对应的激光扫描从控制器311?3N1 ;然后，激光扫描从控制器311?3N1根据加工工艺，进行路径规划、插补运算，生成一系列控制参数；最后，控制参数转换为电信号，送至各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，同时，各底层单元传感器信号被采集到激光扫描从控制器311?3N1，且相关信息传送至激光扫描主控制器2和上位机
1
[0041]综上，本发明的振镜式激光扫描大幅面材料成形加工控制系统，面向大幅面材料成形加工过程中，多套振镜式激光扫描系统协同运动的应用领域。激光扫描控制系统采用主-从结构、基于EtherCAT总线冗余环型拓扑结构集成，激光扫描主控制器为通信主站，多个激光扫描从控制器为通信从站；激光扫描主控制器与上位机的双向通信，激光扫描主控制器提供多种总线通信接口，包括PCI总线、EtherCAT总线、RS-485总线、USB总线和CAN总线；激光扫描从控制器控制底层单元，包括光源调制、动态聚焦物镜驱动和双振镜式扫描头驱动，实现聚焦光斑在大幅面材料成形加工面上的扫描加工。本发明具有平台兼容性好、稳定性高、通信速度快、组态灵活、实时性强等优点，可用于各类振镜式激光扫描大幅面材料成形激光加工系统中。
[0042]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种振镜式激光扫描大幅面材料成形加工控制系统，其特征在于，该加工控制系统包括激光扫描控制系统(4)、激光扫描光学系统(5)和上位机(1)，其中: 该激光扫描控制系统(4)为主-从结构，包括激光扫描主控制器(2)和激光扫描从控制系统(3);其中，所述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);所述N个激光扫描从控制分系统(31?3N)的控制核心为N个激光扫描从控制器(311?3N1);所述激光扫描主控制器(2)和N个激光扫描从控制器(311?3N1)基于EtherCAT总线冗余环型拓扑结构连接，所述激光扫描主控制器(2)作为EtherCAT通信主站，与所述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)相连，所述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N为大于I的正整数； 该激光扫描光学系统(5)包括N个激光扫描光学分系统(51?5N)，所述N个激光扫描光学分系统(51?5N)包括N个光源(511?5N1) 4个光束整形及聚焦组件(512?5N2)和N个双振镜式扫描头(513?5N3);所述N个激光扫描光学分系统(51?5N)对应的由所述N个激光扫描从控制器(311?3N1)控制； 该上位机(I)用于实现材料成形加工过程的管理与监控，其通过总线与所述激光扫描主控制器⑵双向通信。2.如权利要求1所述的振镜式激光扫描大幅面材料成形加工控制系统，其特征在于，所述第一个激光扫描从控制器(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);所述伺服控制模块(3111)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；所述第一 EtherCAT通信模块(3112)提供2个EtherCAT数据收发端口，用于所述第一个激光扫描从控制器(311)与所述激光扫描主控制器(2)以及第二个激光扫描从控制器(321)间的基于EtherCAT总线冗余环型拓扑结构的网络连接。3.如权利要求1或2所述的振镜式激光扫描大幅面材料成形加工控制系统，其特征在于，所述激光扫描主控制器(2)包括第二 EtherCAT通信模块(207)，所述第二 EtherCAT通信模块(207)提供2个EtherCAT数据收发端口，用于所述激光扫描主控制器(2)与所述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)间的基于EtherCAT总线冗余环型拓扑结构的网络连接。4.如权利要求1或2所述的振镜式激光扫描大幅面材料成形加工控制系统，其特征在于，所述激光扫描主控制器(2)提供多种总线通信接口，包括PCI总线、EtherCAT总线、RS-485总线、USB总线和CAN总线，用于与所述上位机(I)的双向通信。5.如权利要求4所述的振镜式激光扫描大幅面材料成形加工控制系统，其特征在于，所述上位机(I)包括工业控制计算机、可编程逻辑控制器和高性能单片机。
【专利摘要】本发明公开了一种振镜式激光扫描大幅面材料成形加工控制系统，其包括上位机、激光扫描主控制器和多个激光扫描从控制器；激光扫描主控制器和多个激光扫描从控制器基于EtherCAT总线冗余环型拓扑结构连接，激光扫描主控制器作为EtherCAT通信主站，多个激光扫描从控制器作为EtherCAT通信从站。上位机通过总线与激光扫描主控制器双向通信，激光扫描从控制器解析激光扫描主控制器指令、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上的扫描加工。本发明可有效解决振镜式激光扫描大幅面材料成形加工装备刚性组态、实时性低等问题，具备兼容性好、稳定性高、通信速度快、组态灵活、实时性强等优点。
【IPC分类】G05B19/414, B23K26/70
【公开号】CN105137916
【申请号】CN201510572336
【发明人】谢军, 龚时华, 游立德
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月9日