基于DSP的激光雕刻切割机运动控制系统研究

摘要

激光加工因其非接触加工、加工精度高和使用范围广等优点，已经越来越多的被应用于现代工业各领域。目前国内外在激光加工中普遍应用的数控系统是一种专用型、封闭式的系统，难以扩展，价格昂贵，无法适应现代高柔性、低成本的加工要求。因此，近年来具有良好的柔性和较低成本的开放式数控系统逐渐成为数控技术研究的热点，也代表了激光加工数控技术发展的方向。
　　 数控系统是激光雕刻切割机的控制核心，其控制功能的强弱、控制性能的优劣直接关系着激光雕刻切割的加工质量与加工效率，对整个雕刻切割机的性价比和市场竞争力都至关重要。针对国产激光雕刻切割机现状和市场需求，研制开发基于高性能DSP的新型雕刻切割机数控系统，以提高国产激光雕刻机数控系统的性价比和市场竞争力，并为激光雕刻切割机最终用户改善产品质量、提高生产效率、节约生产成本提供有效手段。
　　 围绕市场调研提出的激光雕刻切割机数控系统功能和性能要求，拟定了控制系统的体系结构，完成了控制系统的软硬件设计开发。硬件上，采用TI公司最新推出的TMS320F2812型32位定点DSP作为控制核心，通过CPLD扩展存储器和外围J/O，与基于单片机实现的人机界面配合，较好地兼顾了系统的控制性能与制造成本，也提高了系统设计灵活性和工作可靠性。软件上，采用汇编、C语言混合编程，用汇编语言完成实时性控制任务，C语言编程构造整个软件的主体框架、实现非实时性任务，既提高了系统软件的编程效率和可维护性，又保证了系统良好的实时性。此外，在运动控制算法上，应用NURBS曲线插补算法，较好地满足了激光切割加工对快速性和加工平稳性的要求。样机系统的软硬件联调表明，系统的功能和性能达到了预期设计要求。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1 激光加工概述

1.2 激光加工技术的特点

1.3 国内外激光加工产业发展与应用

1.3.1 国内激光加工产业发展与应用

1.3.2 国外激光加工产业发展与应用

1.4 激光加工技术的发展趋势

1.5 激光雕刻切割机系统设计要求

1.5.1 运动控制

1.5.2 速度控制

1.6 系统总体方案

1.7 研究意义及内容安排

1.7.1 研究意义

1.7.2 内容安排

第二章 NURBS曲线插补技术

2.1 NURBS概述

2.2 NURBS曲线的定义

2.3 NURBS插补的捅补实现

2.3.1 数据采集插补方法

2.3.2 算法程序流程图

2.4 NURBS曲线的插补误差分析

2.5 NURBS插补应用于数控系统中的意义

2.6 NURBS曲线的插补实例

2.7 小结

第三章 系统硬件电路设计

3.1 控制系统硬件的总体设计

3.2 TMS320F2812特点

3.3 电源电路设计

3.4 存储模块设计

3.4.1 存储器的选定

3.4.2 DSF 对NFLASH的读写

3.5 输入/输出接口模块

3.5.1 开关输入输出接口设计

3.5.2 PWM电路设计

3.5.3 激光器控制电路设计

3.6 通信调试模块

3.6.1 串行接口设计

3.6.2 USB接口设计

3.7 人机界面模块

3.7.1 显示模块

3.7.2 键盘模块

3.8 信号完整性分析

3.8.1 减少接地反弹技术

3.8.2 降低串扰技术

3.8.3 降低反射技术

3.8.4 PCB板的布局布线技术

第四章 控制系统的软件设计

4.1 单片机的总体程序流程

4.2 DSP对NFLASH操作程序设计

4.2.1 DSP对NFLASH查询

4.2.2 DSP对NFLASH读操作

4.2.3 DSP对NFLASH写操作

4.2.4 DSP对NFLASH擦除操作

4.3 DSP加工处理程序设计

4.3.1 DSP矢量数据处理

4.3.2 DSP位图数据处理

4.3.3 运动控制处理

4.4 单片机模块程序设计

4.4.1 键盘扫描

4.4.2 LCD显示

4.4.3 单片机与DSP通信

第五章 实验与分析

5.1 系统性能指标

5.2 运动控制实验及分析

5.3 激光加工实验

5.3.1 欠量切割

5.3.2 矢量雕刻

5.3.3 位图雕刻

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 下一步工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