[發(fā)明專利]FDM型3D打印機(jī)步進(jìn)電機(jī)速度控制裝置及驅(qū)動控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611017828.3
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106696254B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張俊;畢洛;宋朝霞;李麗嬌
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/393;B33Y50/02
• 代理公司: 長沙朕揚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43213
• 代理人: 周志中

本發(fā)明公開了一種熔融層積型3D打印機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度控制裝置，包括依次連接的通信總線、通信總線接口和4路步進(jìn)電機(jī)控制通道，每個步進(jìn)電機(jī)控制通道內(nèi)部包含F(xiàn)IFO參數(shù)緩存、寄存器文件和速度控制模塊，運動數(shù)據(jù)參數(shù)通過通信總線和通信總線接口存入到FIFO參數(shù)緩存中，速度控制模塊則從FIFO參數(shù)緩存中讀取相關(guān)參數(shù)，計算并發(fā)出相關(guān)步進(jìn)電機(jī)控制信息給步進(jìn)電機(jī)，寄存器文件內(nèi)部包含了控制步進(jìn)電機(jī)速度控制裝置的所有控制寄存器，用于控制步進(jìn)電機(jī)速度控制裝置的運轉(zhuǎn)。本發(fā)明還公開一種使用該步進(jìn)電機(jī)速度控制裝置的FDM型3D打印機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)。本發(fā)明采用硬件計算和同步驅(qū)動方式控制步進(jìn)電機(jī)，有效地提高了電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的控制速度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及步進(jìn)電機(jī)運動控制領(lǐng)域，尤其是一種熔融層積型(Fused DepositionModeling:FDM)3D打印機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運動控制裝置及驅(qū)動控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

3D打印機(jī)是一種實現(xiàn)快速成型技術(shù)的機(jī)器，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)運用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。所述的數(shù)字模型文件包含所構(gòu)造物體的全部信息，如物體的形狀、大小和擺放位置、逐層打印時每層的高度、每層打印時打印頭的運動走向和運動速度等。熔融層積型(FDM)3D打印機(jī)采用塑料為打印材料，利用熔融工藝按照數(shù)字模型文件上的控制指令逐層打印，形成物體。在工作時，打印機(jī)逐層打印，按照模型文件中設(shè)定好的步進(jìn)電機(jī)運動速度與材料出絲的速度控制打印頭的移動和打印材料的流速。步進(jìn)電機(jī)是3D打印機(jī)的動力提供裝置，每次運動一個固定角度，即運動1步，用于控制機(jī)器上打印頭的運動。打印頭的運動速度與材料的流速需要很好的匹配，才能使打印機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定并成功打印出所需的成品。為了能精確控制打印機(jī)中步進(jìn)電機(jī)的運動速度，目前大多數(shù)FDM型3D打印機(jī)采用基于微處理器定時計數(shù)器的中斷控制及基于Bresenham算法的軟件處理方式。一方面，通過控制定時器的中斷頻率來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速率，從而確定打印頭的運動速度，例如，要使得電機(jī)運動速率為每秒100轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)200步，則設(shè)置定時器的計數(shù)周期為1/(100*200)秒，定時器每個計數(shù)周期產(chǎn)生一次中斷，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動1次。這樣經(jīng)過1秒鐘，定時器中斷20000次，電機(jī)則轉(zhuǎn)動20000步，即100轉(zhuǎn)。另一方面，Bresenham算法用來控制打印頭的運動路徑，保證打印頭的運動軌跡接近一條直線。例如，打印頭從坐標(biāo)原點(0,0)運動到坐標(biāo)(3,5)處，根據(jù)Bresenham算法，先找橫縱坐標(biāo)差值中的最大值，判斷最長邊方向，本例為縱軸方向，然后以最長邊(縱軸)為控制基準(zhǔn)，先在縱軸方向上運動1步，然后根據(jù)相關(guān)算法判斷橫軸方向上是否運動1步，直到縱軸運動完所有步數(shù)。這種軟件處理方式能夠有效的控制步進(jìn)電機(jī)的運轉(zhuǎn)，并實現(xiàn)其速度控制，且不需要額外的硬件裝置，實現(xiàn)成本低廉，因此被大多數(shù)3D打印機(jī)制造廠商采用。