高精度、自動測距的激光切割控制器研制

孫 旭,吳雄鷹,閆 萍,謝興紅（成都理工大學信息科學與技術學院,成都 610000）

高精度、自動測距的激光切割控制器研制

孫 旭,吳雄鷹,閆 萍,謝興紅
（成都理工大學信息科學與技術學院,成都 610000）

本系統以激光切割機為主體，實現了高精度的自動測距控制器的研制，以達到高效和高精確的工件加工。本文給出了系統總體設計；提出了軟件模型建立和硬件實現方法。軟件仿真和目標板的調試結果表明：自動測距功能和精度滿足應用需要，可以改善切割的質量。這對于解決高速實時數據處理和誤差分析計算，實現生產自動化控制具有重要意義。最后，文章指出了進一步開展應用研究所要改進的設想和技術發展趨勢。

激光切割;自動測距;集成電路

1 引言

本系統是采用超大規模集成電路SOC和可編程邏輯器件FPGA配合進行工作，［1-2］實現高速實時數據處理和誤差計算分析；采用高速光電編碼器，自動檢測待加工工件與激光頭的距離，實現系統自動化［3］。

2 系統模型設計

如圖1中，該切割系統以控制系統為核心［3-5］。控制系統接收來自速度檢測系統的信號，并進行處理得到生產線速度，計算出切割位置和切割軌跡，補償生產線連續運動帶來的包裝紙位移，輸出控制信號給激光器和光學掃描系統，實現切割動作［3-6］。

圖1 系統主體框圖

3 硬件系統設計

3.1 嵌入式處理單元LM3S6911

Luminary Micro公司所提供的微控制器，它們對嵌入式微控制器應用方案帶來了高性能32位運算能力。該LM3S6911微控制器優勢在于方便運用多種ARM的開發工具和片上系統（SOC）的底層IP應用方案。如圖2。

圖2 LM3S6911復位電路圖

3.2 可編程邏輯器件EP1C3144C8

Altera Cyclone是一個性價比很高的FPGA系列。EPlC3T144C8芯片采用1．5V內核電壓，O．33 umSRAM工藝，具有的特點有：

（1）邏輯資源豐富，邏輯單元（LE）數量為2910個。

（2）有104個可用I/O引腳，I/O輸出可根據需要調整驅動能力。

（3）多電壓接口，支持LVTTL等I/O標準。

（4）內有SignalTap嵌入式邏輯分析儀器，方便設計者對芯片內部邏輯檢查。

4 軟件系統設計

圖3 EP13C144C8典型JTAG調試接口

本設計的軟件按模塊劃分，系統距離計算測量和誤差單元的框圖如圖4。

為實現實時測量，軟件設計中采用光電編碼器和SOC技術，采用功能強大的MatLab軟件，可定量分析距離和加工精度以及效率間的關系。

圖4 距離測量及誤差單元框圖

5 系統測試及展望

通過調試系統，最后測試基本達到設計要求。單次測量最大時間小于3ms,測量精度小于0.5mm。通過了中國測試研究院的基本測試，達到較好效果。激光切割系統發展方向為：

（1）開放式系統的研究，使運動控制器可以與不同的系統相連接，具有更好的擴展性。

（2）研究高性能的控制卡或數控系統及其在運動控制中的應用。

（3）對需求精度高的場合可以采用先進的實時反饋裝置對加工誤差進行修正。

（4）激光切割雕刻設備需求量增加，使激光切割雕刻設備的價格下降，性能得到提高。

（5）測量方法從接觸式測量向非接觸式方式發展。

[1]張永康.激光加工技術[M].北京:化學工業出版社,2004.

[2]何月鵬,王隆太.影響激光切割質量的因素分析[J].揚州職業大學學報,2008,12（01）：28-30

[3]彭偉鴻.激光高速在線切割時的實時控制系統設計[D].碩士,華中科技大學,2011:1-58.

[4]司立眾.激光切割模切板割縫垂直度問題研究影[J].激光與光電子學進展,2011（07）.

具有自動測距功能的高精度激光切割控制器的研制（2011GZ0184）

孫旭（1956-）,男,副教授,研究方向：數字通信、信息安全。