專利名稱：用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光噴丸技術(shù)，特別是一種用于激光噴丸的 可控分布控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光噴丸是80年代末誕生的生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)冷軋薄板的軋鋼新技術(shù)。 激光噴丸機(jī)床是90年代研究開發(fā)的冷軋輥激光加工設(shè)備，該設(shè)備采 用特殊調(diào)制的高重復(fù)頻率、高能量密度的大功率脈沖激光束作用于軋 輥表面，在輥面上產(chǎn)生無數(shù)一定形貌的強(qiáng)化微坑。
與傳統(tǒng)的噴丸軋輥技術(shù)相比，高能量密度的大功率脈沖作用后 軋輥輥面硬度高、毛化均勻、使用壽命長、粗糙度可控，能有效提高 軋輥速度，并能克服薄板退火粘連現(xiàn)象。激光噴丸板的板型優(yōu)良，深 沖性好，延伸率和涂鍍性都大大提高，是汽車、家用電器、電子和輕 工業(yè)所需的優(yōu)質(zhì)板材。與傳統(tǒng)噴丸機(jī)床相比，激光噴丸機(jī)床工作時(shí)無 噪聲、無污染，并且運(yùn)行費(fèi)用低廉。
但是，從目前單片機(jī)控制系統(tǒng)的激光噴丸圖片效果上來看這種激 光噴丸設(shè)備加工后的小坑存在分布不均勻的缺陷，縱向條紋之間能夠 達(dá)到預(yù)期的均勻MJ'J分布，橫向條紋間的間距卻不能達(dá)到均勻分布。 另外，由于沒有引入高精度編碼器，走刀的位置和主軸的位置不能得 到精確的測量，所以不能精確的控制激光噴丸點(diǎn)的位置，不能將任意圖形打在鋼板上。噴丸點(diǎn)的分布對噴丸板的性能影響很大，實(shí)現(xiàn)噴丸 點(diǎn)的可控分布對提高噴丸板的均勻度有重要意義。
中國的激光產(chǎn)業(yè)近幾年發(fā)展速度很快，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，市 場對激光設(shè)備性能的要求也越來越高。激光加工設(shè)備的性能除了受激 光發(fā)生器和高精度的機(jī)械裝置的影響外，其控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣具有 決定性作用，激光加工裝置的功能、精度、加工工藝水平等關(guān)鍵性指 標(biāo)主要由其決定。因此，提高激光加工控制系統(tǒng)的性能和水平就顯得 尤其關(guān)鍵和重要。美、日等國家一直把它列為重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)。激光加 工控制系統(tǒng)的研究也正成為國內(nèi)該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。
而用于激光噴丸的控制系統(tǒng)的核心就在于他的微處理器，目前激 光噴丸的控制系統(tǒng)主要有PC控制和單片機(jī)控制兩種方式。
1. PC控制
PC控制是建立在PCI板卡上，用面向?qū)ο蟮恼Z言0++完成對板卡
的控制。
2. 單片機(jī)控制
在現(xiàn)有激光噴丸系統(tǒng)中使用8位單片機(jī)作處理器同時(shí)控制軋輥 和主軸的伺服電機(jī)，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中經(jīng)過一定算法使激光頭在適時(shí) 的時(shí)候出光，將凹凸點(diǎn)打在鋼板上，單片機(jī)同時(shí)還要通過控制激光器 的脈寬和電流大小來控制噴丸坑的深度和位置分布。
目前，上述兩種控制方式均存在不足之處，其中，PC控制主要不 足在于
l.增加了設(shè)備的復(fù)雜度與繁重(操作性能不好)；2. 系統(tǒng)經(jīng)常容易出現(xiàn)死機(jī)的情況(可靠性不好)；
3. 由于PC控制需要通過建立在windows等操作系統(tǒng)上，在進(jìn)行 激光噴丸的過程中，系統(tǒng)可能執(zhí)行其他需要緊急處理的程序，容易造 成激光噴丸的誤差，在一定時(shí)間內(nèi)誤差累積，不可能達(dá)到可控分布的 效果(精度不高)。
單片機(jī)控制激光噴丸系統(tǒng)的主要不足包括
1.單片機(jī)精度達(dá)不到要求，因?yàn)榭煽胤植家髮?shí)時(shí)反饋軋輥旋轉(zhuǎn) 位置信息，單片機(jī)精度達(dá)不到要求，經(jīng)過一定時(shí)間后，誤差累計(jì)，實(shí) 際的效果不能達(dá)到程序設(shè)定的可控分布效果。
