基于运动控制器的激光冲击强化数控系统开发

　　近年来,随着工业PC 机性能的快速发展,可靠性大为提高,而价格却大幅度降低,以工业PC 机为核心的控制系统已广泛被工业控制领域所接受。在机床控制领域,采用工业PC 机,在流行的操作系统下发展通用的数控系统,已成为数控技术发展的最新潮流。

　　激光冲击强化是一种新型的表面强化技术，它是利用强脉冲激光导致的高强度应力波冲击金属表面，使材料表层产生塑性应变，从而提高金属材料表面的强度、硬度等机械性能，并获得表面残余压应力状态(如图1所示)。目前，该技术的应用领域已不仅仅局限于强化航空用铝合金、钛合金、不锈钢、高温合金等材料，还拓展到航天、汽车、医学等领域。为了提高激光冲击强化技术的自动化程度，开发一套基于运动控制器的激光冲击强化数控系统。

图1 激光强化处理示意图

1 数控系统的硬件结构

　　1.1 Galil运动控制器

　　在计算机数控系统中,起着关键作用的组成部分是其中的计算机数字控制装置和伺服系统,系统的计算速度、实时性、伺服更新速度、资源管理能力、数字通信、精密控制、微量进给等性能都取决于这两个部分。尤其是计算机数控装置,也就是运动控制单元,更是数控系统的核心单元模块,数控系统的性能、精度一定程度上依赖于运动控制单元的快速控制能力,由它可完成数控系统中实时性要求比较高的插补、位置控制、开关量I/ O 控制任务,实现CNC系统中多轴联动的插补计算、位置控制等功能,使用这样的运动模块并辅助以其他的设备部件,可以方便灵活地构建应用于不同场合的运动控制系统。

　　PCI总线DMC-1842运动控制器是美国GALIL公司产品，采用32位微处理器，可控制1～4轴，其本身具有多轴直线插补、圆弧插补、轮廓控制、电子齿轮和电子凸轮(ECAM)等功能，板上有2M Flash 可擦写存储器及2M RAM，可存储用户程序、数量、数组和控制程序，并可脱机运行。

　　DMC1842控制器主要性能：

　　▲ 接收12MHz伺服编码器反馈信号，2MHz步进电机命令(脉冲+方向)。

　　▲ 带速度及加速度前馈、积分限制、Notch及低通滤波器的PID。采样周期62.5μs/轴

　　▲ 运动方式：JOG，PTP定位，轮廓，直线、圆弧插补，电子齿轮，ECAM

　　▲ 2M非易失存储器: 存储应用程序，变量, 阵列;2M RAM

　　▲ 每轴正、反向限位及回零输入

　　▲ 通用I/O：8/8

　　▲ 高速位置锁存及比较(0.1μs)

　　▲ 无刷伺服电机正弦波换向控制

　　▲ 上电自动程序运行

　　另外，配套的WSDK软件工具用于伺服性能自动调整和分析，ActiveX控件用于VB编程，扩展DLL文件用于C/C++高级应用编程，使得开发和应用变得方便。