一種基于fpga的嵌入式數(shù)字控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，屬于基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著用戶對數(shù)控加工精度要求的提高，以及機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的成熟，使用機(jī)器視覺跟蹤加工，測量軌跡加工誤差，進(jìn)行在線誤差補(bǔ)償控制的方式正成為提高數(shù)控加工精度一種新手段。然而以工業(yè)PC機(jī)為控制核心的數(shù)控系統(tǒng)，其硬件不是針對實(shí)時(shí)控制設(shè)計(jì)的，并不能較好地滿足實(shí)時(shí)控制需要，也不能實(shí)現(xiàn)在線誤差補(bǔ)償控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，該控制器能夠?qū)崿F(xiàn)加工過程中通過機(jī)器視覺跟蹤測量加工軌跡誤差進(jìn)行在線補(bǔ)償控制，有效地提高數(shù)控加工精度，保證加工質(zhì)量。本實(shí)用新型控制簡單方便。
[0004]本實(shí)用新型的目的通過采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]本實(shí)用新型的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，包括嵌入式多核控制系統(tǒng)、信號(hào)檢測模塊、視覺跟蹤模塊、脈沖輸出光電隔離模塊、模擬控制模塊，信號(hào)檢測模塊的輸出端及視覺跟蹤模塊的輸出端分別與嵌入式多核控制系統(tǒng)的輸入端連接，嵌入式多核控制系統(tǒng)的輸出端分別與脈沖輸出光電隔離模塊的輸入端及模擬控制模塊的輸入端連接，脈沖輸出光電隔離模塊的輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器連接，伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，模擬控制模塊的輸出端與氣泵連接。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)方案的有益效果是:
[0007]I)本實(shí)用新型配有視覺跟蹤模塊，能夠?qū)壽E加工誤差進(jìn)行在線補(bǔ)償控制，有效提高加工的精度，保證加工質(zhì)量；
[0008]2)本實(shí)用新型的嵌入式多核控制系統(tǒng)采用FPGA芯片，其內(nèi)在的并行機(jī)制決定了它的高速處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)工控PC機(jī)所采用的串行執(zhí)行架構(gòu)。因而能大大提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度，在保證加工質(zhì)量的前提下，提高加工效率。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明，附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例共同用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。
[0011]實(shí)施例:
[0012]如圖1所示，本實(shí)用新型的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，包括嵌入式多核控制系統(tǒng)1、信號(hào)檢測模塊2、視覺跟蹤模塊3、脈沖輸出光電隔離模塊4、模擬控制模塊5，信號(hào)檢測模塊2的輸出端及視覺跟蹤模塊3的輸出端分別與嵌入式多核控制系統(tǒng)I的輸入端連接，嵌入式多核控制系統(tǒng)I的輸出端分別與脈沖輸出光電隔離模塊4的輸入端及模擬控制模塊5的輸入端連接，脈沖輸出光電隔離模塊4的輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器連接，伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，模擬控制模塊5的輸出端與氣泵連接。
[0013]本實(shí)施例中，嵌入式多核控制系統(tǒng)I采用Xilinx FPGA XC4VFX12芯片。
[0014]本實(shí)施例中，上述信號(hào)檢測模塊2包括有霍爾開關(guān)21及光電隔離電路22，霍爾開關(guān)21輸出端與光電隔離電路22的輸入端連接，光電隔離電路22的輸出端與嵌入式多核控制系統(tǒng)I的輸入端連接。
[0015]本實(shí)施例中，上述霍爾開關(guān)21由6個(gè)霍爾傳感器組成，分別用于機(jī)床X軸、Y軸4路限位信號(hào)以及X軸、Y軸兩路原位信號(hào)的檢測，光電隔離電路22輸出6路TTL電平信號(hào)到32位RISC軟核處理器11，光電隔離電路22由3片TLP521-2芯片組成。
[0016]本實(shí)施例中，上述視覺跟蹤3包括攝像頭31、視頻解碼器32、數(shù)據(jù)傳輸接口 33，其中攝像頭31的輸出端與視頻解碼器32的輸入端連接，視頻解碼器32的輸出端與數(shù)據(jù)傳輸接口 33的輸入端連接，數(shù)據(jù)傳輸接口 33的輸出端與嵌入式多核控制系統(tǒng)I的輸入端連接。
[0017]本實(shí)施例中，上述攝像頭31為一般模擬攝像頭，用于獲取實(shí)時(shí)加工軌跡視頻，視頻解碼32采用ADV7181C芯片，用于完成加工軌跡視頻信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換以及RGB、場信號(hào)、行信號(hào)的分離，數(shù)據(jù)傳輸接口 33采用VK3366芯片，VK3366芯片的主接口為I2C接口。
[0018]本實(shí)施例中，上述脈沖輸出光電隔離模塊4由10片6N136芯片組成，光電隔離模塊4的輸出端可同時(shí)輸出10路頻率為0~9000Hz的脈沖信號(hào)到伺服驅(qū)動(dòng)器。
[0019]本實(shí)施例中，上述模擬控制模塊5包括濾波放大電路51、電磁閥52，其中濾波放大電路51的輸出端與電磁閥52的輸入端連接，電磁閥52的輸出端與氣泵連接。
[0020]本實(shí)施例中，上述濾波放大電路51采用運(yùn)算放大器。上述濾波放大電路51采用LM2904運(yùn)算放大器，電磁閥52輸入模擬電壓范圍為0~ 12V。
[0021]本實(shí)用新型基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器的工作過程如下:
