CN108856927A - 基于arm的嵌入式线性切割设备及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ARM的嵌入式线性切割设备及其控制方法，设备包括：机台，用于设置旋转轴基座和丝线旋转机构；旋转轴基座可移动设置在机台平面上，旋转轴基座上设置有夹具旋转轴，夹具旋转轴上连接有夹具，夹具旋转轴转动带动夹具转动；丝线旋转机构设置于机台上方，丝线旋转机构包括有丝线旋转轴，以及缠绕设置在丝线旋转轴上的丝线，丝线穿过机台，可在竖直方向上来回往复运动；还包括有运动控制器和手持终端，手持终端通过串口连接运动控制器，运动控制器连接控制设置旋转轴基座和丝线旋转机构，运动控制器包括ARM CotexA8模块和FPGA模块。通过在运动控制器中集成了ARM，具有自动化程度高，保证切割精度的同时效率更高，更加省料的优点。

Description

基于ARM的嵌入式线性切割设备及控制方法

技术领域

本发明涉及到工件切割，特别是涉及到一种基于ARM的嵌入式线性切割设备及控制方法。

背景技术

现有的切割行业多采用手动切割机，通过手持切割工具通过锯片切割工件的方式进行切割，存在由于锯片较厚造成工件材料浪费，同时安全系数低，精度不可控，更换锯片周期短，成本高和加工效率低等问题。

申请号201510136490.2的中国专利公开了一种快走丝线切割控制系统，包括基于单板机的控制器，所述控制器包括现场控制器和远程控制器；所述远程控制器向现场控制器发送加工代码，并接收来自现场控制器的加工进度信息。增加在传统单板机控制器的基础上增加了远程控制器，不仅具有加工的稳定和可靠性的优势，而且还具备了编控一体的功能。

因此有必要提出一种基于ARM的嵌入式线性切割设备及控制方法，实现高效高精度的工件切割，同时保证安全可靠。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种基于ARM的嵌入式线性切割设备及控制方法，切割自动化程度高、精度高且加工效率高。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于ARM的嵌入式线性切割设备，包括：

机台，用于设置旋转轴基座和丝线旋转机构；

所述旋转轴基座可移动设置在所述机台平面上，所述旋转轴基座上设置有夹具旋转轴，所述夹具旋转轴上连接有夹具，所述夹具旋转轴转动带动所述夹具转动；

所述的丝线旋转机构设置于所述机台上方，所述丝线旋转机构包括有丝线旋转轴，以及缠绕设置在丝线旋转轴上的丝线，所述丝线穿过所述机台，可在竖直方向上来回往复运动；

还包括有运动控制器和手持终端，所述手持终端通过串口连接所述运动控制器，所述运动控制器连接控制所述旋转轴基座和丝线旋转机构，所述运动控制器包括ARMCotexA8模块和FPGA模块。

进一步地，所述运动控制器包括多路输入IO和输出IO。

进一步地，所述手持终端上排列设置有多个功能按键，所述功能按键的颜色与手持终端表面颜色不同。

本发明还提出一种基于ARM的嵌入式线性切割设备的控制方法，基于如上任一项所述的基于ARM的嵌入式线性切割设备，包括以下步骤：

机床上电；

控制旋转轴基座回到机台的机械原点；

将工件装夹在夹具上；

设定工件切割起点与切割长度；

启动工件切割加工。

进一步地，所述启动工件切割加工步骤，包括，

控制夹具旋转轴转动；

控制丝线旋转轴转动；

检测丝线旋转轴角度，判断丝线旋转轴是否到位；

若到位，下发丝线旋转轴反转命令，控制丝线来回运动；

控制旋转轴基座在机台上移动，丝线来回切割工件。

进一步地，所述控制夹具旋转轴转动步骤，包括，

输出转轴控制模拟量，控制夹具旋转轴以对应转速转动。

进一步地，所述启动工件切割加工步骤，还包括，

检测工件位置，判断工件是否超出机台边缘；

若超出机台边缘，则停止机台工作，并控制工件往安全方向移动。

进一步地，所述启动工件切割加工步骤之前，还包括，

判断工件是否在加工范围内；

若不在加工范围内，则禁止启动加工。

本发明的有益效果是：通过在运动控制器中集成了ARM，相比于传统切割机具有自动化程度高，能够保证切割精度的同时效率更高，安全可靠以及更加省料的优点；操作员只需要设置好切割长度和位置便可进行精确加工；同时操作员可以通过手持终端对车床进行控制，简单直接；在车床加工时，通过集成了ARM的运动器进行控制，同时根据工件是否超出车床，来限制车床进行加工，保证线切割安全性。

