CN109189000A - 一种非球面光学模具加工控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种非球面光学模具加工控制系统,其包括:工控机、控制器、多轴接口卡以及精密探头,通过工控机根据用户输入信息生成加工程序指令并发送给控制器,控制器根据加工程序指令匹配出运工作模式并向多轴接口卡发送运动指令,以使多轴接口卡根据运动指令通过直线电机驱动器和主轴电机驱动器控制直线电机和主轴电机至少在两个运动轴上联动以完成工件初加工,通过精密探头测量初加工完成的工件精度并通过控制器向工控机反馈工件误差值,以使工控机根据工件误差值生成误差补正程序指令并发送给控制器,使控制器根据误差补正程序指令并通过多轴接口卡控制直线电机和主轴电机联动以对工件进行补正加工,从而修正工件误差值,进而得到超高精度的加工件。
Description
技术领域
本发明属于数字控制系统技术领域,尤其涉及一种非球面光学模具加工控制系统。
背景技术
超精密加工,是以不改变工件材料的物理特性为前提,以获得高形状精度、高尺寸精度、高表面精度以及表面完整性为目标。在精密光学、机械以及电子系统中所用的先进陶瓷和光学玻璃元件均需要超高的形状精度、表面精度以及非常小的加工变质层。然而,目前的非球面光学模具加工控制系统只能控制直线电机的各轴运动以完成工件的初加工,而不能对初加工完成的工件进行精度测量,从而不能根据初加工完成的工件的误差值控制加工控制系统对工件偏差进行再次加工修正,导致工件的精度不高,无法满足实际需求。
因此,传统的技术方案中存在的非球面光学模具加工控制系统存在不能对初加工完成的工件进行精度测量以修正工件误差值而导致工件精度低的问题。
发明内容
本发明提供一种非球面光学模具加工控制系统,旨在解决传统的技术方案中存在的不能对初加工完成的工件进行精度测量以修正工件误差值而导致工件精度低的问题。
本发明是这样实现的,一种非球面光学模具加工控制系统,包括:
被配置为根据用户输入信息生成加工程序指令并发送所述加工程序指令的工控机;
与所述工控机连接,被配置为根据所述加工程序指令匹配运动模式,并根据匹配出的工作模式发送运动指令的控制器;
与所述控制器连接,被配置为接收所述运动指令进行控制直线电机驱动器和主轴电机驱动器,使直线电机和主轴电机至少在两个运动轴上联动以对工件进行初加工的多轴接口卡;及
与所述控制器连接,被配置为测量初加工完成的工件精度,并通过所述控制器向所述工控机反馈工件误差值的精密探头;
其中,所述工控机还被配置为根据所述工件误差值生成误差补正程序指令并向所述控制器发送所述误差补正程序指令;
所述控制器还被配置为接收所述误差补正程序指令,并通过所述多轴接口卡控制所述直线电机和所述主轴电机联动,以对工件进行精密加工。
上述的非球面光学模具加工控制系统,通过工控机根据用户输入信息生成加工程序指令并发送给控制器,控制器根据加工程序指令匹配出运工作模式并向多轴接口卡发送运动指令,以使多轴接口卡根据运动指令通过直线电机驱动器和主轴电机驱动器控制直线电机和主轴电机至少在两个运动轴上联动以完成工件初加工;此外,还增设了精密探头测量初加工完成的工件精度并通过控制器向工控机反馈工件误差值,以使工控机根据工件误差值生成误差补正程序指令并发送给控制器,使控制器根据误差补正程序指令并通过多轴接口卡控制直线电机和主轴电机联动以对工件进行补正加工,从而修正工件误差值,进而得到超高精度的加工件,同时体现了直线电机的高速度、高加速度、运动平稳和重复精度高的优势。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的非球面光学模具加工控制系统的模块示意图;
图2为本发明另一实施例提供的非球面光学模具加工控制系统的模块示意图;
图3为本发明另一实施例提供的非球面光学模具加工控制系统的模块示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
图1示出了本发明较佳实施例提供的非球面光学模具加工控制系统的模块示意图,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分,详述如下:
