Разработка метода обеспечения гибкости систем ЧПУ лазерного технологического оборудования на основе их модульной организации архитектуры

• Автор: Обухов, Александр Игоревич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Анализ программного обеспечения современных систем ЧПУ и возможностей их адаптации для лазерной обработки

1.1 Общая структура системы ЧПУ и геометрическая задача

управления

1.2 Обзор азгоритмов управления движением в системах ЧПУ.

1.3 Проблема управления импульсной обработкой

1.4 Специфика взаимодействия системы ЧПУ с устройствами,

осуществляющими автономное управление движением.

1.5 Анализ открытости систем ЧПУ и возможностей их адаптации для

управления лазерными технологическими системами.

1.6 Формирование требований к структуре и функциональности системы ЧПУ

1.7 Постановка задач исследования.
Глава 2. Построение модели программного обеспечения системы ЧПУ для лазерной обработки
2.1 Выявление общих модулей в структуре специализированных систем управления для лазерной обработки.
2.1.1 Характеристики установок и систем управления
2.1.2 Выделение совокупности компонентов для обобщенной системы управления лазерными станками.
2.2 Создание обобщенной структуры системы ЧПУ для управления
лазерной обработкой.
2.3 Структура ядра обобщенной системы ЧПУ.
2.3.1 Спецификация интерфейсов ядра системы.
2.3.2 Формирование структуры интерполятора
2.3.3 Схема диспетчеризации потоков.
2.4 Метод обеспечения гибкости системы ЧПУ для лазерной
обработки.
2.5 Выводы
Глава 3. Разработка механизма параметрического программирования кон туров при лазерной обработке.
3.1 Исследование способов программирования систем ЧПУ.
3.2 Представление о структурированном языке высокого уровня как
средстве повышения открытости систем ЧПУ.
3.3 Способ реализации интерпретатора структурированного языка
высокого уровня
3.4 Модель интеграции интерпретатора языка высокого уровня в
систему ЧПУ.
3.5 Выводы
Глава 4. Разработка архитектурной модели интерполятора и алгоритмов управления движением для лазерной обработки сложных контуров. Практические аспекты реализации интерполятора
4.1 Спецификация интерфейсов блоков интерполятора.
4.2 Поддержка классических алгоритмов интерполяции
4.3 Разработка универсального алгоритма интерполяции параметрических кривых.
4.4 Разработка алгоритма линейного разгонаторможения, независимого
от типа интерполируемой кривой.
4.5 Разработка усовершенствованного алгоритма управления подачей при импульсной лазерной обработке
4.5.1 Алгоритм нахождения максимально допустимой скорости на основе опережающего просмотра кадров
4.5.2 Алгоритм синхронизации движения и импульсов излучения
4.6 Практические аспекты реализации ядра системы ЧПУ
4.6.1 Общая программная структура ядра.
4.6.2 Реализация механизма диспетчеризации потоков.
4.7 Объектноориентированная реализация интерполятора.
4.8 Выводы
Глава 5. Проверка достоверности полученных результатов на основе сравнения аналитических и экспериментальных данных
5.1 Подтверждение соответствия реализованных алгоритмов интерполяции математическому представлению кривых.
5.2 Измерение показателей ресурсоемкости разработанных алгоритмов
управления движением
5.3 Тестирование алгоритмов разгона и торможения
5.4 Анализ выходных сигналов
5.5 Сравнение производительности обработки
5.6 Выводы
Выводы и результаты работы.
Список литературы


За несколько десятилетий промышленные лазеры превратились из громоздких маломощных устройств с низким КПД и почти нерегулируемым излучением, для передачи которого требовалась целая система линз и зеркал, в небольшие по габаритам агрегаты, передающие излучение по гибкому оптоволоконному кабелю непосредственно в зону обработки и возможностью многоступенчатой регулировки мощности. При помощи лазерного технологического оборудования решаются задачи лазерной маркировки, послойного порошкового синтеза, графики в прозрачных средах, сварки, закалки резки л истового металла и комплексной механолазерной обработки 2. В ряде установок системы дефлекции лазерного луча совмещаются, с приводами, подач для обеспечения обработки заготовок с большими габаритами и возможности проводить несколько технологических операций на одном станке. Характеристики лазерной обработки проиллюстрированы на интеллекткарте рис. Как можно видеть из схемы, в некоторых случаях требуется совместное управление несколькими устройствами для позиционирования пятна лазерного луча приводами и сканатором. Причем эти устройства могут иметь совершенно несовместимые интерфейсы, недоступные приложениям из единой операционной системы. Это требует особого подхода к построению архитектуры системы управления. Следует обратить внимание на то, что лазеры по виду излучения разделяются на импульсные и непрерывные. Алгоритмы управления движением пятна луча для них могут принципиально отличаться. Рис. Указанные проблемы не позволяют использовать одну многофункциональную систему ЧПУ для решения класса технологических задач по управлению лазерной обработкой, поэтому на рынке существует множество специализированных систем управления. Разработка обобщенного решения, обеспечивающего возможность компоновки систем управления для разных установок на основе единой архитектуры, позволит значительно снизить затраты на разработку и обслуживание установок для лазерной обработки, а также на обучение персонала. Кроме того, реализация в системе ЧПУ возможности синхронизации движения с лазерным излучением значительно повысит эффективность импульсной обработки. Исходя из сказанного, можно заключить, что тема диссертации, направленная на разработку метода обеспечения гибкости систем ЧПУ лазерного технологического оборудования на основе их модульной организации архитектуры, является актуальной. Цель исследования. Целью данного исследования является повышение эффективности процесса разработки систем ЧПУ лазерного технологического оборудования на основе модульной организации архитектуры, обеспечивающей гибкость системы управления. Сокращения времени обработки изделий низкочастотным импульсным лазерным излучением по сравнению с обработкой на системах, не реализующих синхронизацию движения с импульсами. Упрощения программирования сложных контуров. Обеспечения расширяемости геометрической задачи системы ЧПУ и реализации совместного управления дефлектором и приводами подач, осуществляющими перемещение пятна лазерного луча в рабочем поле, в рамках выполнения одной управляющей программы. На лазерных станках с применением низкочастотного лазерного излучения с частотой импульсов в несколько десятков Гц предполагается сократить время обработки на по сравнению с многофункциональными системами ЧПУ общего назначения, имеющимися на рынке. Результаты работы использованы для создания систем управления и установок по темам Создание многофункционального интеллектуального контроллера движения с открытой архитектурой для управления технологическим оборудованием гб НИР р, госкон гракт П6 от г. НИР р, госконтракт П0 от г. ЧПУ для управления станками лазерной гравировки в объеме и на плоскости гб НИР р, госконтракт . На основе результатов работы созданы объекты интеллектуальной собственности свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ от , от , от , от , от , от . Методы исследования. Теоретические исследования в работе базировались на методах системного анализа, объектноориентированного проектирования декомпозиции, абстракции, концепции объектноориентированногопрограммирования. Использовались технологии . Научная, новизна.