附图说明

图1为本发明一种基于ARM的嵌入式线性切割设备的手持终端与运动控制器的连接框图；

图2为本发明一种运动控制器的接口框图；

图3为本发明一种基于ARM的嵌入式线性切割设备的结构示意图；

图4为本发明一种基于ARM的嵌入式线性切割设备的控制方法的方法流程图；

图5为本发明一种启动工件切割加工的方法流程图；

图6为本发明一种工件位置判断的方法流程图；

图7为本发明判断工件是否在加工范围内的方法流程图。

具体实施方式

为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

ARM处理器是英国Acorn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器。全称为Advanced RISC Machine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35％，却能保留32位系统的所有优势。

FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

参照图1-3，一种基于ARM的嵌入式线性切割设备，包括：

机台10，用于设置旋转轴基座20和丝线旋转机构30。

旋转轴基座20可移动设置在机台10平面上，旋转轴基座20上设置有夹具旋转轴21，以及连接于夹具旋转轴21上的夹具22，夹具旋转轴21转动带动夹具22转动。

丝线旋转机构30设置于机台10上方，丝线旋转机构30包括有丝线旋转轴31，以及缠绕设置在丝线旋转轴31上的丝线32，丝线32穿过机台，可在竖直方向上来回往复运动。

还包括有运动控制器40和手持终端50，手持终端50通过串口连接运动控制器40，运动控制器40连接控制旋转轴基座20和丝线旋转机构30，运动控制器40包括ARM CotexA8模块和FPGA模块。

具体的，运动控制器40是基于ARM的专用控制器，运行RTOS实时操作系统。采用嵌入式软件技术，集嵌入式技术、自动控制技术、传感器技术等于一体的线切割控制器，能够实现对切割路径、速度、精度的精确控制，以二维坐标平面为基础实现了对加工零件的线切割功能。

手持终端50，可以供操作员手持使用无需一直对着控制中心控制工件切割过程。手持终端50上设置有与运动控制器40连接通信的RS232和RS485串口，同时手持终端50上设置有多个用于控制加工过程的功能按键和显示屏，用于实现人机交互与状态信息显示。

具体的，手持终端50上排列设置有多个功能按键，功能按键的颜色与手持终端50表面颜色不同。以功能为导向，功能按键的设计采用了简捷的阵列设计搭配不同颜色底纹，对比鲜明，易于辨别。用户通过终端上的功能按键即可对机床进行控制，其中包括手动、自动、参数设置的开关、转轴开关以及速度的控制等，简洁直观。

手动方式又分为连续、增量两种控制方式。为方便用户控制加工，对自动加工进行了简便设计，在机床回零的情况下，操作员只需装载数据，即输入切割参数，即可自动加工。

运动控制器40包括多路输入IO和输出IO。参考图2，运动控制器40内设置有ARMCotexA8和FPGA，以及RS232串口、RS485串口、输入IO口、输出IO口、伺服接口、旋转轴接口和USB接口。

ARM CotexA8负责实现人机交互，运动控制算法，最终插补产生数据序列，FPGA负责将数据序列转化成2轴伺服所需的脉冲序列。

RS232串口以及RS485串口等外部接口，以便后续扩展，以及进行数据传输。另外还可以设置进行网络信号传输的网络传输模块，网络传输模块也可以实现运动控制器40的联网和远程文件传输。

另外，运动控制器40上还内置4G的SD卡，SD卡可用于保存日志文件。

其中，输入IO口和输出IO口可实现功能端口自定义，输入IO口可以接收来之车床的坐标信号、报警信号和硬限位信号等，并根据接收到的信号下发对应的控制信号。

本方案通过在运动控制器中集成了ARM，相比于传统切割机具有自动化程度高，能够保证切割精度的同时效率更高，安全可靠以及更加省料的优点；操作员只需要设置好切割长度和位置便可进行精确加工；同时操作员可以通过手持终端对车床进行控制，简单直接。

