[发明专利]一种基于工控机的激光微孔加工协同控制系统及其方法

权利要求书

1.一种基于工控机的激光微孔加工协同控制方法，其特征在于包括：

工控机，用于根据用户的操作从工艺数据库获取加工参数，根据加工参数发送控制命令至数控系统，发送配置参数至协同控制单元，初始化激光器和加工头；

数控系统，用于根据控制命令完成对机床轴运动的控制，并向协同控制单元发送加工开始和结束信号即开关量；

协同控制单元，用于接收配置参数、数控系统发送的开关量以及加工头的调整电机反馈的位置信息，发送控制信号至激光器，实现圆形恒重叠率扫描螺旋加工控制；

所述协同控制单元包括：

ARM处理器，用于FPGA模块与工控机之间的通信，接收配置参数并提取所需参数发送给FPGA模块；

FPGA模块，用于接收ARM处理器传送过来的参数、驱动上偏旋转光楔的电机B的编码器反馈信息、驱动下偏旋转光楔的电机C的编码器反馈信息、驱动位移旋转光楔的电机A的编码器反馈信息以及同步时钟信号，输出控制激光器脉冲输出的GATE信号；

所述圆形恒重叠率扫描螺旋加工控制，包括以下步骤：

1)孔径控制角计算：根据加工头中电机B和电机C编码器反馈的信息确定上偏旋转光楔和下偏旋转光楔的位置，根据光楔位置信息即可实时计算得到孔径控制角的大小；

2)光束位置相对圆心的半径计算：加工头控制光束做同心的螺旋扫描，光斑的扫描速度等于旋转速度，此时实际的光束位置和该时刻的孔径控制角度有如下关系：

r＝f*tan(k*a*sin(b))

其中：r为光束位置相对圆心的半径，f为聚焦镜的焦距；k为常数，根据光学镜片的材质而定；a为光楔角；b为孔径控制角；

3)求加工孔的最大半径：加工由圆心向外做螺旋运动，加工开始之前，根据ARM处理器传过来的变半径圈数，并计光斑每旋转360度记一圈；当光斑旋转的圈数等于变半径圈数时，此时半径模块计算得到的光束位置相对圆心的半径r即为加工孔的最大半径记为R；

4)确定激光器的加工重复频率：光束位置相对圆心的半径r和加工孔的最大半径R的比值与激光器最大输出频率的乘积即为当前被扫描处应具备的激光器输出的重复频率；

5)确定GATE信号输出：根据当前位置激光器应输出的重复频率和同步时钟信号确定GATE信号的输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于工控机的激光微孔加工协同控制方法，其特征在于，所述FPGA模块包括：

半径计算模块，用于接收加工头中电机B和电机C的编码器的反馈信息，根据两个编码器的反馈信息即可得到两个偏旋转光楔的当前位置，根据该位置计算出孔径控制角度，然后根据孔径控制角算出光束位置相对圆心的半径；

角度计算模块，用于接收电机A的编码器反馈信息，根据编码器反馈信息计算当前光斑旋转角度，其中光斑旋转360度则表示光斑扫过一圈；

GATE控制模块，用于根据半径模块计算得到的光束位置相对圆心的半径、角度计算模块得到的光斑旋转角以及同步时钟信号来控制GATE信号输出，从而控制当前位置的激光器脉冲输出。