[发明专利]用于激光喷丸的可控分布控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光喷丸技术，特别是一种用于激光喷丸的可控分布控制系统。

背景技术

激光喷丸是80年代末诞生的生产优质冷轧薄板的轧钢新技术。激光喷丸机床是90年代研究开发的冷轧辊激光加工设备，该设备采用特殊调制的高重复频率、高能量密度的大功率脉冲激光束作用于轧辊表面，在辊面上产生无数一定形貌的强化微坑。

与传统的喷丸轧辊技术相比，高能量密度的大功率脉冲作用后轧辊辊面硬度高、毛化均匀、使用寿命长、粗糙度可控，能有效提高轧辊速度，并能克服薄板退火粘连现象。激光喷丸板的板型优良，深冲性好，延伸率和涂镀性都大大提高，是汽车、家用电器、电子和轻工业所需的优质板材。与传统喷丸机床相比，激光喷丸机床工作时无噪声、无污染，并且运行费用低廉。

但是，从目前单片机控制系统的激光喷丸图片效果上来看这种激光喷丸设备加工后的小坑存在分布不均匀的缺陷，纵向条纹之间能够达到预期的均匀规则分布，横向条纹间的间距却不能达到均匀分布。另外，由于没有引入高精度编码器，走刀的位置和主轴的位置不能得到精确的测量，所以不能精确的控制激光喷丸点的位置，不能将任意图形打在钢板上。喷丸点的分布对喷丸板的性能影响很大，实现喷丸点的可控分布对提高喷丸板的均匀度有重要意义。

中国的激光产业近几年发展速度很快，其应用领域不断扩展，市场对激光设备性能的要求也越来越高。激光加工设备的性能除了受激光发生器和高精度的机械装置的影响外，其控制系统性能的优劣具有决定性作用，激光加工装置的功能、精度、加工工艺水平等关键性指标主要由其决定。因此，提高激光加工控制系统的性能和水平就显得尤其关键和重要。美、日等国家一直把它列为重点发展目标。激光加工控制系统的研究也正成为国内该领域研究的重点。

而用于激光喷丸的控制系统的核心就在于他的微处理器，目前激光喷丸的控制系统主要有PC控制和单片机控制两种方式。

1.PC控制

PC控制是建立在PCI板卡上，用面向对象的语言C++完成对板卡的控制。

2.单片机控制

在现有激光喷丸系统中使用8位单片机作处理器同时控制轧辊和主轴的伺服电机，电机在运转过程中经过一定算法使激光头在适时的时候出光，将凹凸点打在钢板上，单片机同时还要通过控制激光器的脉宽和电流大小来控制喷丸坑的深度和位置分布。

目前，上述两种控制方式均存在不足之处，其中，PC控制主要不足在于：

1.增加了设备的复杂度与繁重(操作性能不好)；

2.系统经常容易出现死机的情况(可靠性不好)；

3.由于PC控制需要通过建立在windows等操作系统上，在进行激光喷丸的过程中，系统可能执行其他需要紧急处理的程序，容易造成激光喷丸的误差，在一定时间内误差累积，不可能达到可控分布的效果(精度不高)。

单片机控制激光喷丸系统的主要不足包括：

1.单片机精度达不到要求，因为可控分布要求实时反馈轧辊旋转位置信息，单片机精度达不到要求，经过一定时间后，误差累计，实际的效果不能达到程序设定的可控分布效果。

2.8位单片机资源不足以满足可控分布激光喷丸系统的要求，因为在目前不可控分布单片机控制软件中，主要包括对激光参数、轧辊旋转频率与走刀速度的控制，如果增加编码器对轧辊旋转位移的测量与反馈计算，8位单片机资源远远不够。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种控制精度高、使用效果好的用于激光喷丸的可控分布控制系统。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

用于激光喷丸的可控分布控制系统，其特征在于：

应用嵌入式处理器作为微控制器，将嵌入式处理器的一路脉宽调制输出口连接于主轴伺服电机驱动器，将嵌入式处理器的另一路脉宽调制输出口连接于走刀伺服电机驱动器，主轴伺服电机和走刀伺服电机分别连接在各自的驱动器上，主轴伺服电机和走刀伺服电机分别连接有高精度编码器，两个高精度编码器的输出端分别连接于嵌入式处理器的两个脉冲捕获，通过记录脉冲个数来测量主轴转速和走刀移动距离。再通过上述信息来判断电机的转动是否有偏差，如果有偏差，则进行位移补偿，如果没有偏差，则电机按照原设定速度继续运转。

进一步，主轴伺服电机的转速控制通过调整脉宽调制单元的占空比来实现，走刀伺服电机速度控制通过调整脉冲频率来实现。

同时在电机运转过程中，嵌入式处理器还将对出光信号进行控制，根据客户对喷丸点分布的需要，嵌入式处理器在预设位置通过向Q驱动器发送脉冲串，使激光头适时出光，将微坑打在钢板上。