参考图4-7，本发明还提出一种基于ARM的嵌入式线性切割设备的控制方法，基于如上实施例所述的基于ARM的嵌入式线性切割设备，包括以下步骤：

S10、机床上电。

S20、控制旋转轴基座回到机台的机械原点。

S30、将工件装夹在夹具上。

S40、设定工件切割起点与切割长度。

S50、启动工件切割加工。

对于步骤S10，给机床上电，保持机床上的设备都处于待命状态，以便接收运动控制器的控制信号，控制对应的机构进行指定的动作。

对于步骤S20，加工时，旋转轴基座在机台平面上移动，通过控制旋转轴基座在机台平面XY方向上的移动距离来控制工件的切割效果，加工开始前，需要控制旋转轴基座回到机台的机械原点，也就是XY坐标系的零点，以便后续对制旋转轴基座进行定位和发送对应的位移信号。

对于步骤S30，加工前，需要将待加工的工件夹紧设置在夹具上面，工件夹紧后，夹具旋转轴转动也会带动工件以相同的转速转动，配合往返运动的丝线对工件进行高效的切割。

对于步骤S40，旋转轴基座回到机台机械原点后，丝线的位置固定，旋转轴基座的位置确定，工件与丝线的相对位置也确定，运动控制器根据工件需要切割的部位以及深度设置工件切割起点和切割长度，输出对应的位移信号给到旋转轴基座，旋转轴基座根据接收到的位移信号进行移动，并使得工件配合丝线进行切割。

对于步骤S50，在工件夹紧并设定好对应的切割起点和切割长度之后，旋转轴基座按照接收到的位移信号移动，当工件接触到来回往复运动的丝线后，即开始切割工件，最终得到切割好后的工件。

参考图5，步骤S50包括以下步骤：

S51、控制夹具旋转轴转动。

S52、控制丝线旋转轴转动。

S53、检测丝线旋转轴角度，判断丝线旋转轴是否到位。

S54、若到位，下发丝线旋转轴反转命令，控制丝线来回运动。

S55、控制旋转轴基座在机台上移动，丝线来回切割工件。

对于步骤S51和步骤S52，夹具旋转轴转动带动夹紧在夹具旋转轴上的工件以同样的角速度转动，丝线旋转轴转动，带动缠绕在丝线旋转轴上的丝线沿着一定的方向转动，在切割加工时，工件与丝线接触的部位均发生相对移动，增加了工件于丝线之间的活动摩擦，使得切割过程更加高效。

对于步骤S53和步骤S54，丝线是完成线切割的切割刀具，通过利用丝线的正转与反转代替传统切割膜片。丝线缠绕在丝线旋转轴上，丝线旋转轴转到一定角度，就会给运动控制器发送一个到位信号，此时系统立即下达丝线旋转轴反转命令，进而控制丝线反转，以此模仿锯片切割工件的原理。

具体的，丝线旋转轴旋转一定角度后，代表丝线对应走过一定的距离，通过判断丝线的转角，即可得知丝线在该方向上的行进距离，因为丝线需要来回往复移动，因此丝线旋转轴在向下或者向上转动一定角度之后，就需要往反方向旋转同样角度，使得丝线在竖直方向上来回往复运动。因此需要根据丝线旋转轴的转动角度，来判断是否需要控制丝线旋转轴反转。

例如，在丝线旋转轴向下转动30°之后，需要控制丝线旋转轴向上转动30°。

对于步骤S55，进行切割动作前提是，丝线来回往复运动，同时工件表面与丝线接触，形成切割点，因此旋转轴基座需要在机台上按照设定好的位移信号在XY方向上移动指定的距离，保证工件在切割过程中始终与丝线保持接触，以确保工件切割完成。

具体的，步骤S51包括步骤S511、输出转轴控制模拟量，控制夹具旋转轴以对应转速转动。

对于步骤S511，运动控制器通过输出对应的模拟量信号来控制对应的夹具旋转轴的转速，以控制设备切割效率。具体的，输出0-10V的电压信号控制夹具旋转轴的转速，利用装载在其上的工件旋转与丝线的相对运动，由外及内完成对工件的圆柱切割。

