一种具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统的制作方法

本发明涉及一种具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统。

背景技术：

激光振镜加工技术由于其速度快、精度高的特点，在激光切割、抛光，光固化加工等领域都得到了广泛应用。

目前的振镜运动系统以xy平面振镜为主，但一般的平面振镜扫描运动

系统在加工范围方面受到限制。为了扩大加工范围，有以下两种传统方式：

一是增大场镜范围，但这种方法会引起场镜边缘处的非线性成像；二是采用振镜阵列，但由于振镜价格较高，总体成本会大幅增加。近年来，有两种新兴的方法得到发展和应用：一是振镜和z轴动态聚焦模块组成的动态聚焦系统，这种系统能够实现大范围、高速加工，但加工分辨率稍低；二是振镜和xy平台的协同运动系统，这种系统能够实现大范围、高精度加工，但加工速度稍慢。

此外，为了适应不同工况，当动态聚焦系统与振镜-平台协同运动系统混合使用时，如果采用独立的两套运动设备，繁杂的仪器装置会带来不便。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统，用以解决目前振镜加工设备工作范围有限、运动模式切换不便的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统，包括：上位机控制模块，同步控制模块以及伺服驱动模块。同步控制模块又可分为mcu控制模块和fpga控制模块；伺服驱动模块又可分为xy振镜模块、z轴动态聚焦模块、xy运动平台，其中xy振镜模块及xy运动平台各自包含xy双轴通道，z轴动态聚焦模块包含单个z轴通道。上位机控制模块通过eth以太网通信接口向同步控制模块中的mcu控制模块发送轨迹指令并接收反馈信号；mcu控制模块通过spi接口与fpga控制模块交换伺服控制输入与输出信号，且设有can接口作为伺服通信备选接口；fpga控制模块通过自定义控制算法实现闭环控制，并通过d/a接口实现与伺服驱动模块的通信，同时利用xy2-100或其他协议实现不同伺服驱动模块之间的数据交互与同步控制。每个同步控制模块组成一张同步控制板卡，利用单独的控制板卡进行连接，可实现xy振镜模块的双通道运动控制；利用两张相同的控制板卡进行连接，可实现xy振镜模块与z轴动态聚焦模块，或xy振镜模块与xy运动平台的多通道协同控制。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明提出的振镜运动控制系统具有多种连接方式，可以使能双通道、三通道、四通道的多种振镜扫描模式，用户可根据实际工况自行选择切换；(2)本发明只需要使用一种(两张)控制板卡，极大简化了系统设计与加工流程。

附图说明

图1为本发明具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统的双通道运动控制方案结构示意图。

图2为本发明具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统的三通道运动控制方案结构示意图。

图3为本发明具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统的四通道运动控制方案结构示意图。

图4为本发明具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统的四通道运动控制方案结构示意图，其中can接口与d/a接口配合实现mcu控制模块与伺服驱动模块之间的通信。

具体实施方式

一种具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统，包括上位机控制模块1，同步控制模块2以及伺服驱动模块3。同步控制模块2又可分为mcu控制模块4和fpga控制模块5；伺服驱动模块3又可分为xy振镜模块6、z轴动态聚焦模块7、xy运动平台8，其中xy振镜模块6及xy运动平台8各自包含xy的双轴通道，z轴动态聚焦模块7包含单个z轴通道。上位机控制模块1将总体运动控制任务分解，得到各个通道的运动轨迹指令，并将其通过eth接口下发给mcu控制模块4；mcu控制模块4通过spi接口向fpga控制模块5发送输入信号；fpga控制模块5通过内置算法实现闭环控制，并通过d/a接口实现与伺服驱动模块3的通信，同时将输出信号通过spi接口返回mcu控制模块4，fpga控制模块5还可以基于xy2-100或其他自定义协议实现不同伺服驱动模块之间的数据交互与同步控制；伺服驱动模块3接收由mcu控制模块4提供的驱动信号，实现xy振镜模块6单独的平面扫描运动，或xy振镜模块6与z轴动态聚焦模块7的协同运动，或xy振镜模块6与xy运动平台8的协同运动。

所述的单个同步控制模块2，包括mcu控制模块4和fpga控制模块5组成一张控制板卡。本激光振镜运动控制系统共有两张相同的控制板卡，其中板卡1用于xy振镜模块6的控制，板卡2可在z轴动态聚焦模块7的控制与xy运动平台8的控制之间切换。通过切换板卡2所控制的伺服对象，可以选择进行不同的扫描模式：双通道的一般平面激光振镜扫描，三通道的平面大范围、高速振镜激光振镜扫描，以及四通道的平面大范围、高精度激光振镜扫描。