参考图1,非球面光学模具加工控制系统包括:工控机1、控制器2、多轴接口卡4以及精密探头3。
其中,工控机1被配置为根据用户输入信息生成加工程序指令并发送加工程序指令;控制器2与工控机1连接,被配置为根据加工程序指令匹配运动模式,并根据匹配出的工作模式发送运动指令;多轴接口卡4与控制器2连接,被配置为接收运动指令进行控制直线电机驱动器7和主轴电机6驱动器5,使直线电机和主轴电机6至少在两个运动轴上联动以对工件进行初加工;精密探头3与控制器2连接,被配置为测量初加工完成的工件精度,并通过控制器2向工控机1反馈工件误差值;此外,工控机1还被配置为根据工件误差值生成误差补正程序指令并向控制器2发送误差补正程序指令;控制器2还被配置为接收误差补正程序指令,并通过多轴接口卡4控制直线电机和主轴电机6联动,以对工件进行精密加工。具体的,工控机1与外部电压源连接,可以包括键盘和鼠标,用于用户根据需要的运动模式使用键盘在工控机1中键入加工程序信息,生成加工程序指令并发送给控制器2。另外,还可以在工控机1界面中用鼠标选中已经编译好的程序按钮,生成加工程序指令并发送给控制器2。加工程序指令指的是与直线电机驱动器7和主轴电机6驱动器5一起控制直线电机和主轴电机6的运动模式所对应的加工程序指令,即与控制器2内的运动模式所对应的加工程序指令。运动模式可以包括旋转运动模式、直线运动模式、圆周运动模式、曲线运动模式和圆弧运动模式等等,本实施例对所述运动模式不做限定。所述生成的运动指令则是根据所述程序指令与所述运动模式匹配后生成的指令,每个所述运动模式都会对应一种运动指令。
在具体的实施例中,控制器2可通过UMAC控制器2(多轴运动控制器2)实现。UMAC控制器2可以控制步进电机、交直流伺服电机、直线电机、液压伺服电机等,还可以接受光栅尺、电磁阀、信号灯、报警器、感测器、激光干涉仪、电位计、旋转变压器等检测元件的反馈功能,可以允许用户使用诸如VC++、C、C++、VB、Delphi等多种语言开发程序,便于用户使用。工控机1是一种采用总线结构,对生产过程及机电设备、工艺装备进行检查和控制的工具总称。工控机1具有计算机属性和特征,如具有计算机CPU(Central Processing Unit,中央处理单元)、硬盘、内存等内部存储设备,还具有插接式硬盘,SMC(Smart Media Card,智能存储卡),SD(Secure Digital,安全数字卡),FC(Flash Card,闪存卡)等外部存储设备,并具有操作系统、控制网络和协议、计算能力以及友好的人机界面,可为其他各结构/设备/系统提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。当然,工控机1还包括但不仅限于处理器和存储器。本领域技术人员可以理解的是,工控机1的示例,并不构成对工控机1本身的限定,可以包括比示例更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如:工控机1还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。多轴接口卡4可通过UMAC轴接口卡实现。
如上述,工控机1通电后,用户对工控机1键入旋转运动的加工程序,则工控机1根据旋转运动的加工程序生成旋转运动的加工程序指令,并将旋转运动的加工程序指令发送给控制器2,控制器2根据旋转运动的加工程序指令与具有的所有运动模式进行匹配,若匹配到旋转运动模式,则生成旋转运动指令并发送给多轴接口卡4,直线电机驱动器7和主轴电机驱动器5根据旋转运动指令控制直线电机8和主轴电机6在至少两个轴上联动以做旋转运动,使该非球面光学模具加工控制系统完成工件的初加工;精密探头3测量初加工完成的工件的精确度,并通过控制器2向工控机1反馈工件误差值,工控机1根据工件误差值生成误差补正程序指令并向控制器2发送误差补正程序指令,控制器2接收误差补正程序指令并向多轴接口卡4输出补正指令,直线电机驱动器7和主轴电机驱动器5根据补正指令控制直线电机8和主轴电机6联动,以对工件进行再次精密加工;精密探头3对再次精密加工后的工件的精确度进行测量,如果所测的工件精确度在误差允许范围内,则工控机1发出停止加工程序指令,以控制直线电机8和主轴电机6停止联动,如果所测的工件精确度不在误差允许范围内,则精密探头3继续通过控制器2向工控机1反馈工件误差值,使工控机1根据工件误差值再次生成误差补正程序指令,以控制直线电机8和主轴电机6联动,直到加工工件的精确度达到误差允许范围内才结束对工件的加工。