参考图6，步骤S50还包括以下步骤：

S56、检测工件位置，判断工件是否超出机台边缘。

S57、若超出机台边缘，则停止机台工作，并控制工件往安全方向移动。

具体的，在加工时，还需要判断工件位置是否在机台内，若工件超出机台边缘，代表工件处于危险加工状态，需要停止继续切割加工，同时控制工件也就是旋转轴基座回到安全位置，可以是机台的机械原点。

在本发明另一实施例，步骤S50之前还包括以下步骤：

S58、判断工件是否在加工范围内。

S59、若不在加工范围内，则禁止启动加工。

在加工前，存在丝线加工范围，工件到达该加工范围内之后，才能够进行工件切割加工，这样能够减少机床的空行具体，节省加工时间，同时提高加工效率。

本方案是基于上一实施例公开的一种基于ARM的嵌入式线性切割设备，通过在运动控制器中集成了ARM，相比于传统切割机具有自动化程度高，能够保证切割精度的同时效率更高，安全可靠以及更加省料的优点；操作员只需要设置好切割长度和位置便可进行精确加工；同时操作员可以通过手持终端对车床进行控制，简单直接；在车床加工时，通过集成了ARM的运动器进行控制，同时根据工件是否超出车床，来限制车床进行加工，保证线切割安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于ARM的嵌入式线性切割设备，其特征在于，包括：

机台，用于设置旋转轴基座和丝线旋转机构；

所述旋转轴基座可移动设置在所述机台平面上，所述旋转轴基座上设置有夹具旋转轴，所述夹具旋转轴上连接有夹具，所述夹具旋转轴转动带动所述夹具转动；

所述的丝线旋转机构设置于所述机台上方，所述丝线旋转机构包括有丝线旋转轴，以及缠绕设置在丝线旋转轴上的丝线，所述丝线穿过所述机台，可在竖直方向上来回往复运动；

还包括有运动控制器和手持终端，所述手持终端通过串口连接所述运动控制器，所述运动控制器连接控制所述旋转轴基座和丝线旋转机构，所述运动控制器包括ARM CotexA8模块和FPGA模块。

2.如权利要求1所述的基于ARM的嵌入式线性切割设备，其特征在于，所述运动控制器包括多路输入IO和输出IO。

3.如权利要求1所述的基于ARM的嵌入式线性切割设备，其特征在于，所述手持终端上排列设置有多个功能按键，所述功能按键的颜色与手持终端表面颜色不同。

4.一种基于ARM的嵌入式线性切割设备的控制方法，其特征在于，基于如权利要求1-3任一项所述的基于ARM的嵌入式线性切割设备，包括以下步骤：

机床上电；

控制旋转轴基座回到机台的机械原点；

将工件装夹在夹具上；

设定工件切割起点与切割长度；

启动工件切割加工。

5.如权利要求4所述的基于ARM的嵌入式线性切割设备的控制方法，其特征在于，所述启动工件切割加工步骤，包括，

控制夹具旋转轴转动；

控制丝线旋转轴转动；

检测丝线旋转轴角度，判断丝线旋转轴是否到位；

若到位，下发丝线旋转轴反转命令，控制丝线来回运动；

控制旋转轴基座在机台上移动，丝线来回切割工件。

6.如权利要求5所述的基于ARM的嵌入式线性切割设备的控制方法，其特征在于，所述控制夹具旋转轴转动步骤，包括，

输出转轴控制模拟量，控制夹具旋转轴以对应转速转动。

7.如权利要求4所述的基于ARM的嵌入式线性切割设备的控制方法，其特征在于，所述启动工件切割加工步骤，还包括，

检测工件位置，判断工件是否超出机台边缘；

若超出机台边缘，则停止机台工作，并控制工件往安全方向移动。

8.如权利要求4所述的基于ARM的嵌入式线性切割设备的控制方法，其特征在于，所述启动工件切割加工步骤之前，还包括，

判断工件是否在加工范围内；

若不在加工范围内，则禁止启动加工。