[发明专利]一种激光、振镜、电机的一体运动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光加工设备的控制系统和方法，尤其涉及的是一种激光、振镜、电机的一体运动控制系统。

背景技术

现有技术的激光加工设备，如图1所示的，通常设置一工控机110，通过PCI接口、以太网ethernet或USB接口方式连接一振镜控制卡120，通过驱动程序由该振镜控制卡发送振镜控制信号进行振镜的振动控制，通过PWM波或类似信号控制激光器的开或关。所述振镜是激光加工过程中控制激光摆动角度的装置，类似于镜子对光的反射，可以控制激光的摆动方向。如图1所示的，激光器130发出的激光通过扩束镜140后可分成多条，通过扫描头150上的物镜151到达工件上。在激光的工作过程中，振镜可以用来通过电机控制驱动的镜面进行振动，以改变激光的工作角度。

所述工控机110同时还通过PCI接口、以太网ethernet或USB接口方式连接设置有一电机运动控制卡160，如图1所示，通过转接板170实现对多个电机180的驱动控制，这些电机可以实现对工件的移动、旋转等多方位的变艺。

振镜的运动速度是很高的，在其高速运动(＞3000mm/s)的情况下，工控机110对电机驱动控制需要非常精密，而现有技术采用的是不同控制卡和不同的驱动程序，其无法实现协调控制以实现加工的精密。

现有技术的激光加工设备中，通常电机控制、激光控制和振镜控制是采用不同驱动控制程序，如图1所示，因其存在驱动程序一致性的问题，会导致驱动程序之间的兼容性不够的问题，其主要表现在：

采用电机控制+通用输出信号管理方式：将电机运动和IO信号管理结合，电机运动过程中在设定位置点时用通用输出信号控制激光器打开或关闭，并根据几路通用输出信号编码来选择激光能量级数；但由于输出信号是有限的，无法实现激光能量的多级变化，而通用输出信号的响应存在因光电隔离引起的较长滞后性，无法同时根据运动速度、加速度等非位置的特征信息来控制激光能量大小，加工效果不理想。

采用电机控制+激光控制管理方式：将电机运动和激光开关、能量控制结合起来，可在电机运动过程中根据运动速度等特征信息通过高速输出信号控制激光器的打开和关闭，并通过PWM或模拟量等信号控制激光能量，有较好的加工效果；但无法达到振镜加工方式的高效率。

采用振镜电机控制+通用输出信号管理方式：将振镜电机运动和通用输出信号管理结合，在振镜电机运动过程中设定位置点，通过管理通用输出信号打开或关闭激光器，但通用输出信号的响应存在滞后性，无法满足振镜电机高速运动的要求。

采用振镜电机控制+激光控制管理方法：将振镜电机运动和激光开关、能量控制结合起来，在振镜电机运动过程中设定位置点，通过高速输出信号控制激光器的打开和关闭，并通过PWM或模拟量等信号控制激光能量，可实现高速高效率的加工，但由于振镜运动方式存在加工幅面小，非线性因素大，难以调整的缺点，不能被广泛使用。

如图2和图3所示的，振镜控制卡和电机控制卡的控制指令是独立的，控制流中不能依靠一个处理文件或者统一程序段实现两者的协调；另外，现有技术方案中均以振镜或电机的运动为主线，以运动位置或外部IO来同步激光控制信号，针对振镜控制和电机控制分别采用对激光的同步机制，这种方式虽然可以满足大部分激光信号延迟于运动信号的情况，但无法实现激光控制信号提前于运动信号的功能，这样激光加工过程的稳定性很差，且与激光工作特性的匹配也不宜调整。

现有技术方案中只能解决振镜与激光的同步配合问题，或电机与激光的同步配合问题，若要三者结合，往往需要另外再选用带电机控制的运动控制模块，振镜、激光和电机的同步协调需要在工控机上通过软件来实现，其带来的直接问题就是效率提不起来、编程复杂、同步协调效果不好，加工的一致性差。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光、振镜、电机的一体运动控制系统，将振镜控制卡和电机运动控制卡结合设置在一起，使得振镜和电机运动的协调可以在实时性更高的板卡上完成，以方便激光加工平台的协调一致和准确性。

本发明的技术方案如下：

一种激光、振镜、电机的一体运动控制系统，其设置在一通用计算机上，其中，所述一体运动控制系统设置包括一控制卡，在该控制卡上设置包括一主控制台模块，所述主控制台模块控制连接有一电机控制模块、一激光控制模块以及一振镜控制模块，所述激光控制模块与所述电机控制模块之间设置为双向同步机制，所述激光控制模块与所述振镜控制模块之间也设置为双向同步机制；该控制卡还设置包括一硬件接口模块，用于输出所述电机控制模块及所述振镜控制模块与所述激光控制模块同步后的控制信号。