一种多光楔的驱动电机控制系统,包括指令发送部、指令运算部、电机驱动部、多个电机、多个光楔;指令发送部发送初始指令值给指令运算部,指令运算部接受指令发送部发出的指令信号,并根据反馈的电机的实时速度信号,生成电机的运转速度信号;电机驱动部根据指令运算部发出的运转速度信号,驱动电机运转,电机带动光楔转动。指令运算部包括基准速度控制部、孔径控制部和锥度控制部。通过速度控制部控制整个光楔系统旋转的基准速率,通过孔径控制部改变光楔旋转时,光束的旋转半径,通过锥度控制部改变光束旋转形成的锥度。
1.一种激光打孔的多个光学元件的驱动电机控制系统的控制方法,其中多个光学元件中的第一、第二光学元件分别由第一电机和第二电机驱动旋转,第三和第四光学元件均由第三电机驱动旋转,且第四光学元件由第四电机驱动作直线运动,其特征在于,该方法包括如下步骤:(1).指令发送部发出转速指令至指令运算部;(2).指令运算部接受指令发送部发出的指令信号,并根据反馈的电机的实时速度信号,生成电机的运转速度信号;指令运算部中的基准速度控制部根据指令发送部发送初始指令值驱动多个电机以相同的初始转速V进行旋转;(3).判断是否需要改变第一光学元件和第二光学元件之间的位置偏差角Δθ,如需要,则通过孔径控制部改变第一电机M1和第二电机M2以速度V1和/或V2;(4).电机驱动部根据指令运算部发出的运转速度信号,驱动电机运转,电机带动光学元件转动;所述光学元件为光楔。
2.如权利要求1所述的激光打孔的多个光学元件的驱动电机控制系统的控制方法,其特征在于,还包括如下步骤:通过锥度控制部控制第四电机带动第四光学元件作沿光轴的直线运动,使光线发生横向位移。
3.如权利要求2所述的激光打孔的多个光学元件的驱动电机控制系统的控制方法,其特征在于,还包括如下步骤:改变第四光学元件直线运动的距离,改变横向位移量。
4.根据权利要求1-3任一项所述的激光打孔的多个光学元件的驱动电机控制系统的控制方法,其特征在于,所述步骤(3)具体包括:判断所述Δθ是否需要随时间变化,如需要,则通过孔径控制部通过改变V1和V2,使两者之间的速度差ΔV为一随时间变化的值;如否,则改变Δθ到目标值后,保持V1和V2不变。
5.根据权利要求4所述的激光打孔的多个光学元件的驱动电机控制系统的控制方法,其特征在于,通过下述三种方式之一实现Δθ的随时间变化:1)第一电机以基准速率V转动,即V1=V,第二电机以速度V2转动,V2≠V,且V2是一个变化的值;2)第二电机以基准速率V转动,即V2=V,第一电机以速度V1转动,V1≠V,且V1是一个变化的值;3)第一电机M1以基准速率V1转动,V1≠V,第二电机以速度V2,V2≠V,V1-V2=ΔV,控制ΔV是一个变化的值。
6.根据权利要求5所述的激光打孔的多个光学元件的驱动电机控制系统的控制方法,其特征在于,通过同时旋转两个电机,或者某一电机停止旋转另外一个电机来实现改变Δθ到目标值。技术领域
本发明属于激光加工领域,具体涉及一种激光打孔用的光学元件的电机控制系统及控制方法。
背景技术
折射角很小的棱镜称之为光楔,而双光楔是由指折射率相同、折射角相等的2块互相邻近的光楔组成的。在激光打孔时,通过电机带动两个光楔同步旋转,使得激光在双光楔的作用下进行扫描运动。依据现有理论,若光楔的折射角α和光线的入射角很小时,其偏向角为δ=(n-1)α,因此通过两个光楔的相对运动可以产生不同的扫描图形,这些特性已经得到日益广泛的应用。在传统的双光楔控制中通常都是利用上位控制器及其软件让两个电机分别带动各自的光楔进行旋转,并通过一定的运动速度比来实现不同的图形。四光楔扫描头是由上述两对双光楔所组成的系统。其控制方法正是利用了双光楔基本理论所形成的光斑轨迹以实现不同材料的微孔加工。如图1所示,为专利CN202123322U的四光楔示意图。沿光路,依次布置激光器、扩束镜1、45度全反镜2、旋光系统3;旋光系统3包含第一棱镜31、第二棱镜32、第三棱镜33、第四棱镜34,第一楔镜31和第二楔镜32为楔角相同的楔棱镜,第一楔棱镜31或第二楔棱镜32与上下直接运动机构相连,可沿轴线上下移动,第三楔棱镜33和第四楔棱镜34为角度相同的楔棱镜,第三楔棱镜或第四楔棱镜与旋转机构相连,一起绕轴线旋转,旋光系统3的输出端布置有聚焦镜4,聚焦镜4正对于加工平台5。