锂离子电池极耳激光制成 软件系统 徐保国 2010-05-02Content1.简介2.激光切割极耳控制部分组成3.工艺说明4.Windows + PC 下硬件设计5.Windows + PC下打标卡介绍 6.Windows + PC 数据结构设计7.Windows + PC 下圆弧曲线算法8.Windows + PC 单循环程序设计9.Linux + PC104/FPGA下硬件描述10.Liunx + PC104/FPGA 下软件描述简介电池极耳激光制成软件系统是专为锂离 子电池制造行业量身打造的一款新型激光切 割控制系统，通过激光切割的方式制造出锂 离子电池的极耳，取代以往超声波焊接极耳 的传统工艺。该软件配合编码器对连续传送 的电池电极带料进行主动跟随切割，并配合 PLC对其传入的各项数据进行识别及计算， 自适应地进行切割速度匹配。该软件还具备 断电保护功能，能在停电后在断点处继续加 工，从而避免材料因停电而浪费 。激光切割极耳控制部分组成PLC部分主要控制收放料、传递参数、IO信号给主控 CPU单元；激光器主要输出功率和频率不同的激光，受理主控CPU 单元的指令、反馈相应信息给主控单元；振镜主要受理主控单元的指令、反馈相应执行信息。振 镜主要有两个伺服电机、两个折反镜、一个场镜、 一个 透镜组成。伺服电机带动折反镜摆动从而改变激光输出 方向，达到移动激光光点的效果；编码器主要采集片料运动情况并提供给主控CPU单元；主控CPU主要集中管理PLC单元、激光器单元、振镜单 元和编码器单元，并将相关信息提供给显示界面；各部分功能介绍工艺说明简略圆弧倒角激光系统切割电池极片由两种方式组成：切割方波形极耳和 切割下边缘直线。在切割方形极耳时，激光点按上图中的物 理轨迹动作；在切割下边缘直线时，激光打开光源，但不做 任何动作，等待切出定长度下边缘后开始下一个极耳切割；激光系统切割极耳的过程中，极片从左到右运动，如上图， 激光由原点O开始依次经过A-B-C -O；激光系统切割完一条下边缘直线和一个方波形极耳后构成一 个基本循环单元；一个电池极片有多少极耳就有多少多少个基本循环单元，多 个基本循环单元组成电池循环单元；电池循环单元的触发可以是自动循环模式，也可以是留白感 应器信号；转角处需提供可设定的圆弧倒角,可以选择定长切割废料功能 ；工艺说明Windows + PC下硬件设计l打标卡提供了连接激光器、振镜、编码器的接口，提供 静态标刻和飞行打标的功能；l打标卡控制激光器主要是向激光器寄存器中写入功率参 数和频率参数达到控制激光输出特性。功率参数直接影 响激光输出能量，频率参数影响到输出激光开启和响应 周期；l打标卡控制振镜主要是向振镜输出一个模拟型号从而控 制振镜中两个伺服电机所处的位置，同时保留命令位置 数据供上位机访问；l打标卡工作在静态标刻模式时，可以采集编码器的输入 供上位机访问；工作在飞打模式时，可以采集编码器的 值供打标卡做位置补偿； Windows + PC 下打标卡介绍Windows + PC 数据结构设计数据结构设计 -1: 将单个电池的数据设计成一个链表m_BlockList ，把整个 m_BlockList分成若干个不同的区块，设计CCutDataBlock类 描述各个区块，以m_BlockType变量区分不同的区块类型(共 分四种类型:单纯极耳、含废料的极耳、单纯废料、下边缘)。 链表m_BlockList根据实际情况顺序记录各区块。 /总的数据链表CTypedPtrListm_BlockList；/数据块 CCutDataBlock定义变量int m_BlockNo;/Block序号(每个Block都记录)int m_TearNo;/极耳序号(仅当有极耳时记录)int m_BlockType;/Block类型double m_BorderLen;/下边缘的长度值Windows + PC 数据结构设计数据结构设计 -2: m_TearArray记录单纯的极耳数据链； m_ScrapArray记录单纯的废料数据链； m_TearScrapArray记录极耳与废料在一起时的数据链；每种轨迹用轨迹上的点坐标描述： CArray m_TearArray; /单纯极耳Block中的数据 CArray m_ScrapArray; /单纯废料Block中的数据 CArray m_TearScrapArray; /极耳+废料Block中的数据Windows + PC 圆弧曲线算法倒角处圆弧插补算法:Windows + PC 单循环程序设计Linux + PC104/FPGA 下硬件描述PC104运行实时Linux操作系统，满足工业控制对控制器的硬实 时要求；PC104插在以FPGA为控制器的底板的PC/104插槽上， 通过PC/104总线协议与FPGA通信；底板扩展出激光器、电机、 模数转换器、数模转换器、I/O点等接口，可以实现激光器及多个 电机的同时控制，并满足工业控制对于模拟量、I/O量的需要Linux + PC104/FPGA下软件描述l系统硬件抽象层l嵌入式实时操作系统l嵌入式实时系统应用程序Linux + PC104/FPGA下软件描述l嵌入式实时应用程序：运行于操作系统之上，利用操作系统 提供的实时机制完成特定功能的嵌入式应用，其实现激光切 割极耳的方法与Windows平台一样;l嵌入式实时操作系统;【嵌入RTLinux硬实时系统】l硬件抽象层主要屏蔽底层不同硬件的差别，具体实现过如下:1,硬件信号的抽象分为数字量和模拟量两种形式，而数字量形式中又可按信 号的数值位数分为bit、byte、short、int和long等。可以把这些信号都抽象 为C语言中的char（unsigned char）、short int（unsigned short int） 、int（unsigned int）、long（unsigned long）和double等数据类型 typedef enum HAL_BIT = 1, HAL_FLOAT = 2, HAL_S8 = 3, HAL_U8 = 4, HAL_S16 = 5, HAL_U16 = 6, HAL_S32 = 7, HAL_U32 = 8 hal_type_t;Linux + PC104/FPGA下软件描述 /* 信号数值变量类型声明 */ typedef volatile unsigned char hal_bit_t; typedef volatile unsigned char hal_u8_t; typedef volatile signed char hal_s8_t; typedef volatile unsigned short hal_u16_t; typedef volatile signed short hal_s16_t; typedef volatile unsigned long hal_u32_t; typedef volatile signed long hal_s32_t; typedef volatile float hal_float_t; 硬件抽象层中硬件信号数据结构hal_sig_t，每个硬件的所有信号都以 hal_sig_t的单向链表组织起来Linux + PC104/FPGA下软件描述(2) 硬件功能的抽象 每种硬件都能完成某种特定的功能，每种功能都可以被抽象成一个函数被 系统或其他硬件模块所调用; (3) 定时查询机制的实现 操作系统或嵌入式应用软件常常需要定时读写某个硬件的一些端口的状态 或数据。利用了RTLinux的实时周期线程实现了这种定时查询机制。系统 首先通过调用int hal_create_thread(char *name, unsigned long period_nsec, int uses_fp)函数创建定时线程