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激光切割机高速数据传输及控制算法研究

作　者: 李晓芬
导　师: 张宝峰；朱均超
学　校: 天津理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 激光切割机 DSP F2812 USB2.0 NURBS曲线插补 S加减速控制
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 140次
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内容摘要

激光切割以其切割应用范围广、速度高、切缝窄、热影响区小、加工柔性好等优点而广泛应用于各种加工领域,是激光加工中发展最为成熟的一种技术。本文激光切割机是二维加工系统,采用飞行光路系统把激光能量传输汇聚后,从光笔输出到工件表面,利用激光的热蚀效应,由步进电机带动光笔沿X-Y平面运动,实现对非金属材料的加工。系统设计采用主从式结构,分为上位机和下位机两部分。上位机PC机软件负责图形图像的编辑处理和加工数据的传输;下位机DSP接收到由上位机传送的加工数据后,通过一系列插补、速度控制等算法处理转化为步进电机和激光的控制指令,从而实现对非金属板材的加工。近年来,随着应用领域的拓展和计算机技术的迅速发展,加工部件的图形轮廓越来越复杂,数据传输量越来越大,这就对数据传输高速性、实时性、可靠性提出了越来越高的要求;对加工速度和精度的要求越来越高;且插补算法也在不断地进行完善和更新。这就需要不断改进与提高软件和硬件的性能以满足要求。本文解决数据传输过程中的高速、实时问题主要采用USB2.0接口来实现。它以灵活、方便、应用范围广、通信稳定、成本低廉等优点,使USB2.0接口成为PC机的通用接口,尤其在总线实现传输速度达到480Mbps之后,其应用范围更加广阔。针对复杂加工零件高速精密加工的需求,提出了一种NURBS曲线的实时插补算法,保证插补精度、插补实时性。给出的S型曲线加减速算法能克服传统加减速算法的缺点,获得平滑的速度和加速度。本文首先介绍了激光切割技术的基本原理、特点以及其在国内外的发展现状,论述了选题的背景及意义。其次重点介绍了本系统激光切割机的整体框架、工作原理;详细论述了基于USB2.0的计算机和DSP间的高速数据传输以及DSP中的NURBS曲线插补和S加减速控制方法。在USB2.0实现高速数据传输中,介绍了USB2.0的基本情况、系统的硬件电路设计、软件实现以及USB2.0调试。下位机DSP控制中论述了NURBS曲线插补、S曲线加减速控制的原理,及其具体实现。最后对整体论文工作进行总结,并进一步对今后激光切割技术的发展进行了展望,可以肯定的是本文所作的工作为实际应用提供理论与试验依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 引言  11
  1.2 激光切割及激光切割机  11-13
    1.2.1 激光切割的基本原理  11-12
    1.2.2 激光切割机的一般构成  12-13
  1.3 激光切割机的发展现状  13-16
    1.3.1 国外激光切割机的发展现状  13-14
    1.3.2 国内激光切割机的发展现状  14-15
    1.3.3 激光切割机的发展趋势  15-16
  1.4 本文选题背景及研究内容  16
  1.5 本章小结  16-17
第二章系统总体方案设计  17-22
  2.1 系统总体方案  17
  2.2 系统框图  17-18
  2.3 控制系统的工作原理  18-21
    2.3.1 工作原理  18-19
    2.3.2 控制系统的各功能模块  19-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章计算机与DSP 间高速数据传输  22-39
  3.1 引言  22-24
    3.1.1 RS232 串行接口总线  22
    3.1.2 并行接口总线  22
    3.1.3 ISA 总线  22-23
    3.1.4 PCI 总线  23
    3.1.5 IEEE 1394 总线  23-24
  3.2 USB 通用串行总线  24-25
    3.2.1 USB 简介  24
    3.2.2 USB 的优点  24-25
  3.3 基于 USB2.0 计算机与 DSP 间的硬件设计  25-30
    3.3.1 TMS320F2812 DSP 芯片  25-27
    3.3.2 CY7C68001 USB 芯片  27-29
    3.3.3 复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计  29
    3.3.4 TMS320F2812 与USB2.0 接口芯片CY7C68001 的硬件连接  29-30
  3.4 基于USB2.0 计算机与DSP 间的软件实现.  30-37
    3.4.1 PC 端的USB 设备驱动程序  31
    3.4.2 PC 端的USB 应用程序  31-32
    3.4.3 DSP 端固件程序设计  32-35
    3.4.4 DSP 与主机间的读、写程序设计  35-37
  3.5 系统调试  37-38
  3.6 本章小结  38-39
第四章 NURBS 曲线插补与S 加减速控制  39-58
  4.1 NURBS 曲线插补算法  39-44
    4.1.1 典型插补算法  39-40
    4.1.2 直线、圆弧插补原理及其实现  40-43
    4.1.3 NURBS 曲线插补算法  43-44
  4.2 S 型加减速控制  44-50
    4.2.1 典型的加减速控制方法及原理  45-47
    4.2.2 S 曲线加减速控制原理  47-50
  4.3 NURBS 曲线插补中的 S 加减速控制的实现  50-57
    4.3.1 NURBS 曲线的实时插补算法  51-55
    4.3.2 S 型加减速算法的实现  55-56
    4.3.3 基于NURBS 曲线插补的S 型加减速及加工实例  56-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章结论与展望  58-60
  5.1 结论  58
  5.2 展望  58-60
参考文献  60-62
发表论文和科研情况说明  62-63
致谢  63-64

激光切割机高速数据传输及控制算法研究

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