如上所述,目前双光楔系统控制中其光学元件都是通过上位机对各个电机分别控制来实现光斑在像面上的不同轨迹的。例如两光楔的旋转速度分别为W1、W2,若W1:W2=1:1或者W1:W2=1:-1时,所得到的扫描轨迹分别为圆和直线。但是由于上位机的控制周期及电机的响应等问题,利用上位控制器分别控制各个电机时不可避免的会产生一定的跟随误差,该误差利用上位控制器无法完全弥补,从而会造成电机之间速度比与预设值有误差最终无法保证扫描出来的图形精确度。
发明内容
本发明提出了一种在激光打孔中使用的多光楔驱动电机的控制系统和控制方法。本发明中利用电机的编码器反馈来形成多个电机间的主从控制回路,通过主电机的编码器反馈来实时的发送给从电机以弥补电机间产生的相对误差,从而保证了四光楔扫描装置在微孔加工中的圆度等工艺参数。本发明的目的是通过下述技术方案来实现的,具体如下:一种激光打孔的光学元件的驱动电机控制系统,包括指令发送部、指令运算部、电机驱动部、多个电机、多个光学元件;指令发送部发送初始指令值给指令运算部,指令运算部接受指令发送部发出的指令信号,并根据反馈的电机的实时速度信号,生成电机的运转速度信号;电机驱动部根据指令运算部发出的运转速度信号,驱动电机运转,电机带动光学元件转动;所述指令运算部包括孔径控制部,控制多个电机中的第一电机M1和第二电机M2以速度V1和V2分别转动,第一电机驱动第一光学元件W1,第二电机驱动第二光学元件W2;通过改变V1和/或V2,使第一光学元件和第二光学元件之间的位置产生偏差角Δθ。进一步地,所述多个光学元件是光楔。进一步地,孔径控制部通过改变V1和V2,使两者之间的速度差ΔV为一随时间变化的值。进一步地,电机驱动部驱动第三电机,第三电机同时带动第三光学元件和第四光学元件作匀速旋转。进一步地,还包括锥度控制部,控制第四电机带动第四光学元件作沿光轴的直线运动,使穿过光学元件的光线发生横向位移。进一步地,锥度控制部通过改变第四光学元件直线运动的距离,改变横向位移量。进一步地,采集第三电机的位置信号,转换为电机M1、M2的速度反馈信号给指令运算部。进一步地,还包括基准速度控制部根据指令发送部发送初始指令值驱动多个电机以相同的初始转速V进行旋转。进一步地,所述光学元件个数为4。一种激光打孔的多个光学元件的驱动电机控制系统的控制方法,其中多个光学元件中的第一、第二光学元件分别由第一电机和第二电机驱动旋转,第三和第四光学元件均由第三电机驱动旋转,且第四光学元件可由第四电机驱动作直线运动,该方法包括如下步骤:(1).指令发送部发出转速指令至指令运算部;(2).指令运算部接受指令发送部发出的指令信号,并根据反馈的电机的实时速度信号,生成电机的运转速度信号;指令运算部中的基准速度控制部根据指令发送部发送初始指令值驱动多个电机以相同的初始转速V进行旋转;(3).判断是否需要改变第一光学元件和第二光学元件之间的位置偏差角Δθ,如需要,则通过孔径控制部改变第一电机M1和第二电机M2以速度V1和/或V2;(4).电机驱动部根据指令运算部发出的运转速度信号,驱动电机运转,电机带动光学元件转动。进一步地,还包括如下步骤:通过锥度控制部控制第四电机带动第四光学元件作沿光轴的直线运动,使光线发生横向位移。进一步地,还包括如下步骤:改变第四光学元件直线运动的距离,改变横向位移量。进一步地,所述步骤(3)具体包括:判断所述Δθ是否需要随时间变化,如需要,则通过孔径控制部通过改变V1和V2,使两者之间的速度差ΔV为一随时间变化的值;如否,则改变Δθ到目标值后,保持V1和V2不变。进一步地,通过下述三种方式之一实现Δθ的随时间变化:1)第一电机以基准速率V转动,即V1=V,第二电机以速度V2转动,V2≠V,且V2是一个变化的值;2)第二电机以基准速率V转动,即V2=V,第一电机以速度V1转动,V1≠V,且V1是一个变化的值;3)第一电机M1以基准速率V1转动,V1≠V,第二电机以速度V2,V2≠V,V1-V2=ΔV,控制ΔV是一个变化的值。进一步地,通过同时旋转两个电机,或者某一电机停止旋转另外一个电机来实现改变Δθ到目标值。进一步地,所述光学元件为光楔。本发明的有益效果是:本发明提出了一种光楔的控制系统,通过对电机的控制光学元件的运转,实现了激光打孔。本发明通过孔径控制部实现了光速半径的变化;通过锥度控制部改变的光速旋转时的锥度;而且通过采集主电机的信号,实现了多个电机旋转基准速率的一致性。