2.8位單片機(jī)資源不足以滿足可控分布激光噴丸系統(tǒng)的要求，因 為在目前不可控分布單片機(jī)控制軟件中，主要包括對激光參數(shù)、軋輥 旋轉(zhuǎn)頻率與走刀速度的控制，如果增加編碼器對軋輥旋轉(zhuǎn)位移的測量 與反饋計(jì)算，8位單片機(jī)資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種控制精度高、使 用效果好的用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)。 本實(shí)用新型解決其問題所采用的技術(shù)方案是 用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)，其特征在于 應(yīng)用嵌入式處理器作為微控制器，將嵌入式處理器的 一路脈寬調(diào) 制輸出口連接于主軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，將嵌入式處理器的另一路脈寬 調(diào)制輸出口連接于走刀伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，主軸伺服電機(jī)和走刀伺服電 機(jī)分別連接在各自的驅(qū)動(dòng)器上，主軸伺服電機(jī)和走刀伺服電機(jī)分別連接有高精度編碼器，兩個(gè)高精度編碼器的輸出端分別連接于嵌入式處 理器的兩個(gè)脈沖捕獲，通過記錄脈沖個(gè)數(shù)來測量主軸轉(zhuǎn)速和走刀移動(dòng) 距離。再通過上述信息來判斷電'機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是否有偏差'，如果有偏差， 則進(jìn)行位移補(bǔ)償，如果沒有偏差，則電機(jī)按照原設(shè)定速度繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 同時(shí)在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，嵌入式處理器還將對出光信號進(jìn)行控 制，根據(jù)客戶對噴丸點(diǎn)分布的需要，嵌入式處理器在預(yù)設(shè)位置通過向
Q驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖串，使激光頭適時(shí)出光，將微坑打在鋼板上。
另外嵌入式處理器還將對激光電源進(jìn)行控制，主要是通過一定協(xié) 議向激光電源發(fā)送數(shù)據(jù)來控制激光電源的電流大小以及開通和關(guān)斷。
進(jìn)一步，用所述的嵌入式處理器去驅(qū)動(dòng)觸摸屏和彩色液晶顯示 器，將各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在彩色液晶顯示器上，并且還能在觸摸屏上 實(shí)時(shí)的將電流值、包絡(luò)脈沖頻率或者主軸速度等修改，方便對噴丸系 統(tǒng)進(jìn)行操作。
進(jìn)一步，在所述的嵌入式處理器上外擴(kuò)有閃存，將彩色液晶屏操 作界面所需要的圖片數(shù)據(jù)存儲其中。
本實(shí)用新型的有益效果是
1. 利用嵌入式處理器作為微處理器，在^的捕嵚單元，連接高 精度編碼器對主軸轉(zhuǎn)速與走刀電機(jī)位移進(jìn)行實(shí)時(shí)測量與反饋計(jì)算，大 大提高其控制精度，改善噴丸微坑的品質(zhì)。
2. 采用兩個(gè)高精度編碼器使激光噴丸的分布能夠達(dá)到面的控制， 根據(jù)客戶需要打出相應(yīng)圖形的微坑，實(shí)現(xiàn)噴丸的可控規(guī)則分布。
3. 進(jìn)一步，以DSP作處理器，能夠運(yùn)用P逭機(jī)分布算法，實(shí)時(shí)的在鋼板上打出隨機(jī)分布效果的噴丸小坑，實(shí)現(xiàn)噴丸的可控不規(guī)則分布。
4.進(jìn)一步，以DSP作處理器，運(yùn)算速度大大提高，對激光參數(shù)， 軋輥旋轉(zhuǎn)頻率與走刀速度調(diào)整實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，機(jī)器在工作的時(shí)候能夠更 高效率的運(yùn)4亍。
另外，根據(jù)DSP固有的特征，它相對于目前單片機(jī)系統(tǒng)，還具有 以下優(yōu)點(diǎn)
a. 接口方便，DSP系統(tǒng)與其它以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為1^出的系統(tǒng)或設(shè) 備都是相互兼容的，與這樣的系統(tǒng)接口以實(shí)現(xiàn)某種功能要比模擬系統(tǒng) 與這些系統(tǒng)接口要容易得多。
b. 編程方便，DSP系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可使設(shè)計(jì)人員在開發(fā) 過程中靈活方便地對軟件進(jìn)行修改和升級。
c. 穩(wěn)定性好，DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度以及噪聲的 影響較小，可靠性高。
d. 可重復(fù)性好，模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)性能變化比較大， 而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生
產(chǎn)。 .
