一种真空离子束抛光机控制系统及其通讯方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及真空离子束抛光机技术领域，具体涉及一种真空离子束抛光机控制系统，本发明还涉及该真空离子束抛光机控制系统的通讯方法。
【背景技术】
[0002]离子束抛光是一种非接触式的高确定性光学加工手段，离子束抛光利用离子源发射出的具有一定能量与空间分布的离子束刘轰击光学便面，入射离子在光学表面一定深度内发生溅射效应，通过级联碰撞将能量传递给工件原子使其离开原位，当工位原子运动到工件表面并且能量大于材料表面束缚能时，工件原子飞离材料表面形成材料去除，然后结合计算机控制光学表面成形原理对光学表面进行加工。
[0003]现有的真空离子束抛光机主要由真空控制单元、离子源运动控制单元和离子源控制单元构成。工件加工前首先进行检测工作，从而获取工件表面的等高图、工件集合参数信息，进而计算获取离子束轰击的路径、驻留时间等参数以供工件进行加工使用。在工件进行加工时，真空控制单元实时控制工件的加工环境，保证真空离子束抛光机的真空系统和水冷系统正常运作。离子源运动控制单元则可以采用五轴CNC系统进行控制，从而对各运动轴的运动进行控制，保证离子束轰击工件表面任何部分。而离子源控制单元则对离子束能量、束流密度、加速电压、工作气体流速等各项离子源工作参数进行监测与控制，以保证对工件的准确加工。
[0004]现有技术中，在真空离子束抛光机使用时，真空控制单元、离子源运动控制单元和离子源控制单元分别独立工作，以共同实现对真空离子束抛光机的控制。并没有统一的系统完成对真空控制单元、离子源运动控制单元和离子源控制单元的管理，一方面耗费人力，另一方面不容易综合联系各个控制单元的信息数据，对加工的精确性会有影响。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够实现对真空离子束抛光机中各个控制单元实现统一监控管理的真空离子束抛光机控制系统。
[0006]本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种方便各控制单元之间灵活通讯以综合真空离子束抛光机中各部件工作信息的真空离子束抛光机控制系统的通讯方法。
[0007]本发明解决上述第一技术问题所采用的技术方案为:一种真空离子束抛光机控制系统，其特征在于包括:
[0008]真空控制单元，用于监测和控制真空离子束抛光机中各栗体的工作；
[0009]离子源控制单元，用于监测和控制离子源的工作数据；
[0010]离子源运动控制单元，与离子源的驱动装置通讯连接，用于监测和控制离子源各驱动装置的运动状态；
[0011]PLC控制器，分别与所述真空控制单元、离子源控制单元通讯连接，用于采集所述真空控制单元、离子源控制单元的工作数据；
[0012]I/O扩展模块，分别与所述PLC控制器、所述真空控制单元和所述离子源运动控制单元通讯连接，用于将所述真空控制单元中的运动位置信息、所述离子源运动控制单元中的轴限位开关数据信息进行转换后传送到PLC控制器中；
[0013]上位机，分别与所述离子源运动控制单元、PLC控制器通讯连接，用于综合处理各控制单元上传的数据信息；
[0014]人机交互屏，与所述上位机通讯连接，用于显示真空离子束抛光机的控制界面并根据上位机处理获取的数据实时更新真空离子束抛光机的运行界面。
[0015]优选地，所述PLC控制器与所述上位机之间通过0PC服务器通讯连接，所述离子源运动控制单元与所述上位机之间通过NCDDE服务器通讯连接；
[0016]所述真空控制单元、离子源控制单元与所述PLC控制器通过现场总线通讯连接，所述I/o扩展模块分别与所述PLC控制器、所述真空控制单元和所述离子源运动控制单元之间通过现场总线通讯连接。
[0017]本发明解决上述第二技术问题所采用的技术方案为:一种真空离子束抛光机控制系统的通讯方法，其特征在于包括如下步骤:
[0018]步骤一、在上位机上分别构建所述真空控制单元的真空组态控制界面、构建所述离子源控制单元的离子源组态控制界面、构建所述离子源运动控制单元的运动组态控制界面，将所述真空组态控制界面、离子源组态控制界面和运动组态控制界面联系集成为一能够综合显示各控制界面的真空离子束抛光机组态界面，以显示在所述人机交互屏上；
[0019]步骤二、利用真空控制单元实时采集真空离子束抛光机的真空系统工作数据，利用离子源控制单元实时采集真空离子束抛光机的离子源系统工作数据，离子源运动控制单元实时采集离子源运动系统中各个运动轴的运动状态数据，I/O扩展模块实时获取真空控制单元中各个运动装置的位置信息并转换为PLC控制器可识别的数据信息，I/O扩展模块还实时获取离子源运动系统中各个运动轴的限位开关信号并转换为PLC控制器可识别的数据信息；
[0020]真空控制单元将采集的真空系统工作数据通过现场总线通讯协议实时上传到PLC控制器中；
[0021]离子源控制单元将采集的离子源工作数据通过现场总线通讯协议实时上传到PLC控制器中；
