[发明专利]基于FPGA的线切割设备控制装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的线切割设备控制装置及方法，设有上位机、闭环控制卡、电动机驱动器、电动机、丝杠，其中电动机驱动丝杠运动，上位机与闭环控制卡通信，闭环控制卡与电动机驱动器通信，其特征在于还设有用于采集丝杠位移数据的光栅尺；所述闭环控制卡上设有闭环控制单元，闭环控制单元的前端设有用于识别并解码上位机命令的信号解码单元，闭环控制单元的后端设有用于下发适应不同电动机驱动器型号的编码输出单元，还设有光栅尺信号解码单元，光栅尺信号解码单元的输入端与光栅尺的输出端相连接，光栅尺信号解码单元的输出端与闭环控制单元相连接；具有结构合理、精度高、效率快、稳定等显著的优点。

技术领域：

本发明涉及线切割机控制技术领域，具体的说是一种能够实现多轴独立控制、控制速度快、精度高的基于FPGA的线切割设备控制装置及方法。

背景技术：

线切割设备通过电动机驱动丝杠动作，带动钼线位移，实现切割。目前国内线切割设备大多采用开环控制，计算机控制卡通常直接控制电机的驱动器，驱动器驱动电机，电机带动丝杠运动，这种控制方式下，线切割机无法消除构件自身的精度误差以及构件磨损后的配合精度误差，加工出来的工件精度无法保证。为此需要在线切割设备上安装精度控制装置，精度控制装置一般采用闭环控制系统，旨在提供一种能够在工作时，上位机下发指令，步进电机或机床会把指令执行的状态反馈至上位机，上位机可以根据指令的执行情况进一步调整步进电机或者机床的工作状态，从而保证加工精度。但目前的闭环线切割机控制系统存在结构简单、丝杠位移过程中存在振动、系统稳定性差、无法兼容多种现有数控机床控制系统、无法实现多轴控制等严重缺陷。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够实现多轴独立控制、控制速度快、精度高的基于FPGA的线切割设备多轴控制装置及方法。

本发明可以通过以下措施达到：

一种基于FPGA的线切割设备控制装置，设有上位机、闭环控制卡、电动机驱动器、电动机、丝杠，其中电动机驱动丝杠运动，上位机与闭环控制卡通信，闭环控制卡与电动机驱动器通信，其特征在于还设有用于采集丝杠位移数据的光栅尺；

所述闭环控制卡上设有闭环控制单元，闭环控制单元的前端设有用于识别并解码上位机命令的信号解码单元，闭环控制单元的后端设有用于下发适应不同电动机驱动器型号的编码输出单元，还设有光栅尺信号解码单元，光栅尺信号解码单元的输入端与光栅尺的输出端相连接，光栅尺信号解码单元的输出端与闭环控制单元相连接；

所述闭环控制单元中设有用于接收光栅尺输出信号解码后获得的正/反转数据以及脉冲数的光栅尺解码结果接收模块、用于接收信号解码单元输出正/反转数据以及脉冲数的本地接收模块、比较模块、命令输出模块，其中光栅尺解码结果接收模块、本地接收模块的输出端分别与比较模块的输入端相接，比较模块的输出端与命令输出模块的输入端相接。

本发明所述命令输出模块输出电动机正/反转控制信号以及电动机转数控制脉冲数信号。

本发明所述闭环控制单元中还设有用于对命令输出模块输出的脉冲数进行倍数调整处理的倍频模块，倍频模块连接在命令输出模块后端，且倍频模块与用于设定倍频调整参数的选择模块相连接，倍频模块的输出端与编码输出单元的输入端相连；所述倍频模块根据外部电动机驱动器可以调整对电动机驱动器实际输出的脉冲数，使电动机的工作更平稳，从而实现丝杠在角度或直线距离上更平稳的位移，减轻丝杠振动，提高加工精度。

本发明所述信号解码单元、编码输出单元分别与外部的用于选择解码类型或编码类型的选择模块相连接。

本发明所述信号解码单元用于解析上位机下发至电动机驱动器的控制命令，解析后获得电动机正/反转信号以及用于确定丝杠位移参数的脉冲信号，信号解码单元包括并不限于五相十拍步进电机解码单元、混合步进电机解码单元、伺服电机解码单元，相应的，所述编码输出单元包括并不限于五相十拍步进电机驱动器编码单元、混合步进电机驱动器编码单元、伺服电机驱动器编码单元。