[發(fā)明專利]一種雙軸同步激光切割機(jī)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610212962.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN105834578B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜佳成;夏風(fēng);賀東升;陳宗雨;王龍飛;楊合躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢菲仕運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/00
• 分類號(hào): B23K26/00;B23K26/082
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所31233
• 代理人: 宋纓,錢文斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光切割技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙軸同步激光切割機(jī)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光切割機(jī)就是將激光束通過光纖照射到工件表面時(shí)釋放的能量在氧氣(或氮?dú)?的幫助下使工件快速融化并蒸發(fā)，以達(dá)到切割和雕刻目的的自動(dòng)化設(shè)備，具有精度高，切割快速，切口平滑等特點(diǎn)，再加上不局限于切割圖案限制，自動(dòng)排版節(jié)省材料，加工成本低等特點(diǎn)，將逐漸改進(jìn)或取代于傳統(tǒng)的金屬切割工藝設(shè)備。

雙軸同步激光切割機(jī)控制系統(tǒng)目前主要由控制器、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器通過CNC功能實(shí)現(xiàn)切割，控制器接收到上位機(jī)命令，將命令轉(zhuǎn)換成脈沖指令到驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器再根據(jù)指令控制電機(jī)?，F(xiàn)有技術(shù)中，電機(jī)控制由脈沖的發(fā)送決定，X軸由單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)高采用專門的調(diào)高器方案，且不同廠家調(diào)試驅(qū)動(dòng)器時(shí)因不方便找到各類所需的調(diào)試線，無形中增加了調(diào)試難度。

現(xiàn)有技術(shù)CN 101693324 A公開了一種激光加工系統(tǒng)中的激光隨動(dòng)的控制方法及系統(tǒng)，該激光加工系統(tǒng)中包括伺服電機(jī)、激光器，在該激光加工系統(tǒng)中設(shè)置PLC，由該P(yáng)LC對(duì)該伺服電機(jī)輸出相應(yīng)的脈沖控制信號(hào)和對(duì)該激光器輸出相應(yīng)的能量變化、開激光或者關(guān)激光控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)激光隨動(dòng)控制，還在該激光加工系統(tǒng)中設(shè)置編碼器以檢測(cè)該伺服電機(jī)的位置，并將該編碼器的檢測(cè)輸出信號(hào)進(jìn)行處理、變換成能夠?yàn)樵揚(yáng)LC中的計(jì)數(shù)器接受的脈沖信號(hào)，然后該P(yáng)LC根據(jù)該計(jì)數(shù)器的值，在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)及時(shí)對(duì)該激光器輸出相應(yīng)的能量變化、開激光或者關(guān)激光控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)激光隨動(dòng)的實(shí)時(shí)、閉環(huán)控制。通過上述內(nèi)容可知，其采用的仍然是脈沖信號(hào)控制，由于電機(jī)運(yùn)行的速度是由脈沖的發(fā)送來決定，因此其無法同時(shí)保證高精度和高速度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙軸同步激光切割機(jī)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)更高精度更高速度的運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種雙軸同步激光切割機(jī)控制系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，所述運(yùn)動(dòng)控制器通過總線連接多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)；所述運(yùn)動(dòng)控制器還通過通訊模塊與用于控制激光器的功率和頻率的PWM模塊相連；所述運(yùn)動(dòng)控制器包括文件讀取單元、參數(shù)獲取單元和切割控制單元；所述文件讀取單元用于讀取切割程序文件；所述參數(shù)獲取單元用于獲取切割參數(shù)；所述切割控制單元用于根據(jù)切割程序文件和切割參數(shù)形成控制指令，并根據(jù)控制指令控制由伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的激光器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀的切割。

所述運(yùn)動(dòng)控制器包括兩個(gè)以太網(wǎng)口，其中一個(gè)以太網(wǎng)口通過EtherCAT協(xié)議連接多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，另一個(gè)以太網(wǎng)口通過TCP/IP協(xié)議連接人機(jī)界面。

所述運(yùn)動(dòng)控制器還通過通訊模塊連接有高度檢測(cè)器；所述高度檢測(cè)器檢測(cè)到的高度值通過通訊模塊傳輸至所述運(yùn)動(dòng)控制器，所述運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)檢測(cè)到的高度值對(duì)激光器的高度進(jìn)行調(diào)控。

所述PWM模塊用于將運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送的控制指令轉(zhuǎn)換成PWM調(diào)制脈沖。

所述伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)采用一體式結(jié)構(gòu)。

所述運(yùn)動(dòng)控制器集成第三方工具和路由器功能，通過運(yùn)動(dòng)控制器能夠直接調(diào)試連接在運(yùn)動(dòng)控制器上的伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)。

所述伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)通過在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)接收運(yùn)動(dòng)控制器的控制指令采用位置插補(bǔ)、循環(huán)位置和循環(huán)速度模式實(shí)現(xiàn)了帶動(dòng)激光器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形的運(yùn)動(dòng)。

所述位置插補(bǔ)是指對(duì)激光器的X軸采用兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，并通過對(duì)虛擬主軸進(jìn)行跟隨的方式保證兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器的軸位置同步。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

1、X軸采用雙驅(qū)的方式達(dá)到位置同步，減少對(duì)機(jī)械的磨損，同時(shí)確保設(shè)備的運(yùn)行。

2、電機(jī)的控制采用通訊的方式，突破了傳統(tǒng)脈沖方式的最高脈沖頻率對(duì)最高速度和最大精度的限制，在保證高精度的前提下同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速度；控制器與電機(jī)之間采用EtherCAT通訊，一個(gè)控制周期可以控制在2ms以內(nèi)，其布線更方便，維護(hù)成本更低，傳輸速度更快，精度更高。

3、運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)高度測(cè)量?jī)x的模擬量反饋，實(shí)時(shí)測(cè)量計(jì)算Z軸的運(yùn)動(dòng)指令，運(yùn)動(dòng)指令通過EtherCAT通訊直接發(fā)送給激光器的Z軸驅(qū)動(dòng)器，采用軟件調(diào)高的方式，使整個(gè)控制過程更方便，響應(yīng)速度更快，性價(jià)比更高；

4、控制器自帶的功能塊可以在速度變化和電機(jī)改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)做平滑處理，使運(yùn)動(dòng)更合理，實(shí)現(xiàn)更高的加速度，從而提高設(shè)備的效率。

5、運(yùn)動(dòng)控制器集成驅(qū)動(dòng)器第三方工具和路由器功能，通過EtherCAT通訊線直接調(diào)試連接在控制器上的伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)。