e.集成方便，DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性,便于大規(guī)
模集成。以下結(jié)合附圖
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。 圖l是本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖；圖2是本實(shí)用新型的控制軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
參照圖l,本實(shí)用新型的用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)，該 系統(tǒng)以嵌入式處理器芯片作為孩t處理器，將嵌人式處理器的一3各脈寬 調(diào)制輸出口連接于主軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，將嵌入式處理器的另一路脈 寬調(diào)制輸出口連接于走刀伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，主軸伺服電機(jī)和軋輥伺服 電機(jī)分別連接在各自的驅(qū)動(dòng)器上。主軸伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制通過調(diào)整 脈寬調(diào)制單元的占空比來實(shí)現(xiàn)，走刀伺服電機(jī)速度控制通過調(diào)整脈沖 頻率來實(shí)現(xiàn)。主軸伺服電機(jī)和走刀伺服電機(jī)分別連接有高精度編碼 器，高精度編碼器的輸出端分別連接至嵌入式處理器的兩個(gè)脈沖捕獲 單元，通過記錄脈沖個(gè)數(shù)來測量主軸轉(zhuǎn)速和走刀移動(dòng)i巨離。再通過上 述信息來判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是否有偏差，如果有偏差，則進(jìn)行位移補(bǔ)償， 如果沒有偏差，則電機(jī)按照原設(shè)定速度繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
同時(shí)，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，嵌入式處理器還將對出光信號進(jìn)行控 制，根據(jù)客戶對噴丸點(diǎn)分布的需要，嵌入式處理器在預(yù)設(shè)位置通過向
Q驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖串，使激光頭適時(shí)出光，將噴丸孩i坑打在鋼板上。
另外，嵌入式處理器還將對激光電源進(jìn)行控制，主要是通過一定 協(xié)議向激光電源發(fā)送數(shù)據(jù)來控制激光電源的電流大小以及開通和關(guān)斷。
在所述的嵌入式處理器上連接觸:l莫屏和彩色液晶顯示器，將激光 電源電流值，包絡(luò)脈沖頻率，組脈沖，主軸速度，主軸給進(jìn)距離等信 息實(shí)顯示出來，并且還能在觸摸屏上對激光電源的電流值、包絡(luò)脈沖頻率或者主軸速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改，使用戶能夠很方便的對噴丸系 統(tǒng)進(jìn)行操作。
進(jìn)一步，對所述的嵌入式處理器外擴(kuò)一閃存flash,以存儲彩色 液晶顯示器顯示圖片時(shí)所需要的大量數(shù)據(jù)。
作為優(yōu)選實(shí)施方式，上述的嵌入式處理器可以采用TI公司的型 號為LF2407的2000系列DSP孩i處理器。
本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可結(jié)合如圖2所示的控制流程，利用DSP 的脈寬調(diào)制單元能夠精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用DSP的脈沖捕獲單 元可對主軸位移進(jìn)行測量與反饋計(jì)算，由此使激光噴丸系統(tǒng)達(dá)到可控 目的，另外觸摸屏和彩色液晶顯示器的使用將能使用戶對激光噴丸系 統(tǒng)的人機(jī)交互方i"更，快捷。
當(dāng)然，本實(shí)用新型除了上述實(shí)施方式之外，其它等同技術(shù)方案， 也應(yīng)當(dāng)在其保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)，其特征在于應(yīng)用嵌入式處理器作為微控制器，將嵌入式處理器的一路脈寬調(diào)制輸出口連接于主軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，將嵌入式處理器的另一路脈寬調(diào)制輸出口連接于走刀伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，主軸伺服電機(jī)和走刀伺服電機(jī)分別連接在各自的驅(qū)動(dòng)器上，主軸伺服電機(jī)和走刀伺服電機(jī)分別連接有高精度編碼器，兩個(gè)高精度編碼器的輸出端分別連接于嵌入式處理器的兩個(gè)脈沖捕獲單元。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)，其特 征在于所述的嵌入式處理器為DSP數(shù)字信號處理器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)，其特 征在于所述的嵌入式處理器連接有激光電源。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)，其特 征在于所述的嵌入式處理器連接有Q驅(qū)動(dòng)器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)，其特 征在于所述的嵌入式處理器外擴(kuò)有閃存。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)，其特 征在于所述的嵌入式處理器連接有觸摸屏和彩色液晶顯示器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于激光噴丸的可控分布控制系統(tǒng)，應(yīng)用嵌入式處理器作為微控制器，將嵌入式處理器的一路脈寬調(diào)制輸出口連接于主軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，將嵌入式處理器的另一路脈寬調(diào)制輸出口連接于走刀伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，主軸伺服電機(jī)和走刀伺服電機(jī)分別連接在各自的驅(qū)動(dòng)器上，主軸伺服電機(jī)和走刀伺服電機(jī)分別連接有高精度編碼器，兩個(gè)高精度編碼器的輸出端分別連接于嵌入式處理器的兩個(gè)脈沖捕獲單元，使用本控制系統(tǒng)的激光噴丸系統(tǒng)的控制精度高、使用效果好。
文檔編號B23K26/00GK201343555SQ200820204070
公開日2009年11月11日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者包渠平, 弛 張, 李和義, 鐵 蘇 申請人:廣州瑞通千里激光設(shè)備有限公司