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激光雕刻机的研究

来源:科泰激光科技 发布时间: 2013/9/28 16:31:06 【返回上一步】
本页关键词:科泰雕刻机

 

基于工控机控制方式的 CO 激光雕刻机的研究
 
激光雕刻机作为典型的光、机、电一体化产品, 可分别实现材料的清扫、勾边、位图三种加工方式 , 具有激 光光笔与工件无接触 , 不会划伤其表面 , 切缝窄且切口光滑, 加工效率高、 精度好等特点 ~ 。 它既能实现精 确度要求非常高的, 手工和机械所无法超越的雕刻 , 也能对橡胶板、有机板、 塑料板、亚克力板、皮革、织物等 非金属材料实现加工 , 可以广泛地应用于印刷、模型制造、工艺广告制作等行业, 具有十分广阔的市场前景。 激光加 工在 对传 统工业的 改造 中将发挥愈 来愈 显著 的作 用 。
 
1 激光雕刻控制方式
 
1 1 计算机控制的激光雕刻系统
 
计算机控制激光雕刻系统主要由计算机、接口 电路卡、驱动电路等组成, 结构如图 1 所示。 计算 机的功能是完成雕刻内容的输入和雕刻控制算法 ,
 
产生步进电机转动所需的电脉冲信号和激光器出 光控制信号并送到计算机主板上的接口卡 , 以实现 信号的锁存、速度的匹配和传输的驱动等。 步进电 机驱动电路主要是增加脉冲信号的带负载能力 , 从 而驱动步进电机。
 
该模式的优点是可以充分利用计算机的强大功能 , 在计算机上用制图软件制作图形、 图象; 由于计算机 速度快 , 运算能力强, 可以釆用 比较复杂但精度很高的插补运算, 控制过程比较容易。
 
但这种控制模式也存在缺陷。 ” 上位机大部分时间只是在输出简单的控制脉冲信号 , 造成资源的浪 费 , 上位机通常价格贵 , 这就提高了整个系统的成本。 2〉 计算机体积、质量偏大 , 不利于激光雕刻机的小型 化。 由于釆用软件控制, 不仅不够直观 , 而且要求操作人员具备一定的计算机知识。
 
1 2 单片机控制的激光雕刻机
 


单片机控制模式结构如图 2 所示 , 主要由单片机控制器、步进电机驱动电路、输入电路等组成。 该模式 主要是利用单片机来控制激光雕刻插补控制, 点阵雕刻 , 并输出激光出光的控制信号。 雕刻内容的输入只能 通过键盘以指令的形式输入 , 或将加工的 内容写入程序存储器中。

 
这种控制模式的优点是价格低廉, 减少了雕刻 机的整机体积 , 降低了成本 , 可以在工业现场稳定 可靠地工作。 缺陷是单片机不论是运算能力、运行 速度还是内外部的资源都明显比不上计算机, 对矢 量图的雕刻 只能釆用 较简单 的插补运算 , 若使用复 杂的算法, 则雕刻速度较慢。
 
1 3 工控机控制的激光雕刻机
 
单一的计算机控制和单一的单片机控制都存在明显的缺陷 , 现设计一个计算机和单片机控制相结合的 控制系统 ⑺ 。 上位机为 机 , 下位机为单片机。 X 机完成相应的图形处理 , 并完成加工文件的生成 , 单片 机控制加工过程, 雕刻出相应的图形。 这种激光雕刻机控制系统的优点是 : ” 实现了图形处理与雕刻加工 相分离, 雕刻的图案可由专人设计, 解决了单片机
的难于加工复杂图形的缺陷。 多个单片机可由 台 机 控制 , 从而 不用 像计 算机 控制 那样 , 一台雕 刻机配备一台 X 机, 成本大大的降低 , 并且当加工 文件下载到单片机后 , 况 就可以用于其它工作 , 充 分利用了资源。 2〉 便于实现雕刻机的小型化。 即 釆用工业 X 机 十 步进电机控制卡 十 激光脉冲控制 卡 〔 定制 〉 ^ 控制软件 〖 定制 〉 模式。 激光雕刻机的 控制原理框图如图 3 所示。
 


2 1 控制器硬件总体设计
 
激光雕刻机控制器硬件主要是由 “232 串行通信电路、 8031 单片机、步进电机驱动电路、尺0^ /― 扩 展 电路 、 I 70 接口 电路 、 键盘 电路 、 时钟 电路 、直 流电 源 电路 、复 位电 路等 组成 『 ^ 。
 