在本实施例中,通过增设精密探头3测量初加工完成的工件精度并通过控制器2向工控机1反馈工件误差值,以使工控机1根据工件误差值生成误差补正程序指令并发送给控制器2,使控制器2根据误差补正程序指令并通过多轴接口卡4向直线电机驱动器7和主轴电机驱动器5发送补正指令,以使电机驱动器和主轴电机驱动器5控制直线电机8和主轴电机6联动以对工件进行补正加工,从而修正工件误差值,进而得到超高精度的加工件,同时体现了直线电机8的高速度、高加速度、运动平稳和重复精度高的优势。
在其中一个实施例中,参考图3,直线电机8包括X轴直线电机81、Y轴直线电机82以及Z轴直线电机83;其中,多轴接口卡4接收运动指令并通过直线电机驱动器7控制X轴直线电机81、Y轴直线电机82以及Z轴直线电机83联动。主轴电机6的主轴被配置为夹持工件,并围绕Z轴直线电机83做旋转运动。具体的,UMAC轴接口卡根据运动指令控制Y轴直线电机82和Z轴直线电机83固定,X轴直线电机81和主轴电机6联动以做平面运动,或者控制X轴直线电机81和Z轴直线电机83固定,Y轴直线电机82和主轴电机6联动以做平面运动,或者控制X轴直线电机81和Y轴直线电机82固定,Z轴直线电机83和主轴电机6联动以做平面运动,或者是控制X轴直线电机81固定,Y轴直线电机82、Z轴直线电机83以及主轴电机6联动以做曲面运动,或者是控制X轴直线电机81、Y轴直线电机82、Z轴直线电机83以及主轴电机6联动以做曲面运动。
在其中一个实施例中,参考图3,直线电机驱动器7包括:X轴驱动器71、Y轴驱动器72以及Z轴驱动器73。其中,X轴驱动器71连接于多轴接口卡4和X轴直线电机81之间,被配置为根据运动指令或误差补正程序指令控制X轴直线电机81运动;Y轴驱动器72连接于多轴接口卡4和Y轴直线电机82之间,被配置为根据运动指令或误差补正程序指令控制Y轴直线电机82运动;Z轴驱动器73连接于多轴接口卡4和Z轴直线电机83之间,被配置为根据运动指令或误差补正程序指令控制Z轴直线电机83运动。主轴电机驱动器5连接于多轴接口卡4和主轴电机6之间,被配置为根据运动指令或误差补正程序指令控制主轴电机6运动。
在其中一个实施例中,参考图2,非球面光学模具加工控制系统还包括:光栅尺和细分盒。其中,光栅尺被配置为测量直线电机8位置信息并输出模拟信号;细分盒连接于多轴接口卡4和光栅尺之间,被配置为根据模拟信号进行细分转换为脉冲信号,并通过多轴接口卡4向控制器2反馈以控制直线电机8运动。本实施例可以不需要再接入其他信息接收器,使整个该非球面光学模具加工控制系统结构变得简单,减少了不必要的器件的使用,节约了成本。
在其中一个实施例中,参考图3,光栅尺10包括:第一光栅尺101、第二光栅尺102以及第三光栅尺103。其中,第一光栅尺101被配置为测量X轴直线电机81在X轴的位置信息并输出第一模拟信号;第二光栅尺102被配置为测量Y轴直线电机82在Y轴的位置信息并输出第二模拟信号;第三光栅尺103被配置为测量Z轴直线电机83在Z轴的位置信息并输出第三模拟信号。本实施例中,各个直线电机8均配一个光栅尺,用于作直线位移或者角位移的检测,检测范围大和精度高,具有响应速度快的特点。
在其中一个实施例中,参考图3,细分盒9包括:第一细分盒91、第二细分盒92以及第三细分盒93。其中,第一细分盒91连接于多轴接口卡4和第一光栅尺101之间,被配置为根据第一模拟信号进行细分转换为第一脉冲信号,并通过多轴接口卡4向控制器2进行反馈以控制X轴直线电机81运动;第二细分盒92连接于多轴接口卡4和第二光栅尺102之间,被配置为根据第二模拟信号进行细分转换为第二脉冲信号,并通过多轴接口卡4向控制器2进行反馈以控制Y轴直线电机82运动;第三细分盒93连接于多轴接口卡4和第三光栅尺103之间,被配置为根据第三模拟信号进行细分转换为第三脉冲信号,并通过多轴接口卡4向控制器2进行反馈以控制Z轴直线电机83运动。
