【摘要】：針對(duì)激光雕刻機(jī)加工效率低和控制不精確等問(wèn)題,提出了改進(jìn)的激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。對(duì)傳統(tǒng)的激光雕刻控制系統(tǒng)中小線段高速加工部分進(jìn)行改進(jìn),提出了一種基于非均勻B樣條曲線插補(bǔ)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(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算速度和插補(bǔ)精度。此外,針對(duì)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(duì)于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中只能依靠單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)以及插補(bǔ)所帶來(lái)的雕刻速度慢的問(wèn)題,提出加入FPGA協(xié)同STM32共同進(jìn)行激光雕刻控制。為了合理分配控制任務(wù),下位機(jī)主要通過(guò)STM32與PC機(jī)進(jìn)行通信并完成插補(bǔ)計(jì)算,同時(shí)利用FPGA控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及激光器電源的啟停�？紤]到控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)處理激光雕刻的問(wèn)題,因此PC機(jī)通過(guò)USB接口與單片機(jī)連接,完成在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù),便于用戶隨時(shí)更改激光束功率設(shè)置參數(shù)。通過(guò)非均勻B樣條算法將小線段進(jìn)行擬合,結(jié)合離散的S型曲線加減速算法對(duì)雕刻速度進(jìn)行規(guī)劃,并將速度前瞻模型應(yīng)用到小線段轉(zhuǎn)折點(diǎn)處的速度規(guī)劃中,從而減小沖擊力并提高激光頭在拐點(diǎn)處的加工速度。對(duì)實(shí)際的插補(bǔ)過(guò)程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,非均勻B樣條擬合曲線的弓高誤差小于插補(bǔ)參數(shù)的設(shè)定值,擬合結(jié)果準(zhǔn)確;與傳統(tǒng)無(wú)前瞻功能的S型曲線插補(bǔ)算法相比,加入前瞻功能夠使進(jìn)給速度明顯提升,因此改進(jìn)的算法能夠幫助系統(tǒng)提高魯棒性和實(shí)時(shí)性。對(duì)于BMP和PLT兩種格式圖像,提出對(duì)應(yīng)的雕刻方法,通過(guò)改進(jìn)激光頭的換行軌跡,滿足了激光加工過(guò)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(lèi)間方差閾值分割算法對(duì)圖像進(jìn)行處理,通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真驗(yàn)證,并最終設(shè)計(jì)出上位機(jī)的刀路生成界面和監(jiān)測(cè)界面。
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TS932;TH122
【圖文】：

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

5）配置下載。設(shè)計(jì)的最后一步，即程序的下載調(diào)試。 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)本課題選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為 A4988，該產(chǎn)品具有內(nèi)置轉(zhuǎn)換功能，只需輸入一個(gè)固定脈沖值，便可產(chǎn)生微步驅(qū)動(dòng)效果，整體操作簡(jiǎn)單。A49電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可在多種步進(jìn)模式下驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，輸出的電壓值為 35 V為 2A。芯片的特點(diǎn)主要包括 RDS 的輸出較低，能夠同步整流小功率消耗測(cè)電流的衰減情況，同時(shí)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(shí)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(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，圖 9 所示為設(shè)計(jì)出的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)激光器時(shí)，MAX3669 不能單獨(dú)使用，需要結(jié)合外圍電路，設(shè)計(jì)出模塊如圖 10 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2765018