AT通信等功能。作為激光掃描主控制器2的性能升級方案，第二 FPGA 處理器 209 還可選用支持 PC1-E (Peripheral Component Interconnect Express，PC1-E)總線協(xié)議的IP核芯片，實現(xiàn)上位機I與激光掃描主控制器2間基于PC1-E總線的通?目O
[0035]更進一步的，激光掃描主控制器2還包括為其提供各種時鐘的第二時鐘管理模塊213、為其提供各種穩(wěn)壓電源的第二電源管理模塊214以及為其提供復位信號的第二復位模塊215。第二時鐘管理模塊213提供激光掃描主控制器2所需的各種時鐘；第二電源管理模塊214提供激光掃描主控制器2所需的各種穩(wěn)壓電源，使得ARM、FPGA等器件不受電路電源波動影響，并提供掉電保護，防止數(shù)據(jù)丟失；第二復位模塊215提供激光掃描主控制器2的復位信號。
[0036]在本發(fā)明實施例中，軟件程序基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)開發(fā)，Linux操作系統(tǒng)具有效率高、靈活性好、模塊化設計、內(nèi)核精簡、源代碼完全開放等優(yōu)點。
[0037]此外，如圖1、6_7所示，本實施例中的上位機I包括工業(yè)控制計算機、可編程邏輯控制器和高性能單片機，主要負責材料成形加工過程的管理、監(jiān)控等；基于總線，上位機I與激光掃描主控制器2雙向通信，激光掃描主控制器2提供多種總線通信接口，便于構建不同框架的數(shù)控系統(tǒng)，總線類型包括PCI總線、EtherCAT總線、RS-485總線、USB總線和CAN總線等。
[0038]圖6是本發(fā)明實施例提供的用于大幅面材料成形激光加工中，基于PCI總線的加工系統(tǒng)結構示意圖，上位機I為工業(yè)控制計算機，內(nèi)含PCI總線插槽；通過激光掃描主控制器2的PCI總線通信接口，上位機I和激光掃描主控制器2基于PCI總線通信；更進一步的，輔助系統(tǒng)控制7基于PCI總線與上位機I通信；可采用面向?qū)ο蟮母呒壵Z言開發(fā)用戶程序。目前，許多振鏡式激光掃描材料成形加工裝備的整機數(shù)控系統(tǒng)基于PCI總線開發(fā)，在不改變原數(shù)控系統(tǒng)框架前提下，本發(fā)明實施例可快速完成裝備的升級改造；相比現(xiàn)有將多塊激光掃描運動控制卡插入上位機PCI插槽的常規(guī)方案，本發(fā)明實施例具有結構優(yōu)化的特點。
[0039]圖7是本發(fā)明實施例提供的用于大幅面材料成形激光加工中，基于EtherCAT總線的加工系統(tǒng)結構示意圖。上位機I為工業(yè)控制計算機，配備標準以太網(wǎng)MAC控制器、輔助系統(tǒng)控制7配備EtherCAT通信接口，通過激光掃描主控制器2的EtherCAT通信接口，實現(xiàn)上位機1、激光掃描主控制器2和輔助系統(tǒng)控制7間的通信；程序軟件可由用戶自行開發(fā)，也可采用TwinCAT等商業(yè)自動化軟件。整機數(shù)控系統(tǒng)基于EtherCAT總線開發(fā)，可以獲得更優(yōu)異的廣品品質(zhì)。
[0040]圖8是本發(fā)明實施例提供的用于大幅面材料成形激光加工中，激光掃描控制系統(tǒng)4的數(shù)據(jù)流程圖。首先，上位機I加載待加工工件圖形文件、加工工藝參數(shù)；并根據(jù)單套振鏡式激光掃描系統(tǒng)的有效掃描面積大小，進行各單套振鏡式激光掃描系統(tǒng)管轄區(qū)域劃分；其次，基于總線通信，上位機I將激光掃描控制相關信息傳送至激光掃描主控制器2 ;再次，基于EtherCAT通信，激光掃描主控制器2將相關信息傳送至對應的激光掃描從控制器311?3N1 ;然后，激光掃描從控制器311?3N1根據(jù)加工工藝，進行路徑規(guī)劃、插補運算，生成一系列控制參數(shù)；最后，控制參數(shù)轉換為電信號，送至各底層單元包括光源調(diào)制312?3N2、動態(tài)聚焦物鏡驅(qū)動313?3N3和雙振鏡式掃描頭驅(qū)動314?3N4，同時，各底層單元傳感器信號被采集到激光掃描從控制器311?3N1，且相關信息傳送至激光掃描主控制器2和上位機
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[0041]綜上，本發(fā)明的振鏡式激光掃描大幅面材料成形加工控制系統(tǒng)，面向大幅面材料成形加工過程中，多套振鏡式激光掃描系統(tǒng)協(xié)同運動的應用領域。激光掃描控制系統(tǒng)采用主-從結構、基于EtherCAT總線冗余環(huán)型拓撲結構集成，激光掃描主控制器為通信主站，多個激光掃描從控制器為通信從站；激光掃描主控制器與上位機的雙向通信，激光掃描主控制器提供多種總線通信接口，包括PCI總線、EtherCAT總線、RS-485總線、USB總線和CAN總線；激光掃描從控制器控制底層單元，包括光源調(diào)制、動態(tài)聚焦物鏡驅(qū)動和雙振鏡式掃描頭驅(qū)動，實現(xiàn)聚焦光斑在大幅面材料成形加工面上的掃描加工。本發(fā)明具有平臺兼容性好、穩(wěn)定性高、通信速度快、組態(tài)靈活、實時性強等優(yōu)點，可用于各類振鏡式激光掃描大幅面材料成形激光加工系統(tǒng)中。
