CN109967894B - 四轴peg及激光时钟同步板卡 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了四轴PEG及激光时钟同步板卡，四个用于接入轴光栅尺信号的光栅尺信号接口分别通过差分转单极性及脉冲滤波电路连接CPU，ETHERCAT接口输入端和ETHERCAT接口输出端通过ETHERCAT驱动电路连接CPU，激光时钟脉冲接口通过激光时钟脉冲转换及滤波电路连接CPU，激光脉冲输出接口经激光脉冲转换及滤波电路与CPU连接。通过对激光器和运动平台光栅尺数据采集控制，实现激光器脉冲输出可按矢量位置触发的功能，以此保证在直线、异形、加减速等各种激光加工路径和平台运动条件下，激光脉冲均能按照平面轨迹触发，保证加工精度和效果。

Description

四轴PEG及激光时钟同步板卡
技术领域
本发明涉及一种基于ETHERCAT通信协议的四轴PEG及激光时钟同步板卡。
背景技术
对于激光在直线或异形切割时；平台在加减速运行时，会造成激光脉冲打点不均匀；现目前为了保证激光切割的一致性；平台运行到匀速阶段时进行激光开关；这样严重影响了加工效率。
目前的运动控制卡，无法支持双轴矢量位置触发功能，从而在异形切割加工时不能保证切割的一致性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种基于ETHERCAT通信协议的四轴PEG及激光时钟同步板卡。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
四轴PEG及激光时钟同步板卡，特点是：包含四个用于接入轴光栅尺信号的光栅尺信号接口、四个差分转单极性及脉冲滤波电路、激光时钟脉冲转换及滤波电路、激光脉冲转换及滤波电路和ETHERCAT驱动电路，每个光栅尺信号接口分别通过差分转单极性及脉冲滤波电路连接CPU，ETHERCAT接口输入端和ETHERCAT接口输出端通过ETHERCAT驱动电路连接CPU，激光时钟脉冲接口通过激光时钟脉冲转换及滤波电路连接CPU，激光脉冲输出接口经激光脉冲转换及滤波电路与CPU连接。
进一步地，上述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其中，还包含IO转换电路，IO接口通过IO转换电路连接CPU。
进一步地，上述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其中，所述IO转换电路是型号为PS2505的光耦芯片。
进一步地，上述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其中，还包含USB通讯电路，USB接口通过USB通讯电路连接CPU。
进一步地，上述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其中，所述USB通讯电路是型号为STM32F103的芯片。
进一步地，上述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其中，所述差分转单极性及脉冲滤波电路是型号为AM26C32的芯片。
进一步地，上述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其中，所述激光时钟脉冲转换及滤波电路是型号为6N137的光耦芯片。
进一步地，上述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其中，所述激光脉冲转换及滤波电路是型号为AM26C31的芯片。
进一步地，上述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其中，所述ETHERCAT驱动电路是型号为LAN9252的ETHERCAT驱动控制芯片。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
①四个轴光栅尺信号通过对应的光栅尺信号接口接入，分别通过差分转单极性及脉冲滤波电路的转换和相应的滤波，把光栅尺ABZ相信号的高频干扰信号滤除掉后接入CPU，CPU根据AB两相的相位角及脉冲进行计算得到平台的位置坐标系；
②激光时钟脉冲接口连接激光时钟脉冲转换及滤波电路，经过相应的滤波，把激光时钟信号的脉冲的高频干扰部分滤除后，接入CPU，进行高速激光时钟信号的捕捉；
③激光脉冲输出接口是输出激光脉冲接口，根据捕捉到的两轴光栅尺矢量坐标系以及用户设定的矢量距离，同时同步激光的时钟信号，实现平面的激光等间距触发；
④板卡通过对激光器和运动平台光栅尺数据采集控制，实现激光器脉冲输出可按矢量位置触发的功能，以此保证在直线、异形、加减速等各种激光加工路径和平台运动条件下，激光脉冲均能按照平面轨迹触发，从而保证了加工精度和效果。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1：本发明的架构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，四轴PEG及激光时钟同步板卡，包含四个用于接入轴光栅尺信号的光栅尺信号接口、四个差分转单极性及脉冲滤波电路、激光时钟脉冲转换及滤波电路116、激光脉冲转换及滤波电路113和ETHERCAT驱动电路104，光栅尺信号接口一105通过差分转单极性及脉冲滤波电路一106连接ARM CPU 101，光栅尺信号接口二107通过差分转单极性及脉冲滤波电路二108连接ARM CPU 101，光栅尺信号接口三109通过差分转单极性及脉冲滤波电路三110连接ARM CPU101，光栅尺信号接口四111通过差分转单极性及脉冲滤波电路四112连接ARM CPU101，ETHERCAT接口输入端102和ETHERCAT接口输出端103通过ETHERCAT驱动电路104连接ARM CPU101，激光时钟脉冲接口115通过激光时钟脉冲转换及滤波电路116连接ARM CPU101，激光脉冲输出接口114经激光脉冲转换及滤波电路113与ARM CPU101连接；IO接口117通过IO转换电路118连接ARM CPU101，USB接口120通过USB通讯电路119连接ARM CPU101。
