激光切割機(jī)高速數(shù)據(jù)傳輸及控制算法研究.pdf

1、激光切割以其切割應(yīng)用范圍廣、速度高、切縫窄、熱影響區(qū)小、加工柔性好等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于各種加工領(lǐng)域，是激光加工中發(fā)展最為成熟的一種技術(shù)。
　　 本文激光切割機(jī)是二維加工系統(tǒng)，采用飛行光路系統(tǒng)把激光能量傳輸匯聚后，從光筆輸出到工件表面，利用激光的熱蝕效應(yīng)，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光筆沿X-Y平面運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)非金屬材料的加工。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用主從式結(jié)構(gòu)，分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。上位機(jī)PC機(jī)軟件負(fù)責(zé)圖形圖像的編輯處理和加工數(shù)據(jù)的傳輸；下位機(jī)DSP接

2、收到由上位機(jī)傳送的加工數(shù)據(jù)后，通過一系列插補(bǔ)、速度控制等算法處理轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)和激光的控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)非金屬板材的加工。
　　 近年來，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，加工部件的圖形輪廓越來越復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸量越來越大，這就對(duì)數(shù)據(jù)傳輸高速性、實(shí)時(shí)性、可靠性提出了越來越高的要求；對(duì)加工速度和精度的要求越來越高；且插補(bǔ)算法也在不斷地進(jìn)行完善和更新。這就需要不斷改進(jìn)與提高軟件和硬件的性能以滿足要求。本文解決數(shù)據(jù)傳輸過程中的

3、高速、實(shí)時(shí)問題主要采用USB2.0接口來實(shí)現(xiàn)。它以靈活、方便、應(yīng)用范圍廣、通信穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，使USB2.0接口成為PC機(jī)的通用接口，尤其在總線實(shí)現(xiàn)傳輸速度達(dá)到480Mbps之后，其應(yīng)用范圍更加廣闊。針對(duì)復(fù)雜加工零件高速精密加工的需求，提出了一種NURBS曲線的實(shí)時(shí)插補(bǔ)算法，保證插補(bǔ)精度、插補(bǔ)實(shí)時(shí)性。給出的S型曲線加減速算法能克服傳統(tǒng)加減速算法的缺點(diǎn)，獲得平滑的速度和加速度。
　　 本文首先介紹了激光切割技術(shù)的基本原理、特

4、點(diǎn)以及其在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，論述了選題的背景及意義。
　　 其次重點(diǎn)介紹了本系統(tǒng)激光切割機(jī)的整體框架、工作原理；詳細(xì)論述了基于USB2.0的計(jì)算機(jī)和DSP間的高速數(shù)據(jù)傳輸以及DSP中的NURBS曲線插補(bǔ)和S加減速控制方法。在USB2.0實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸中，介紹了USB2.0的基本情況、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)以及USB2.0調(diào)試。下位機(jī)DSP控制中論述了NURBS曲線插補(bǔ)、S曲線加減速控制的原理，及其具體實(shí)現(xiàn)。