【摘要】：針對激光雕刻機加工效率低和控制不精確等問題,提出了改進的激光雕刻機控制系統(tǒng)設(shè)計方案。對傳統(tǒng)的激光雕刻控制系統(tǒng)中小線段高速加工部分進行改進,提出了一種基于非均勻B樣條曲線插補算法和具有速度前瞻功能的S型曲線加減速算法相結(jié)合的連續(xù)小線段高速加工方法,有效增強整個系統(tǒng)的運算速度和插補精度。此外,針對不同的激光雕刻圖像格式,提出了兩種圖像雕刻方法,并且優(yōu)化了激光雕刻的換行軌跡,提高了G代碼掃描速度。對于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中只能依靠單片機控制驅(qū)動以及插補所帶來的雕刻速度慢的問題,提出加入FPGA協(xié)同STM32共同進行激光雕刻控制。為了合理分配控制任務(wù),下位機主要通過STM32與PC機進行通信并完成插補計算,同時利用FPGA控制步進電機驅(qū)動以及激光器電源的啟停。考慮到控制系統(tǒng)需要實時處理激光雕刻的問題,因此PC機通過USB接口與單片機連接,完成在線實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù),便于用戶隨時更改激光束功率設(shè)置參數(shù)。通過非均勻B樣條算法將小線段進行擬合,結(jié)合離散的S型曲線加減速算法對雕刻速度進行規(guī)劃,并將速度前瞻模型應(yīng)用到小線段轉(zhuǎn)折點處的速度規(guī)劃中,從而減小沖擊力并提高激光頭在拐點處的加工速度。對實際的插補過程設(shè)計實驗,結(jié)果表明,非均勻B樣條擬合曲線的弓高誤差小于插補參數(shù)的設(shè)定值,擬合結(jié)果準(zhǔn)確;與傳統(tǒng)無前瞻功能的S型曲線插補算法相比,加入前瞻功能夠使進給速度明顯提升,因此改進的算法能夠幫助系統(tǒng)提高魯棒性和實時性。對于BMP和PLT兩種格式圖像,提出對應(yīng)的雕刻方法,通過改進激光頭的換行軌跡,滿足了激光加工過程中高速掃描G代碼的技術(shù)要求。為了使圖像在工件表面布局合理、雕刻清晰,分別利用幾何變換、二值化、中值濾波和最大類間方差閾值分割算法對圖像進行處理,通過實驗進行仿真驗證,并最終設(shè)計出上位機的刀路生成界面和監(jiān)測界面。
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TS932;TH122
【圖文】：

橫向?qū)к?反射鏡 滑圖 2 激光雕刻機結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure diagram of the laser機的傳動控制系統(tǒng)由橫梁、滑塊和進電機驅(qū)動控制，激光雕刻機可根據(jù)光鏡位置，從而形成熔蝕的痕跡，達(dá)雕刻過程的干擾，在激光雕刻機內(nèi)部件的距離為 1-2mm，通過反饋裝置對程機的控制系統(tǒng)利用圖像處理算法對待度化和閾值分割等，然后將產(chǎn)生的STM32 通過輸出高電平信號控制步進

5）配置下載。設(shè)計的最后一步，即程序的下載調(diào)試。 驅(qū)動器設(shè)計1 步進電機驅(qū)動設(shè)計本課題選用的步進電機驅(qū)動器型號為 A4988，該產(chǎn)品具有內(nèi)置轉(zhuǎn)換功能，只需輸入一個固定脈沖值，便可產(chǎn)生微步驅(qū)動效果，整體操作簡單。A49電機驅(qū)動器可在多種步進模式下驅(qū)動步進電動機，輸出的電壓值為 35 V為 2A。芯片的特點主要包括 RDS 的輸出較低，能夠同步整流小功率消耗測電流的衰減情況，同時兼容 3.3V 和 5V 兩種邏輯電源，具有多種的短路等[42]。A4988 的核心器件是關(guān)斷時間電流穩(wěn)壓器，該器件最主要特性于慢速混合衰減狀態(tài)，不需要轉(zhuǎn)換成相位順序表或者高頻控制行就能正適合作為激光雕刻機的電機驅(qū)動，圖 9 所示為設(shè)計出的步進電機驅(qū)動模塊

其電氣參數(shù)如表 3 所示。表 3 MAX3669 芯片電氣參數(shù)Table 3 Electrical parameters of MAX3669 chip參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)要求封裝引腳 24/32最高速率 622Mbps電壓供電 3.3V 或 5V程偏置電流范圍 1mA~80mA程調(diào)制電流范圍 5mA~75mA工作溫度 -40℃~85℃動激光器時，MAX3669 不能單獨使用，需要結(jié)合外圍電路，設(shè)計出模塊如圖 10 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2765018