附图说明
图1为现有技术中四光楔光路结构示意图。图2为本发明电机驱动四光楔示意图图3为本发明控制系统结构示意图。
具体实施方式
如图2所示,本发明的被控对象如图2所示为:驱动四光楔1-4运动的四个电机M1-M4。其中:光楔W1和W2分别由电机M1和M2驱动转动,光楔W3、W4均由电机M3驱动转动,同时,光楔W4还能通过电机M4的驱动,作上下运动,拉开与光楔W3之间的距离。由光学原理可知,转动时,若光楔W1和W2之间形成偏差角,则会使旋转的光束产生旋转半径;若光楔W3与W4之间的沿光轴产生的距离,使得旋转的光速产生横向位移,经过聚焦镜后,会形成一束有锥度的旋转光速。如图3所示:本发明的控制系统包括:指令发送部、指令运算部、电机驱动部。指令发送部发送初始指令值给指令运算部。指令运算部接受指令发送部发出的指令信号,将其转换为电机的速度信号,并根据电机驱动部反馈的电机的实时速度信号,生成电机的运转速度信号。电机驱动部根据指令运算部发出的运转速度信号,驱动电机运转。其中指令运算部分别运算出电机M1、M2、M3、M4的速度V1、V2、V3、V4;指令运算部包括基准速度控制部、孔径控制部和锥度控制部。基准速度控制部根据转速指令控制电机M1、M2、M3、M4以相同的初始转速V进行旋转。电机M3作为主电机,转速保持V不变;M4与M4保持相同的速度V同步旋转。孔径控制部控制电机M1和电机M2以速度V1和V2分别转动(V1≠V2),从而使光楔W1和W2之间的位置产生偏差角Δθ,从而使从光楔2出射的激光光线与从光楔1入射的光线之间产生一定角度的偏转。在激光打孔时,分为不变孔径打孔和可变孔径打孔。不变孔径打孔时,电机M1和M2光楔1和光楔2之间以固定的偏差角同步旋转。孔径控制部首先确定光楔1和光楔2之间的偏差角,通过电机调整两者之间的初始偏差角Δθ,再控制电机M1和M2以基准速度V同步转动。初始偏差角Δθ的调整可以通过同时旋转两个电机,或者某一电机停止旋转另外一个电机来实现。可变孔径打孔时,令电机M1和M2之间的转速之差ΔV=V1-V2,且ΔV是一个变化的值,则光楔1和光楔2之间的偏差角Δθ也是一个变化的值,导致旋转光束的半径变化。可分为3中情况:电机M1以基准速率V转动(即V1=V),电机M2以速度V2转动(V2≠V),且V2是一个变化的值,从而使得光楔1和光楔2偏差角Δθ是一个变化的值,导致旋转光束的半径变化。电机M2以基准速率V转动(即V2=V),电机M1以速度V1转动(V1≠V),且V1是一个变化的值,从而使得光楔1和光楔2偏差角Δθ是一个变化的值,导致旋转光束的半径变化。电机M1以基准速率V1转动(V1≠V),电机M2以速度V2转动(V2≠V),V1-V2=ΔV,ΔV是一个变化的值,从而使得光楔1和光楔2偏差角Δθ是一个变化的值,导致旋转光束的半径变化。锥度控制部控制电机M4以转速V4带动光楔4作直线运动(可以采用丝杠的方式将电机M4的旋转运动变换为直线运动),与光楔3之间产生沿光线方向的距离,从而使得从光楔4出射的激光光线与从光楔3入射的光线之间产生横向偏移(即出射光线与入射光线依然平行,但是有水平的位移)。电机驱动部根据所述指令运算部发出的运算后的速度指令信号V1驱动电机M1、M3、M4旋转,以速度指令信号V2驱动电机M2旋转,以速度指令信号V4驱动电机上下M4移动。同时,电机驱动部采集各个电机的位置信号,作为位置反馈信号反馈至指令运算部。根据上文可知,电机M1和M2的速度变化都是在基准速度V的基础上进行变化,因此,为了精确地控制电机的转速,需要反馈基准速率V给M1和M2;因此,采集主电机M3的位置信号,转换为电机M1、M2的速度反馈信号给指令运算部。上文中是针对四光楔的驱动电机的控制系统和控制方法,根据上述原理,该控制系统改变电机数量,同样可以应用于双光楔和三光楔或更多光楔的情况。