在其中一个实施例中,参考图3,非球面光学模具加工控制系统还包括:输入/输出接口卡11,该输入/输出接口卡11与控制器2连接,被配置为检测输入信号和控制输出信号。在具体的实施例中,输入/输出接口卡11与开关、感测器以及报警器连接,UMAC控制器2通过输入/输出接口卡11检测开关信号、温度信号以及警报器信号,开关信号包括电源开关是否闭合和启动开关是否闭合,温度信号指的是感测器探测到的直线电机8和主轴电机6在运动过程中的温度,警报器信号指的是直线电机8和主轴电机6在运动过程中的温度过高时报警器输出的报警信号。例如:外部电源对控制系统通电时,不是给UMAC控制器2直接通电,而是在开关闭合才进行通电,当电源开关闭合时,在UMAC控制器2检测到开关闭合信号,才开始接收工控机1发送的加工程序指令;当UMAC控制器2将运动指令通过UMAC轴接口卡发送给驱动器并且驱动器在启动开关断开时,则无法控制所示直线电机8,此时开关断开信号会发送给UMAC控制器2,UMAC控制器2将开关断开信号发送给工控机1,用户会根据工控机1显示的开关断开信号闭合启动开关。在直线电机8处在加速运动过程中,可能会使直线电机8和主轴电机6器件之间摩擦生热,使直线电机8和主轴电机6温度过高,此时警报器会通过输入/输出接口卡11向UMAC控制器2返回警报信号,UMAC控制器2将警报信号发送给工控机1,用户可以根据警报信号控制直线电机8和主轴电机6减低或者控制直线电机8和主轴电机6暂停运动等。在直线电机8和主轴电机6温度过高时不仅影响运动精度而造成生产的工件质量低,还会影响直线电机8和主轴电机6寿命,本实施例的UMAC控制器2通过感测器探测直线电机8和主轴电机6温度和检测警报器信号,可以减少直线电机8和主轴电机6的损坏,延长直线电机8和主轴电机6寿命,节约了成本。在其他的实施例中,输入/输出接口卡11还与信号灯、报警器以及电磁阀连接,信号灯信号指的是直线电机8和主轴电机6是否处于运动状态的指示信号,电磁阀信号指的是直线电机8和主轴电机6进行刹车处理的输出信号,具体的,电磁阀对直线电机8和主轴电机6进行刹车处理,直线电机8和主轴电机6在运动过程中,若没有刹车处理会由于运动惯性和重力作用造成失衡,而加入电磁阀,可以控制直线电机8和主轴电机6的运动速度。例如,当电磁阀对Z轴直线电机83进行刹车处理时,会向UMAC控制器2反馈刹车输出信号,UMAC控制器2将刹车输出信号发送给工控机1以显示Z轴直线电机83已刹车的状态。
在其中一个实施例中,工控机1和控制器2之间通过网络连接,可以通过无线网络连接,例如:3G(3rd Generation,第三代移动通信技术),4G(the 4th Generation mobilecommunication,第四代移动通信技术)和GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线服务)等;也可以通过无线局域网连接,例如:WiFi(WIreless-FIdelity,无线保真)等,还可以通过数据传输总线或通讯总线连接,例如:CAN(Controller Area Network,控制器2局域网络)总线,RS232总线等。
本发明的有益效果:
(1)通过工控机根据用户输入信息生成加工程序指令并发送给控制器,控制器根据加工程序指令匹配出运工作模式并向多轴接口卡发送运动指令,以使多轴接口卡根据运动指令通过直线电机驱动器和主轴电机驱动器控制直线电机和主轴电机至少在两个运动轴上联动以完成工件初加工。
(2)增设了精密探头测量初加工完成的工件精度并通过控制器向工控机反馈工件误差值,以使工控机根据工件误差值生成误差补正程序指令并发送给控制器,使控制器根据误差补正程序指令并通过多轴接口卡控制直线电机和主轴电机联动以对工件进行补正加工,从而修正工件误差值,进而得到超高精度的加工件。
(3)同时体现了直线电机的高速度、高加速度、运动平稳和重复精度高的优势。
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。