所述fpga控制模块5实现不同伺服驱动模块之间的数据交互与协同，同时指令信号在fpga控制模块5内完成同步，保证各通道终端的高性能协同运动。同步信号的通信协议包括但不仅限于xy2-100，也可采用自定义协议实现。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明提出的具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统作进一步说明。

实施例1

如图2所示，一种具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统的双通道运动控制方案，包括上位机控制模块1，同步控制模块2以及伺服驱动模块3。同步控制模块2又可分为mcu控制模块4和fpga控制模块5；伺服驱动模块此时为xy振镜模块6，包含振镜xy双轴通道。上位机控制模块1通过eth以太网通信接口向同步控制模块2中的mcu控制模块4发送轨迹指令并接收反馈信号；mcu控制模块4通过spi接口与fpga控制模块5交换伺服控制输入与输出信号；fpga控制模块5通过自定义控制算法实现闭环控制，并通过d/a接口实现与伺服驱动模块的通信。

上位机控制模块1有如下主要功能：一是将总体运动控制任务分解为xy振镜模块6的双通道指令；二是将指令通过eth接口发送给mcu控制模块；三是接收mcu控制模块的返回数据，包括数据显示、存储等功能。

单个同步控制模块2，包括mcu控制模块4和fpga控制模块5组成一张控制板卡。在该实施例中仅需一张控制板卡，负责xy振镜模块6的控制。

mcu控制模块4主要由stm微处理器芯片构成，外部接口包括eth接口，can接口及spi接口。mcu控制模块4有如下主要功能：一是通过eth接口与上位机控制模块1通信获取控制指令；二是通过spi接口与fpga控制模块5交互控制输出与输出。

fpga控制模块5主要由现场可编程门阵列fpga芯片构成，外部接口包括spi接口，协同信号接口，编码器接口及d/a接口。fpga控制模块5的主要功能为：一是基于闭环控制算法，通过spi接口与fpga控制模块5交互控制输入与输出；二是通过d/a接口将控制输出发送给伺服驱动模块3。

该实施例可以实现双通道的平面激光振镜扫描。

实施例2

如图2所示，一种具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统的三通道运动控制方案，包括上位机控制模块1，同步控制模块2以及伺服驱动模块3。同步控制模块2又可分为mcu控制模块4和fpga控制模块5；伺服驱动模块此时为xy振镜模块6及z轴动态聚焦模块7，包含振镜xy双轴通道和z轴通道。上位机控制模块1通过eth以太网通信接口向同步控制模块2中的mcu控制模块4发送轨迹指令并接收反馈信号；mcu控制模块4通过spi接口与fpga控制模块5交换伺服控制输入与输出信号；fpga控制模块5通过自定义控制算法实现闭环控制，并通过d/a接口实现与伺服驱动模块的通信，同时基于xy2-100或其他自定义协议，实现同步控制模块2中板卡1与板卡2之间的数据交互与同步控制。

上位机控制模块1有如下主要功能：一是将总体运动控制任务分解为xy振镜模块6及z轴动态聚焦模块7的三通道指令；二是将指令通过eth接口发送给mcu控制模块；三是接收mcu控制模块的返回数据，包括数据显示、存储等功能。

单个同步控制模块2，包括mcu控制模块4和fpga控制模块5组成一张控制板卡。在该实施例中需要两张控制板卡，分别负责xy振镜模块6和z轴动态聚焦模块7的控制。

mcu控制模块4主要由stm微处理器芯片构成，外部接口包括eth接口，can接口及spi接口。mcu控制模块4有如下主要功能：一是通过eth接口与上位机控制模块1通信获取控制指令；二是通过spi接口与fpga控制模块5交互控制输出与输出。

fpga控制模块5主要由现场可编程门阵列fpga芯片构成，外部接口包括spi接口，协同信号接口，编码器接口及d/a接口。fpga控制模块5有如下主要功能：一是基于闭环控制算法，通过spi接口与fpga控制模块5交互控制输入与输出；二是通过d/a接口将控制输出发送给伺服驱动模块3；三是利用xy2-100或自定义协议在不同板卡之间实现高速同步，从而使能高性能的协同运动。