[0022]1、系統(tǒng)上電后，由嵌入式多核控制系統(tǒng)I通過脈沖輸出光電隔離模塊4向伺服驅(qū)動(dòng)器輸出插補(bǔ)脈沖控制機(jī)床的X，Y軸回原位運(yùn)動(dòng)，并通過信號(hào)檢測模塊(2)輸入原位信號(hào)到嵌入式多核控制系統(tǒng)1，直到機(jī)床的X軸、Y軸移動(dòng)到原點(diǎn)位置。
[0023]2、視覺跟蹤模塊3通過攝像頭31獲取實(shí)時(shí)加工軌跡視頻，視頻解碼器32在完成加工軌跡視頻信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換以及RGB、場信號(hào)、行信號(hào)的分離后通過I2C總線將視頻數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)傳輸接口 33，然后再將視頻數(shù)據(jù)送到嵌入式多核控制系統(tǒng)I ;
[0024]3、嵌入式多核控制系統(tǒng)I獲取視覺跟蹤模塊傳輸進(jìn)來的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過脈沖輸出光電隔離模塊4輸出插補(bǔ)脈沖；
[0025]4、嵌入式多核控制系統(tǒng)I產(chǎn)生模擬PWM信號(hào)，經(jīng)過濾波放大電路51輸出到電磁閥52實(shí)現(xiàn)電磁閥的比例控制；
[0026]5、加工過程中，嵌入式多核控制系統(tǒng)I實(shí)時(shí)檢測信號(hào)檢測模塊2輸入的限位信號(hào)，當(dāng)機(jī)床X軸、Y軸運(yùn)動(dòng)超出規(guī)定的行程時(shí)，限位信號(hào)輸出高電平，此時(shí)嵌入式多核控制系統(tǒng)I發(fā)出停止加工軌跡插補(bǔ)脈沖輸出的指令。
[0027] 本實(shí)用新型能有效地提高數(shù)控加工精度，保證加工質(zhì)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，包括嵌入式多核控制系統(tǒng)(I)、信號(hào)檢測模塊(2)、視覺跟蹤模塊(3)、脈沖輸出光電隔離模塊(4)、模擬控制模塊(5)，信號(hào)檢測模塊(2)的輸出端及視覺跟蹤模塊(3)的輸出端分別與嵌入式多核控制系統(tǒng)(I)的輸入端連接，嵌入式多核控制系統(tǒng)(I)的輸出端分別與脈沖輸出光電隔離模塊(4)的輸入端及模擬控制模塊(5)的輸入端連接，脈沖輸出光電隔離模塊(4)的輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器連接，伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，模擬控制模塊(5)的輸出端與氣泵連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，其特征在于上述嵌入式多核控制系統(tǒng)(I)采用Xilinx FPGA XC4VFX12芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，其特征在于上述信號(hào)檢測模塊(2)包括有霍爾開關(guān)(21)及光電隔離電路(22)，霍爾開關(guān)(21)輸出端與光電隔離電路(22)的輸入端連接，光電隔離電路(22)的輸出端與嵌入式多核控制系統(tǒng)(I)的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，其特征在于上述霍爾開關(guān)(21)由6個(gè)霍爾傳感器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，其特征在于上述視覺跟蹤(3)包括攝像頭(31)、視頻解碼器(32)、數(shù)據(jù)傳輸接口(33)，其中攝像頭(31)的輸出端與視頻解碼器(32)的輸入端連接，視頻解碼器(32)的輸出端與數(shù)據(jù)傳輸接口(33)的輸入端連接，數(shù)據(jù)傳輸接口(33)的輸出端與嵌入式多核控制系統(tǒng)(I)的輸入端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，其特征在于上述視頻解碼器(32)采用ADV7181C芯片，數(shù)據(jù)傳輸接口(33)采用VK3366芯片，VK3366芯片的主接口為I2C接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，其特征在于上述脈沖輸出光電隔離模塊⑷由10片6N136芯片組成，光電隔離模塊⑷的輸出端同時(shí)輸出10路頻率為0~9000Hz的脈沖信號(hào)到伺服驅(qū)動(dòng)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，其特征在于上述模擬控制模塊(5)包括濾波放大電路(51)、電磁閥(52)，其中濾波放大電路(51)的輸出端與電磁閥(52)的輸入端連接，電磁閥(52)的輸出端與氣泵連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，其特征在于上述濾波放大電路(51)采用運(yùn)算放大器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，其特征在于上述濾波放大電路(51)采用LM2904運(yùn)算放大器，電磁閥(52)輸入模擬電壓范圍為0~ 12V。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA的嵌入式數(shù)字控制器，包括嵌入式多核控制系統(tǒng)(1)、信號(hào)檢測模塊(2)、視覺跟蹤模塊(3)、脈沖輸出光電隔離模塊(4)、模擬控制模塊(5)，信號(hào)檢測模塊(2)的輸出端及視覺跟蹤模塊(3)的輸出端分別與嵌入式多核控制系統(tǒng)(1)的輸入端連接，嵌入式多核控制系統(tǒng)(1)的輸出端分別與脈沖輸出光電隔離模塊(4)的輸入端及模擬控制模塊(5)的輸入端連接，脈沖輸出光電隔離模塊(4)的輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器連接，模擬控制模塊(5)的輸出端與氣泵連接。本實(shí)用新型嵌入式多核控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制，加工過程中通過視覺跟蹤模塊測量加工軌跡誤差進(jìn)行在線補(bǔ)償控制，有效地提高數(shù)控加工精度，保證加工質(zhì)量。本實(shí)用新型控制簡單方便。
【IPC分類】G05B19-404
【公開號(hào)】CN204515478
【申請?zhí)枴緾N201520259195
【發(fā)明人】鄧耀華, 鄭志航, 吳黎明
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月27日