[發(fā)明專利]基于FPGA的線切割設備控制裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810610234.6
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108681286B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設計）人: 趙占鋒;于壽鵬;萬江華;方恒陽;李正軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學（威海）;蘇州寶時格數(shù)控設備制造有限公司;威海奇趣教育科技有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 初姣姣

本發(fā)明涉及一種基于FPGA的線切割設備控制裝置及方法，設有上位機、閉環(huán)控制卡、電動機驅動器、電動機、絲杠，其中電動機驅動絲杠運動，上位機與閉環(huán)控制卡通信，閉環(huán)控制卡與電動機驅動器通信，其特征在于還設有用于采集絲杠位移數(shù)據(jù)的光柵尺；所述閉環(huán)控制卡上設有閉環(huán)控制單元，閉環(huán)控制單元的前端設有用于識別并解碼上位機命令的信號解碼單元，閉環(huán)控制單元的后端設有用于下發(fā)適應不同電動機驅動器型號的編碼輸出單元，還設有光柵尺信號解碼單元，光柵尺信號解碼單元的輸入端與光柵尺的輸出端相連接，光柵尺信號解碼單元的輸出端與閉環(huán)控制單元相連接；具有結構合理、精度高、效率快、穩(wěn)定等顯著的優(yōu)點。

技術領域：

本發(fā)明涉及線切割機控制技術領域，具體的說是一種能夠實現(xiàn)多軸獨立控制、控制速度快、精度高的基于FPGA的線切割設備控制裝置及方法。

背景技術：

線切割設備通過電動機驅動絲杠動作，帶動鉬線位移，實現(xiàn)切割。目前國內線切割設備大多采用開環(huán)控制，計算機控制卡通常直接控制電機的驅動器，驅動器驅動電機，電機帶動絲杠運動，這種控制方式下，線切割機無法消除構件自身的精度誤差以及構件磨損后的配合精度誤差，加工出來的工件精度無法保證。為此需要在線切割設備上安裝精度控制裝置，精度控制裝置一般采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，旨在提供一種能夠在工作時，上位機下發(fā)指令，步進電機或機床會把指令執(zhí)行的狀態(tài)反饋至上位機，上位機可以根據(jù)指令的執(zhí)行情況進一步調整步進電機或者機床的工作狀態(tài)，從而保證加工精度。但目前的閉環(huán)線切割機控制系統(tǒng)存在結構簡單、絲杠位移過程中存在振動、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、無法兼容多種現(xiàn)有數(shù)控機床控制系統(tǒng)、無法實現(xiàn)多軸控制等嚴重缺陷。

發(fā)明內容：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的缺點和不足，提出了一種能夠實現(xiàn)多軸獨立控制、控制速度快、精度高的基于FPGA的線切割設備多軸控制裝置及方法。

本發(fā)明可以通過以下措施達到：

一種基于FPGA的線切割設備控制裝置，設有上位機、閉環(huán)控制卡、電動機驅動器、電動機、絲杠，其中電動機驅動絲杠運動，上位機與閉環(huán)控制卡通信，閉環(huán)控制卡與電動機驅動器通信，其特征在于還設有用于采集絲杠位移數(shù)據(jù)的光柵尺；

所述閉環(huán)控制卡上設有閉環(huán)控制單元，閉環(huán)控制單元的前端設有用于識別并解碼上位機命令的信號解碼單元，閉環(huán)控制單元的后端設有用于下發(fā)適應不同電動機驅動器型號的編碼輸出單元，還設有光柵尺信號解碼單元，光柵尺信號解碼單元的輸入端與光柵尺的輸出端相連接，光柵尺信號解碼單元的輸出端與閉環(huán)控制單元相連接；

所述閉環(huán)控制單元中設有用于接收光柵尺輸出信號解碼后獲得的正/反轉數(shù)據(jù)以及脈沖數(shù)的光柵尺解碼結果接收模塊、用于接收信號解碼單元輸出正/反轉數(shù)據(jù)以及脈沖數(shù)的本地接收模塊、比較模塊、命令輸出模塊，其中光柵尺解碼結果接收模塊、本地接收模塊的輸出端分別與比較模塊的輸入端相接，比較模塊的輸出端與命令輸出模塊的輸入端相接。

本發(fā)明所述命令輸出模塊輸出電動機正/反轉控制信號以及電動機轉數(shù)控制脈沖數(shù)信號。

本發(fā)明所述閉環(huán)控制單元中還設有用于對命令輸出模塊輸出的脈沖數(shù)進行倍數(shù)調整處理的倍頻模塊，倍頻模塊連接在命令輸出模塊后端，且倍頻模塊與用于設定倍頻調整參數(shù)的選擇模塊相連接，倍頻模塊的輸出端與編碼輸出單元的輸入端相連；所述倍頻模塊根據(jù)外部電動機驅動器可以調整對電動機驅動器實際輸出的脈沖數(shù)，使電動機的工作更平穩(wěn)，從而實現(xiàn)絲杠在角度或直線距離上更平穩(wěn)的位移，減輕絲杠振動，提高加工精度。

本發(fā)明所述信號解碼單元、編碼輸出單元分別與外部的用于選擇解碼類型或編碼類型的選擇模塊相連接。

本發(fā)明所述信號解碼單元用于解析上位機下發(fā)至電動機驅動器的控制命令，解析后獲得電動機正/反轉信號以及用于確定絲杠位移參數(shù)的脈沖信號，信號解碼單元包括并不限于五相十拍步進電機解碼單元、混合步進電機解碼單元、伺服電機解碼單元，相應的，所述編碼輸出單元包括并不限于五相十拍步進電機驅動器編碼單元、混合步進電機驅動器編碼單元、伺服電機驅動器編碼單元。