主板 电路是 '激光雕刻控制系统的主体部分,其电路主要 包括 : 8031 单片机 , 2 片 161〈 静态数据存储器芯片 , 1 片 32 X 电擦除可编程只读存储器芯片, 7礼3139 译码器芯片,
 
746373 地址锁存器芯片, 直流电源电路 , 单片机外围电路 ^ 时钟电路, 复位电路等 〉。 硬件的总体框架图如图 4 所示。
 


激光雕刻机控制器要接受 况 机传输过来的图形文件 必须要有通行功能, 8031 单片机具有一个异步串行口。 在 设计串行通信电路时 , 主要考虑串行通信标准接口、通信方 式、 电平转换等。
 
现在 串行通信 标 准 接口有 尺3232、 ^^422 ^^485 等 ,
 
尺3232 是异步通信中应用 最广泛 的标准接 口 。 它 的信号传输 方式为单向方式, 改进后的 尺^422 及 尺3485的传输方式为差 动式传输。 83232 使用单向方式传输信息时的传输长度可达
 
15爪, 而 尺3422 及 尺3485 使用差动方式传输信息时可达 1 200爪。 从信息的稳定性来说差动式的传输要比单向 式的传输好, 抗噪声的能力以差动的传输方式**。 综合需求、成本及各接口的性能要求 , 选用 63232
 
本系统釆用单片机串行口工作方式 I 波特率设置为 600 匕/。 由于 尺3232 的逻辑电平对地是对称的, 这完全与 丁几復03 的电平不同。 8051 单片机釆用的是 丁几 电平。 尺3232 驱动器与单片机的连接必须经 过电平转换。 本系统釆用 ^4X232 电平转换集成芯片实现 尺3232 电平与 I丁^ 电平之间的相互转换。
 
2 2 下位机的软件设计
 
主程序是一个顺序执行的无限循环的程序 , 并根据相应的操作执行相应的子程序。 激光雕刻机的主程序见图五。
 
3  雕刻机整体设计

   综合考虑各种因素, 采用模块化结构, 把工作部分、激光器部分及外围设备分成几个模块。在运动上, 激光

束做一维运动, 工件做一维进给运动来完成雕刻任务, 激光管水冷, 工作腔安装抽气过滤装置。原理图见图6。

                               
 
   总之, 激光雕刻机是集光、机、电一体化的综合设备, 由激光部分、机械部分、控制部分及其它部分有机组

成, 可以是一体化的也可以是模块化的结构。因此, 要设计这样的一种设备就要综合考虑多方面的因素。
   该激光雕刻机采用 PC机作为控制部件控制全部的操作。主要实现文字及图形文件的处理和雕刻机的

软件控制, 同时控制步进电机的工作情况, 激光的开启关闭, 冷却水及过滤水的开停, 以及抽气吹气装置的控

制。在雕刻机支架上装有轮子, 以便于激光雕刻机的移动, 同时支架上还装有螺栓以便调平雕刻机。激光雕
刻机在加工时, 工件采用可折叠的支撑板支撑, 不用时放下, 用时撑起来。工作台下边架子上具有较大的空

间, 可以用来放置过滤箱和电源箱, 使结构看起来紧凑而不零散。图7为系统的总体示意图。图 8为用 pro/

e建立的三维效果图。

 

4   结果分析

     激光雕刻机的控制系统是雕刻机的控制核心, 其控制功能的强弱, 控制性能的优劣直接关系着激光雕刻
机的加工质量与加工效率, 对整个雕刻机的性价比和市场竞争力都至关重要。

     本文选用 –5+-2, 长 1 250mm 的二氧化碳激光管, 输出功率60W; 电源**脉冲频率 800H z; –16聚焦透
 

山东聊城科泰激光科技有限公司是专业生产刻章机、激光刻章机、电脑刻章机、激光雕刻机等产品的高新技术企业。全国统一热线:400-0635-585  手机:13563000323 。对刻章机 激光雕刻机产品以及刻章机价格都有兴趣和关注的朋友可以添加收藏,也可登录我们科泰刻章机官网进行咨询探讨,在线专家会为您即时回馈。在本期文章里,科泰资深刻章机研究专员为大家资讯分析以上趋势 如有雷同 实属荣幸!

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