[0042]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種振鏡式激光掃描大幅面材料成形加工控制系統(tǒng)，其特征在于，該加工控制系統(tǒng)包括激光掃描控制系統(tǒng)(4)、激光掃描光學系統(tǒng)(5)和上位機(1)，其中: 該激光掃描控制系統(tǒng)(4)為主-從結構，包括激光掃描主控制器(2)和激光掃描從控制系統(tǒng)(3);其中，所述激光掃描從控制系統(tǒng)(3)包括N個激光掃描從控制分系統(tǒng)(31?3N);所述N個激光掃描從控制分系統(tǒng)(31?3N)的控制核心為N個激光掃描從控制器(311?3N1);所述激光掃描主控制器(2)和N個激光掃描從控制器(311?3N1)基于EtherCAT總線冗余環(huán)型拓撲結構連接，所述激光掃描主控制器(2)作為EtherCAT通信主站，與所述第一個激光掃描從控制器(311)以及第N個激光掃描從控制器(3N1)相連，所述N個激光掃描從控制器(311?3N1)作為EtherCAT通信從站，依次相連，其中N為大于I的正整數(shù)； 該激光掃描光學系統(tǒng)(5)包括N個激光掃描光學分系統(tǒng)(51?5N)，所述N個激光掃描光學分系統(tǒng)(51?5N)包括N個光源(511?5N1) 4個光束整形及聚焦組件(512?5N2)和N個雙振鏡式掃描頭(513?5N3);所述N個激光掃描光學分系統(tǒng)(51?5N)對應的由所述N個激光掃描從控制器(311?3N1)控制； 該上位機(I)用于實現(xiàn)材料成形加工過程的管理與監(jiān)控，其通過總線與所述激光掃描主控制器⑵雙向通信。2.如權利要求1所述的振鏡式激光掃描大幅面材料成形加工控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一個激光掃描從控制器(311)具有伺服和通信功能，其包括伺服控制模塊(3111)和第一 EtherCAT通信模塊(3112);所述伺服控制模塊(3111)控制底層單元，實現(xiàn)聚焦光斑在大幅面材料成形加工面(6)上的掃描加工；所述第一 EtherCAT通信模塊(3112)提供2個EtherCAT數(shù)據(jù)收發(fā)端口，用于所述第一個激光掃描從控制器(311)與所述激光掃描主控制器(2)以及第二個激光掃描從控制器(321)間的基于EtherCAT總線冗余環(huán)型拓撲結構的網(wǎng)絡連接。3.如權利要求1或2所述的振鏡式激光掃描大幅面材料成形加工控制系統(tǒng)，其特征在于，所述激光掃描主控制器(2)包括第二 EtherCAT通信模塊(207)，所述第二 EtherCAT通信模塊(207)提供2個EtherCAT數(shù)據(jù)收發(fā)端口，用于所述激光掃描主控制器(2)與所述第一個激光掃描從控制器(311)以及第N個激光掃描從控制器(3N1)間的基于EtherCAT總線冗余環(huán)型拓撲結構的網(wǎng)絡連接。4.如權利要求1或2所述的振鏡式激光掃描大幅面材料成形加工控制系統(tǒng)，其特征在于，所述激光掃描主控制器(2)提供多種總線通信接口，包括PCI總線、EtherCAT總線、RS-485總線、USB總線和CAN總線，用于與所述上位機(I)的雙向通信。5.如權利要求4所述的振鏡式激光掃描大幅面材料成形加工控制系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(I)包括工業(yè)控制計算機、可編程邏輯控制器和高性能單片機。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種振鏡式激光掃描大幅面材料成形加工控制系統(tǒng)，其包括上位機、激光掃描主控制器和多個激光掃描從控制器；激光掃描主控制器和多個激光掃描從控制器基于EtherCAT總線冗余環(huán)型拓撲結構連接，激光掃描主控制器作為EtherCAT通信主站，多個激光掃描從控制器作為EtherCAT通信從站。上位機通過總線與激光掃描主控制器雙向通信，激光掃描從控制器解析激光掃描主控制器指令、提供/采集各類信號，控制底層單元，實現(xiàn)聚焦光斑在大幅面材料成形加工面上的掃描加工。本發(fā)明可有效解決振鏡式激光掃描大幅面材料成形加工裝備剛性組態(tài)、實時性低等問題，具備兼容性好、穩(wěn)定性高、通信速度快、組態(tài)靈活、實時性強等優(yōu)點。
【IPC分類】G05B19/414, B23K26/70
【公開號】CN105137916
【申請?zhí)枴緾N201510572336
【發(fā)明人】謝軍, 龔時華, 游立德
【申請人】華中科技大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月9日