CN110362010B - 一种模块化多轴激光振镜运动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化多轴激光振镜运动控制器，包括PC操作软件模块、USB转CAN通讯模块、同步控制模块以及激光振镜控制模块；PC操作软件模块通过USB转CAN通讯模块对同步控制模块以及激光振镜控制模块进行运动坐标参数设定、启停控制；同步控制模块根据外部编码器反馈传送带运行速度，计算同步周期，发出脉冲同步信号；激光振镜控制模块接收到脉冲同步信号后，控制外部激光器出光、振镜摆动，实现整体图案刻制。本发明有效解决了单台激光振镜无法刻制较大图案，多轴激光振镜无法同步控制的问题。

Description

一种模块化多轴激光振镜运动控制器

技术领域

本发明属于激光打标技术领域，具体涉及一种模块化多轴激光振镜运动控制器。

背景技术

凭借非接触、无污染、高效率的特性，激光打标技术广泛应用于激光加工行业当中，如激光雕刻、激光焊接、激光切割以及激光清洗等。近年来，随着光学技术、电子科学技术以及计算机控制技术的飞速发展，激光打标技术日趋成熟，正在逐步取代传统标刻工艺。

目前，单台激光振镜控制技术已较为成熟。但是，单台激光振镜的物理场范围有限，对于刻制平面较大的工况，一般采用以下两种方式：一是采用增大场镜物理场范围的方式，但随着场镜范围的增加，激光功率衰减成指数上升，为保证相同刻制效果，需采用更大功率的激光器，带来成本的急剧上升；二是采用增加激光器、振镜设备的方式，考虑到同步性的问题，目前多采用一台控制器控制多台激光器、振镜设备的方式，该方式由于控制器接口资源、微处理器处理能力的限制，激光器、振镜设备控制数量有限，且往往需要根据实际工况进行定制化设计，通用性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化多轴激光振镜运动控制器，用以解决目前已有激光振镜控制器控制单台激光振镜设备物理场范围有限、多台激光振镜设备无法同步控制的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种模块化多轴激光振镜运动控制器，该运动控制器包括PC操作软件模块、USB转CAN通讯模块、同步控制模块和激光振镜控制模块；PC操作软件模块通过解析用户输入的刻制曲线图案，得到激光振镜在某一固定传送带速度下的工作点数据，并将其通过USB转CAN通讯模块下发给同步控制模块以及激光振镜控制模块；同步控制模块实时采集传送带运行速度，与PC操作软件模块下发工作点数据的基础速度进行比较，对其进行补偿，发出不同频率的脉冲同步信号；激光振镜控制模块每接收到一个脉冲同步信号，即对激光器、振镜设备进行控制，完成相应工作点的刻制。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明提出的控制器具有可重构能力，采用模块化设计，方式灵活，激光振镜控制模块数量可根据实际工况需要的物理场范围进行改变；(2)本发明提出的控制器具有同步控制能力，利用高速脉冲同步信号对激光振镜设备的每个工作点进行同步，可应用于被刻件位于移动生产线上的工况。

附图说明

图1为本发明模块化多轴激光振镜运动控制器结构示意图。

图2为同步控制模块组成示意图。

图3为激光振镜控制模块组成示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种模块化多轴激光振镜运动控制器，包括PC操作软件模块1、USB转CAN通讯模块2、同步控制模块3以及激光振镜控制模块4；其中，PC操作软件模块1通过解析用户输入的刻制曲线图案，得到激光振镜在某一固定传送带速度下的工作点数据，并将其通过USB转CAN通讯模块2下发给同步控制模块3以及激光振镜控制模块4；同步控制模块3实时采集传送带运行速度，与PC操作软件模块1下发工作点数据的基础速度进行比较，对其进行补偿，发出不同频率的脉冲同步信号；激光振镜控制模块4每接收到一个脉冲同步信号，立即对激光器、振镜设备进行控制，完成相应工作点的刻制。

所述同步控制模块3与激光振镜控制模块4挂载于同一CAN总线上，利用CAN报文节点ID号对其进行区分，激光振镜控制模块4的数量可根据实际物理场大小决定。但是，激光振镜控制模块4的数量最多不可超过127台，由CAN总线的挂载能力决定。

所述同步控制模块3的处理器由第一ARM微处理器和第一现场可编程门阵列FPGA组成。第一ARM微处理器负责同步控制模块3与PC操作软件模块1的通讯、脉冲同步信号的周期计算以及产生；第一现场可编程门阵列FPGA负责编码器信号采集，计算传送带速度。

所述同步控制模块3脉冲同步信号采用变频方式，周期实时变化，当次工作周期完成下次工作周期的计算。

所述激光振镜控制模块4的处理器由第二ARM微处理器和和第二现场可编程门阵列FPGA组成。第二ARM微处理器负责激光振镜控制模块4与PC操作软件模块1的通讯、脉冲同步信号的接收以及对激光器的控制；第二现场可编程门阵列FPGA负责对振镜设备的控制。

