论文部分内容阅读
在自行研制的激光微加工系统中,采用光源固定,待加工工件运动的方式进行微细加工,工件运动方式多样,能够加工多种图形。微加工系统中的激光光斑直径是10μm,运动控制精度要求是5μm。文中分析了电控系统的模型,介绍了电路组成,对电路进行了仿真,实现了电路设计。 在激光微加工系统中,电控系统是激光微加工机的关键部分之一。电控系统由设定器(上位机)、数字控制器、输入通道(位置检测)和后向通道(执行机构)构成。数字控制器通过串行通讯接口与PC机双向通讯,运动系统的目标给定值(加工轨迹)以及控制模式由PC机设定。 数字控制器是电控系统的核心部件,它由以下几部分组成:AT89C52为核心的最小系统、串行通讯接口、步进电机控制与驱动电路、光栅尺信号处理模块以及键盘与数码显示接口电路。数字控制器与输入通道和后向通道构成闭环的控制系统。因为执行机构选用带有积分环节的步进电机,理论上该运动系统为无静差系统。在实际控制中,采用了带死区的PID控制,死区e0的最小极限为:执行机构与反馈部件分辨率的最大值。 根据设计的控制运动的精度要求,执行机构选择北京卓立汉光公司的TSAIOO—A二维电控移动平台,平台上安装两相步进电机,其控制和驱动电路采用步进电机控制专用芯片TA8435H构成。可以对步进电机进行细分控制,使电机的步距是1.25μm。电路设计简洁,性能可靠。 位移反馈部件选择系统选用了韩国东山公司的JENIX光栅尺,栅距为4μm,需要对光栅尺信号进行细分与辨向处理。电控系统采用电子细分法,用一片FPGA(EPF10K10)芯片构成信号的处理与接口电路,完成对光栅尺信号的四细分辨向处理,使反馈精度提高到1μm。该设计大大简化了处理电路,使控制系统工作更为可靠。 控制器接收光栅尺反馈的位移信号,以步进电机为执行机构,利用闭环控制算法,保证了运动精度误差在2μm以内。经过实践检验,控制器的各项指标达到了设计要求。