[发明专利]一种激光焊接加工机床的四轴步进电机控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种激光焊接加工机床的四轴步进电机控制系统，适用于机械领域。

背景技术

近年来，国内外激光加工技术的发展很快，根据资料显示：仅1996年1月至2002年10月美国有关激光加工的专利就有9432件，而我国有关专利只有294件。这说明我国的激光加工技术及其应用的开发还需要进一步地提高。激光加工技术在加工质量、生产效率及经济性方面的优势明显。因此在很多发达国家激光加工已经成为一种定型的加工技术，相应地，激光加工设备制造业也迅猛地发展起来。我国的激光加工技术急需要有更大的突破与更大的发展，这就给国内从事激光加工技术设备研发的相关组织机构带来了新的机遇和挑战。激光焊接技术是激光加工技术中最为活跃的技术。其原理为：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。激光焊接技术具有焊缝焊接强度高、韧性好、在深冲变形过程中焊缝不变形等优点。因此在国内外被大量地应用于生产实践中。激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率，和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，它在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。其主要应用领域有制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学及其他领域。

步进电机作为自动控制系统中常用的执行部件，被广泛应用于工业自动化领域。由于计算机控制技术、微电子技术、信息和自动化技术、数控技术的迅速发展，我国的制造业越来越离不开步进电机的应用。步进电机又称为脉冲电机或阶跃电机，它的应用发展已有大约80年的历史。

步进电机的输入信号为脉冲电流，它将输入的脉冲信号转换为阶跃型的角位移或直线位移，因而步进电机可看作是一个串行的数/模转换器。由于步进电机能够直接接受数字信号，而不需数/模转换。所以使用微机控制步进电机显得非常方便。除了此优点之外，步进电机还具有快速启停、定位精度高、惯性小、无累积误差、价格低廉且与计算机接口方便等优点。步进电机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点。

发明内容

本发明提出了一种激光焊接加工机床的四轴步进电机控制系统，根据激光焊接加工机床的特征，构造了四轴步进电机控制系统的硬件系统结构图，该控制系统具有操作灵活方便、可靠性好、精度高等优点。

本发明所采用的技术方案是：

所述控制系统激光焊接加工机床的多轴步进电机控制系统主要由5个部分构成：机械设备、被控步进电机、步进电机驱动单元、智能运动控制卡以及编程/操作接口软件。利用实验室已有的CNC2000数控卡及其配套软件、步进电机驱动器、步进电机、精密加工移动平台及PC机等构建一套多轴步进电机控制系统。CNC2000数控卡以其通用性及对用户的透明在业界内享有声誉，在许多场合都得到了广泛的应用。借助于DSP数字信号处理器，一块CNC2000数控卡可以独立或联动控制四轴步进电机，用户可以自由选择恒定加速、曲线加速或两者的组合。

所述控制系统采用输出脉冲和方向电平模式来驱动步进电机，实现步进电机的正转、反转和加减速，从而控制加工平台的移动。CNC2000数控卡丰富的I/O口还可用来实现如机床行程限位控制、检测各轴回零信号、空气压缩机起停、激光器冷却系统的开启和激光的通断等。利用其提供的后台可编程功能，可以检测各种开关量，实现面板操作，以控制程序运行和机床的手动调整。要完成整个激光焊接机床的控制任务，CNC2000数控卡还必须和PC机进行必要的通讯从而及时获取当前机床状态和激光头所处位置，以便实时地显示在桌面上并提供给用户用于交互，如各轴位置、激光器通断状态等。同时在机床加工时，还可以进行加工程序的输入、编辑等。而CNC2000数控卡则需要从PC机处获得加工程序，供DSP解释后进行实际机床动作。文中使用的是基于PCI总线的CNC2000数控卡，PC通过PCI总线与之交换数据。

PC机通过PCI总线与CNC2000数控卡进行通信，PC机通过软件系统进行编程，CNC2000数控卡则需要从PC机处获得加工程序，并供DSP解释后进行实际运动操作，包括四轴步进电机的运动、激光器通断、空气压缩机起停、激光器冷却系统的开启等。该控制系统的运动控制方式是PC完全控制式。在PC机的扩展槽中插入运动控制卡CNC2000数控卡来控制步进电机。这种控制方式可以充分地利用PC的软件资源，结构简单，易于进行功能扩展。