所述激光振镜控制模块4与振镜设备之间的控制接口协议为XY2-100通用协议。

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，对本发明提出的模块化多轴激光振镜运动控制器作进一步说明。

实施例

如图1所示，一种模块化多轴激光振镜运动控制器，包括PC操作软件模块1、USB转CAN通讯模块2、同步控制模块3以及激光振镜控制模块4。PC操作软件模块通过USB转CAN通讯模块对同步控制模块以及激光振镜控制模块进行运动坐标参数设定、启停控制；同步控制模块根据外部编码器反馈传送带(被刻制件位于传送带上)运行速度，计算同步周期，发出脉冲同步信号；激光振镜控制模块接收到脉冲同步信号后，控制外部激光器出光、振镜摆动，实现整体图案刻制。

PC操作软件模块1位于PC机内，主要有如下几个功能：一是解析用户输入的刻制图案信息，并对其进行插补，得到每台激光振镜的工作点坐标参数。二是根据实际工况需要，PC操作软件模块1可实现对激光器设备的功率、脉宽、频率等参数配置，使激光器达到最佳工作状态。三是通过USB转CAN通讯模块2，完成与同步控制模块3、激光振镜控制模块4的通讯交互，下发工作参数，接收同步控制模块3上传的皮带速度、故障代码信息，激光振镜控制模4上传的故障代码信息。

USB转CAN通讯模块2是作为PC操作软件模块1与同步控制模块3、激光振镜控制模块4之间的媒介，实现将PC操作软件模块1发出的信息转换为CAN消息，将同步控制模块3、激光振镜控制模块4上传的CAN消息转换为USB信息。

同步控制模块3主要由ARM微处理器和现场可编程门阵列组成，其外部接口主要包括CAN接口、同步信号接口以及编码器接口，如图2所示。同步控制模块3的主要功能是根据编码器反馈信号计算传送带运行速度，与PC操作软件模块1下发工作点数据的基础速度进行比较，对其进行补偿，发出不同频率的脉冲同步信号。

激光振镜控制模块4主要由ARM微处理器和现场可编程门阵列组成，器外部接口主要包括CAN接口、同步信号接口、激光控制接口以及振镜控制接口，如图3所示。激光振镜控制模块4的主要功能是接收同步控制器发出的脉冲同步信号，控制激光器开关、振镜摆动，完成PC操作模块中下发工作点的刻制。

Claims (6)

1.一种模块化多轴激光振镜运动控制器，其特征在于，该运动控制器包括PC操作软件模块(1)、USB转CAN通讯模块(2)、同步控制模块(3)和激光振镜控制模块(4)；PC操作软件模块(1)通过解析用户输入的刻制曲线图案，得到激光振镜在某一固定传送带速度下的工作点数据，并将其通过USB转CAN通讯模块(2)下发给同步控制模块(3)以及激光振镜控制模块(4)；同步控制模块(3)实时采集传送带运行速度，与PC操作软件模块(1)下发工作点数据的基础速度进行比较，对其进行补偿，发出不同频率的脉冲同步信号；激光振镜控制模块(4)每接收到一个脉冲同步信号，即对激光器、振镜设备进行控制，完成相应工作点的刻制；

同步控制模块(3)的处理器由第一ARM微处理器和第一现场可编程门阵列FPGA组成；第一ARM微处理器用于同步控制模块(3)与PC操作软件模块(1)的通讯、脉冲同步信号的周期计算以及产生；第一现场可编程门阵列FPGA用于编码器信号采集，计算传送带速度；

脉冲同步信号周期T由传送带的速度V、激光振镜控制模块(4)的工作点数N以及PC操作软件模块(1)设定的两图案相邻的间距D决定，即：D＝T×N×V。

2.根据权利要求1所述的模块化多轴激光振镜运动控制器，其特征在于，同步控制模块(3)与激光振镜控制模块(4)挂载于同一CAN总线上，利用CAN报文节点ID号对同步控制模块(3)与激光振镜控制模块(4)进行区分。

3.根据权利要求2所述的模块化多轴激光振镜运动控制器，其特征在于，激光振镜控制模块(4)的数量不超过127台，由CAN总线的挂载能力决定。

4.根据权利要求1所述的模块化多轴激光振镜运动控制器，其特征在于，同步控制模块(3)脉冲同步信号采用变频方式，当次工作周期完成下次工作周期的计算。

5.根据权利要求1所述的模块化多轴激光振镜运动控制器，其特征在于，激光振镜控制模块(4)的处理器由第二ARM微处理器和第二现场可编程门阵列FPGA组成；第二ARM微处理器用于激光振镜控制模块(4)与PC操作软件模块(1)的通讯、脉冲同步信号的接收以及对激光器的控制；第二现场可编程门阵列FPGA用于振镜设备的控制。

6.根据权利要求5所述的模块化多轴激光振镜运动控制器，其特征在于，激光振镜控制模块(4)与振镜设备之间的控制接口协议为XY2-100通用协议。

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