具体设计时，IO转换电路118是型号为PS2505光耦芯片。USB通讯电路120是型号为STM32F103的芯片。四个差分转单极性及脉冲滤波电路是型号为AM26C32的芯片。激光时钟脉冲转换及滤波电路116是型号为6N137的高速光耦芯片。激光脉冲转换及滤波电路113是型号为AM26C31的芯片。ETHERCAT驱动电路104是型号为LAN9252的ETHERCAT驱动控制芯片。
该板卡通过ETHERCAT总线和EtherCat主站进行实时连接通讯，主站可以实时设定板卡的相关参数及动作；板卡根据这些参数和动作要求进行控制。
四个轴的光栅尺信号(ABZ相信号)通过电子线路变换后接入CPU，CPU捕捉光栅尺信号进行准确计数，从而得到四个轴的平台位置坐标。
根据ETHERCAT主站设定的轴号配置参数，从四个轴中选择两个轴进行矢量位置的计算。
根据EhterCat主站设定的激光脉冲输出口类型参数进行激光输出口控制。激光脉冲输出类型有两种：<1>基于两轴平台坐标系的、<2>输出固定的频率和占空比的脉冲信号。如选择激光脉冲口输出类型为：基于两轴平台矢量坐标系的；根据ETHERCAT主站设定的激光脉冲触发距离、触发脉宽，进行两轴平台矢量位置等间距激光触发。如选择激光脉冲口输出类型为：输出固定频率和占空比的脉冲信号；根据ETHERCAT主站设定的频率和占空比参数，进行激光脉冲的触发；该类型是不基于平台坐标系的。
EtherCat总线架构，可以和任何品牌的ETHERCAT主站进行连接，例如：ACS、BECKOFF等等。
有基于两轴矢量轨迹的激光等间距触发功能，同时具有占空比和频率实时可调脉冲信号。占空比可调位数为1024等级的。
具有四轴光栅尺及编码器接入接口，可以通过参数进行任意两轴的匹配。具有USB通讯功能，通讯参数系统自动适配。配置参数，系统具有断电保存功能。
具体应用时，4个轴光栅尺信号通过对应的光栅尺信号接口接入，分别通过差分转单极性及脉冲滤波电路的转换和相应的滤波，把光栅尺ABZ相信号的高频干扰信号滤除掉后接入CPU，CPU根据AB两相的相位角及脉冲进行计算得到平台的位置坐标系。
激光时钟脉冲接口115连接激光时钟脉冲转换及滤波电路，经过相应的滤波，把激光时钟信号的脉冲的高频干扰部分滤除后，接入CPU，进行高速激光时钟信号的捕捉。
激光脉冲输出接口是输出激光脉冲接口，根据捕捉到的两轴光栅尺矢量坐标系以及用户设定的矢量距离，同时同步激光的时钟信号，实现平面的激光等间距触发。
支持ETHERCAT通信功能，可以与ACS、BECKOFF等ETHERCAT主站连接。具有USB和串口通信功能，实现激光时钟同步功能的激光控制。
激光输出接口具有四种模式：1)、无激光时钟同步信号接入的双轴PEG输出；2)、接入激光时钟同步的双轴PEG输出；3)、高低电平模式；4)、PWM脉冲串输出，占空比和频率可调。
具有外部IO口控制模式，具有四轴光栅尺接入、接出接口，具有激光GATE信号输出接口。
综上所述，本发明板卡通过对激光器和运动平台光栅尺数据采集控制，实现激光器脉冲输出可按矢量位置触发的功能，以此保证在直线、异形、加减速等各种激光加工路径和平台运动条件下，激光脉冲均能按照平面轨迹触发，从而保证了加工精度和效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.四轴PEG及激光时钟同步板卡，其特征在于：包含四个用于接入轴光栅尺信号的光栅尺信号接口、四个差分转单极性及脉冲滤波电路、激光时钟脉冲转换及滤波电路、激光脉冲转换及滤波电路和ETHERCAT驱动电路，每个光栅尺信号接口分别通过差分转单极性及脉冲滤波电路连接CPU，ETHERCAT接口输入端和ETHERCAT接口输出端通过ETHERCAT驱动电路连接CPU，激光时钟脉冲接口通过激光时钟脉冲转换及滤波电路连接CPU，激光脉冲输出接口经激光脉冲转换及滤波电路与CPU连接；
4个轴光栅尺信号通过对应的光栅尺信号接口接入，分别通过差分转单极性及脉冲滤波电路的转换和相应的滤波，把光栅尺ABZ相信号的高频干扰信号滤除掉后接入CPU，CPU根据AB两相的相位角及脉冲进行计算得到平台的位置坐标系，根据ETHERCAT主站设定的轴号配置参数，从四个轴中选择两个轴进行矢量位置的计算；
激光时钟脉冲接口连接激光时钟脉冲转换及滤波电路，经过相应的滤波，把激光时钟信号的脉冲的高频干扰部分滤除后，接入CPU，进行高速激光时钟信号的捕捉；
激光脉冲输出接口是输出激光脉冲接口，根据捕捉到的两轴光栅尺矢量坐标系以及用户设定的矢量距离，同时同步激光的时钟信号，实现平面的激光等间距触发。
2.根据权利要求1所述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其特征在于：还包含IO转换电路，IO接口通过IO转换电路连接CPU。
3.根据权利要求2所述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其特征在于：所述IO转换电路是型号为PS2505的光耦芯片。
4.根据权利要求1所述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其特征在于：还包含USB通讯电路，USB接口通过USB通讯电路连接CPU。
5.根据权利要求4所述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其特征在于：所述USB通讯电路是型号为STM32F103的芯片。
6.根据权利要求1所述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其特征在于：所述差分转单极性及脉冲滤波电路均是型号为AM26C32的芯片。
7.根据权利要求1所述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其特征在于：所述激光时钟脉冲转换及滤波电路是型号为6N137的光耦芯片。
8.根据权利要求1所述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其特征在于：所述激光脉冲转换及滤波电路是型号为AM26C31的芯片。
9.根据权利要求1所述的四轴PEG及激光时钟同步板卡，其特征在于：所述ETHERCAT驱动电路是型号为LAN9252的ETHERCAT驱动控制芯片。
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