该实施例可以实现三通道的平面大范围、高速激光振镜扫描。

实施例3

如图3所示，一种具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统的四通道运动控制方案，包括上位机控制模块1，同步控制模块2以及伺服驱动模块3。同步控制模块2又可分为mcu控制模块4和fpga控制模块5；伺服驱动模块此时为xy振镜模块6及xy运动平台8，包含振镜xy双轴通道和运动平台xy双轴通道。上位机控制模块1通过eth以太网通信接口向同步控制模块2中的mcu控制模块4发送轨迹指令并接收反馈信号；mcu控制模块4通过spi接口与fpga控制模块5交换伺服控制输入与输出信号；fpga控制模块5通过自定义控制算法实现闭环控制，并通过d/a接口实现与伺服驱动模块的通信，同时基于xy2-100或其他自定义协议，实现同步控制模块2中板卡1与板卡2之间的数据交互与同步控制。

上位机控制模块1有如下主要功能：一是将总体运动控制任务分解为xy振镜模块6及xy运动平台8的四通道指令；二是将指令通过eth接口发送给mcu控制模块；三是接收mcu控制模块的返回数据，包括数据显示、存储等功能。

单个同步控制模块2，包括mcu控制模块4和fpga控制模块5组成一张控制板卡。在该实施例中需要两张控制板卡，分别负责xy振镜模块6和xy运动平台8的控制。

mcu控制模块4主要由stm微处理器芯片构成，外部接口包括eth接口，can接口及spi接口。mcu控制模块4有如下主要功能：一是通过eth接口与上位机控制模块1通信获取控制指令；二是通过spi接口与fpga控制模块5交互控制输出与输出。

fpga控制模块5主要由现场可编程门阵列fpga芯片构成，外部接口包括spi接口，协同信号接口，编码器接口及d/a接口。fpga控制模块5有如下主要功能：一是基于闭环控制算法，通过spi接口与fpga控制模块5交互控制输入与输出；二是通过d/a接口将控制输出发送给伺服驱动模块3；三是利用xy2-100或自定义协议在不同板卡之间实现高速同步，从而使能高性能的协同运动。

该实施例可以实现四通道的平面大范围、高精度激光振镜扫描。

实施例4

如图4所示，一种具有多种连接方式的多通道激光振镜运动控制系统的四通道运动控制方案，包括上位机控制模块1，同步控制模块2以及伺服驱动模块3。同步控制模块2又可分为mcu控制模块4和fpga控制模块5；伺服驱动模块此时为xy振镜模块6及xy运动平台8，包含振镜xy双轴通道和运动平台xy双轴通道。上位机控制模块1通过eth以太网通信接口向同步控制模块2中的mcu控制模块4发送轨迹指令并接收反馈信号；mcu控制模块4通过spi接口与fpga控制模块5交换伺服控制输入与输出信号，并通过can接口实现与伺服驱动模块的通信；fpga控制模块5通过自定义控制算法实现闭环控制，同时基于xy2-100或其他自定义协议，实现同步控制模块2中板卡1与板卡2之间的数据交互与同步控制。

上位机控制模块1有如下主要功能：一是将总体运动控制任务分解为xy振镜模块6及xy运动平台8的四通道指令；二是将指令通过eth接口发送给mcu控制模块；三是接收mcu控制模块返回的控制输出，通过can接口与各通道的伺服驱动器通信。

单个同步控制模块2，包括mcu控制模块4和fpga控制模块5组成一张控制板卡。在该实施例中需要两张控制板卡，分别负责xy振镜模块6和xy运动平台8的控制。

mcu控制模块4主要由stm微处理器芯片构成，外部接口包括eth接口，can接口及spi接口。mcu控制模块4有如下主要功能：一是通过eth接口与上位机控制模块1通信获取控制指令；二是通过spi接口与fpga控制模块5交互控制输入与输出；三是通过can接口将控制输出发送给伺服驱动模块3。

fpga控制模块5主要由现场可编程门阵列fpga芯片构成，外部接口包括spi接口，协同信号接口及编码器接口。fpga控制模块5有如下主要功能：一是基于闭环控制算法，通过spi接口与fpga控制模块5交互控制输入与输出；二是利用xy2-100等协议实现高速同步，从而使能高性能的协同运动。

该实施例可以实现四通道的平面大范围、高精度激光振镜扫描。