[0022]I/O扩展模块将转化后的真空系统中各个运动装置的运动状态数据以及各个运动轴的限位开关信号通过现场总线通讯协议实施上传到PLC控制器中；
[0023]步骤三、PLC控制器将其接收的数据通过0PC服务器上传到上位机中，离子源运动控制单元将其采集的各个运动轴的运动状态数据通过NCDDE服务器上传到上位机中；
[0024]步骤四、上位机将接收的各种数据对应显示在人机交互屏的各组态控制界面中，以形成能够实时显示真空离子束抛光机中各部件工作状态的真空离子束抛光机组态控制界面，进而操作人员能够通过真空离子束抛光机组态控制界面向真空离子束抛光机控制系统中各控制单元发送控制命令，从而实现操作人员和真空离子束抛光机控制系统中各控制单元的人机通讯对话。
[0025]方便地，真空离子束抛光机组态界面的构建方法具体为:利用VB语言在上位机提供的HMI programming package框架基础上，分别添加子菜单，分别根据真空系统结构绘制出所述真空控制单元的真空组态控制界面嵌入到HMI Advanced中，根据离子源系统绘制出所述离子源控制单元的离子源组态控制界面嵌入到HMI Advanced中，根据离子源运动系统绘制出所述离子源运动控制单元的运动组态控制界面嵌入到HMI Advanced中，从而形成一个综合包含有所述真空组态控制界面、离子源组态控制界面和运动组态控制界面的真空离子束抛光机组态界面。
[0026]方便地，所述PLC控制器与所述真空控制单元、离子源控制单元之间通过Profibus DP协议进行通讯连接，所述I/O扩展模块与所述PLC控制器、所述真空控制单元和所述离子源运动控制单元之间也通过Profibus DP协议进行通讯连接。
[0027]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明中的真空离子束抛光机控制系统能够通过一台上位机同时实现和真空离子束抛光机中真空控制单元、离子源控制单元和离子源运动控制单元的通讯，从而方便对各控制单元的综合监测、控制和管理，信息量大且综合，功能强，使用方便。本发明中真空离子束抛光机控制系统的通讯方法能够在真空离子束抛光机现有的控制单元基础上，方便实现其进行综合改造，通过与增加的PLC控制器和上位机的通讯，实现现有各控制单元的信息综合，大大方便了使用者对真空离子束抛光机中各控制单元的监控和管理，各控制单元与上位机之间的通讯方便且灵活。
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例中真空离子束抛光机控制系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0030]如图1所示，本实施例中的真空离子束抛光机控制系统，包括有真空控制单元1、离子源控制单元2、离子源运动控制单元3、PLC控制器4、I/O扩展模块5、上位机6和人机交互屏7。
[0031]现有的真空离子束抛光机主要有三部分组成，分别有真空系统、离子源系统和离子源运动系统。真空系统中具有多种栗体，在个栗体的配合工作下，保证离子束剖光的机的工作环境和样品剖光前的处理工作。离子源系统主要为离子源发生机构，离子源系统针对样品进行工作，从而对样品进行离子束抛光处理。离子源运动系统则主要为离子源的驱动装置，该离子源系统带动离子源按照设定的运动方式进行运动从而能够将样品进行抛光以修正工件表面。
[0032]其中真空控制单元1即与真空离子束抛光机的真空系统相连接，该真空控制单元1实施监测和控制真空离子束抛光机中各栗体的工作，从而保证真空离子束抛光机的真空系统正常运行。
[0033]离子源控制单元2则与真空离子束抛光机的离子源系统相连接，一方面按照设定参数控制离子源的工作，同时实时采集离子源的实际工作数据，从而实现对离子源系统的监测和控制。
[0034]本实施例中的离子源系统即为一个五轴的CNC系统，离子源运动控制单元3即为CNC系统的数控单元，该离子源运动控制单元3与CNC系统中的五个运动轴驱动器分别通讯连接，从而监测和控制各运动轴的运动状态。
[0035]PLC控制器4分别与真空控制单元1、离子源控制单元2通讯连接，真空控制单元
1、离子源控制单元2分别将其采集的真空系统中各栗体的实时工作数据、离子源的实时工作数据上传到PLC控制器4中。
[0036]I/O扩展模块5分别与PLC控制器4、真空控制单元1和离子源运动控制单元3通讯连接，该I/O扩展模块5可以接收真空控制单元1中传送的各栗体的运动位置信息以及离子源运动控制单元3中采集的轴限位开关数据信息，I/O扩展模块5接收这些信息后并对这些信息进行转换，转换成能够供PLC控制器4接收和处理并方便PLC控制器4传送给上位机6的数据。
[0037]本实施例中真空控制单元1、离子源控制单元2与PLC控制器4根据Profibus DP协议通过现场总线实现通讯连接，I/O扩展模块5分别与PLC控制器4、真空控制单元1和离子源运动控制单元3之间也根据Profibus DP协议通过现场总线通讯连接。
[0038]上位机6则分别与离子源运动控制单元3、PLC控制器4通讯连接，离子源运动控制单元3、PLC控制器4采集的信息可以通过上位机6上