Claims (10)
1.一种非球面光学模具加工控制系统,其特征在于,所述非球面光学模具加工控制系统包括:
被配置为根据用户输入信息生成加工程序指令并发送所述加工程序指令的工控机;
与所述工控机连接,被配置为根据所述加工程序指令匹配运动模式,并根据匹配出的工作模式发送运动指令的控制器;
与所述控制器连接,被配置为接收所述运动指令进行控制直线电机驱动器和主轴电机驱动器,使直线电机和主轴电机至少在两个运动轴上联动以对工件进行初加工的多轴接口卡;及
与所述控制器连接,被配置为测量初加工完成的工件精度,并通过所述控制器向所述工控机反馈工件误差值的精密探头;
其中,所述工控机还被配置为根据所述工件误差值生成误差补正程序指令并向所述控制器发送所述误差补正程序指令;
所述控制器还被配置为接收所述误差补正程序指令,并通过所述多轴接口卡控制所述直线电机和所述主轴电机联动,以对工件进行精密加工。
2.如权利要求1所述的非球面光学模具加工控制系统,其特征在于,所述直线电机包括X轴直线电机、Y轴直线电机以及Z轴直线电机;
其中,所述多轴接口卡接收所述运动指令并通过所述直线电机驱动器控制所述X轴直线电机、所述Y轴直线电机以及所述Z轴直线电机联动。
3.如权利要求2所述的非球面光学模具加工控制系统,其特征在于,所述直线电机驱动器包括:
连接于所述多轴接口卡和所述X轴直线电机之间,被配置为根据所述运动指令或所述误差补正程序指令控制所述X轴直线电机运动的X轴驱动器;
连接于所述多轴接口卡和所述Y轴直线电机之间,被配置为根据所述运动指令或所述误差补正程序指令控制所述Y轴直线电机运动的Y轴驱动器;及
连接于所述多轴接口卡和所述Z轴直线电机之间,被配置为根据所述运动指令或所述误差补正程序指令控制所述Z轴直线电机运动的Z轴驱动器。
4.如权利要求2所述的非球面光学模具加工控制系统,其特征在于,所述主轴电机的主轴被配置为夹持工件,并围绕所述Z轴直线电机做旋转运动。
5.如权利要求4所述的非球面光学模具加工控制系统,其特征在于,所述主轴电机驱动器连接于所述多轴接口卡和所述主轴电机之间,被配置为根据所述运动指令或所述误差补正程序指令控制所述主轴电机运动。
6.如权利要求5所述的非球面光学模具加工控制系统,其特征在于,所述非球面光学模具加工控制系统还包括:
被配置为测量所述直线电机位置信息并输出模拟信号的光栅尺;和
连接于所述多轴接口卡和所述光栅尺之间,被配置为根据所述模拟信号进行细分转换为脉冲信号,并通过所述多轴接口卡向所述控制器反馈以控制所述直线电机运动的细分盒。
7.如权利要求6所述的非球面光学模具加工控制系统,其特征在于,所述光栅尺包括:
被配置为测量所述X轴直线电机在X轴的位置信息并输出第一模拟信号的第一光栅尺;
被配置为测量所述Y轴直线电机在Y轴的位置信息并输出第二模拟信号的第二光栅尺;及
被配置为测量所述Z轴直线电机在Z轴的位置信息并输出第三模拟信号的第三光栅尺。
8.如权利要求7所述的非球面光学模具加工控制系统,其特征在于,所述细分盒包括:
连接于所述多轴接口卡和所述第一光栅尺之间,被配置为根据所述第一模拟信号进行细分转换为第一脉冲信号,并通过所述多轴接口卡向所述控制器进行反馈以控制所述X轴直线电机运动的第一细分盒;
连接于所述多轴接口卡和所述第二光栅尺之间,被配置为根据所述第二模拟信号进行细分转换为第二脉冲信号,并通过所述多轴接口卡向所述控制器进行反馈以控制所述Y轴直线电机运动的第二细分盒;及
连接于所述多轴接口卡和所述第三光栅尺之间,被配置为根据所述第三模拟信号进行细分转换为第三脉冲信号,并通过所述多轴接口卡向所述控制器进行反馈以控制所述Z轴直线电机运动的第三细分盒。
9.如权利要求1至8任一项所述的非球面光学模具加工控制系统,其特征在于,所述非球面光学模具加工控制系统还包括:
与所述控制器连接,被配置为检测输入信号和控制输出信号的输入/输出接口卡。
10.如权利要求9所述的非球面光学模具加工控制系统,其特征在于,所述工控机和所述控制器之间通过网络连接。
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