基于微机的激光雕刻机控制系统设计

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:785

作者：清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室（１０００８４）于政涛林喜荣周云龙北京开天科技公司（１０００８５）黄新银王敏来源：《电子技术应用》

摘要：叙述了基于ｐｃ机的激光雕刻机运动轨迹插补控制软件的设计与实现和其外围接口特性。 关键词：控制ｃｎｃ插补原理计算机并口

激光是２０世纪６０年代初期兴起的一项新技术，由于其具有单色性好，高亮度和方向性好的特点，对各个技术领域产生了巨大的影响。而近年来的基于ｃｎｃ（ｃｏｍｐｕｔｅｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ）的激光雕刻机作为一种机、光、电、算相结合的高科技产品也在市场上出现，其应用相当广泛，市场需求量很大。由于该产品大部分是由国外进口，其价格之高，令一般的国内消费者难以接受。主要同类产品有日本的ｍｉｍａｋｉｐｒｏ的专业刻字机，上海长江汇众企业发展有限公司的长江激光雕刻机和北京开天科技公司的ｆｃ－１５型激光雕刻机等。本文主要介绍激光雕刻机的控制系统的软件设计以及主要端口的接口特性。在该激光雕刻机控制系统中，主要采用基于ｐｃ机的数字控制系统，通过并口和步进电机驱动器来控制步进电机，从而达到控制工作台（或激光束）的走向和速度的目的。

１控制软件的设计

1.1 插补原理

在激光雕刻机中为了实现对激光雕刻机的控制，主要采用矢量化的方法将控制分成不同种类的基本矢量，其中包括直线、圆弧、椭圆三个基本矢量。再利用插补原理来实现对这三个基本矢量的数字逼近。在激光雕刻机的控制系统中要求能够达到较高的速度和精确度，因此控制软件的计算不能太复杂，花费的时间不能太多，这就是使用插补原理的原因所在。在本系统中所采用的为逐点比较插补算法。所谓逐点比较插补算法，即每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较，使该点在给定轨迹的上方或下方，或在给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向，使之趋近加工轨迹。如此走一步，比较一次，决定下一步走向，逐步逼近给定的轨迹。逐点比较法是以折线来逼近直线或圆弧曲线的，它与规定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量，只要将脉冲当量（即每走一步的距离）取得足够小，就可以达到加工的精度要求。下面以直线为例来说明插补原理。如图１所示。

偏差计算公式假定加工第一象限的直线ｏａ，取直线起点为坐标原点ｏ，直线终点坐标ａ（ｘｅ，ｙｅ）是已知的。ｍ（ｘｍ，ｙｍ）为加工点（动点）。若ｍ在ｏａ直线上，则根据相似三角形的关系有：

xm / ym=xe / ye

取ｆｍ＝ｙｍｘｅ－ｘｍｙｅ作为直线插补的偏差判别式。

若ｆｍ＝０，表明ｍ点在直线ｏａ上。

若ｆｍ＞０，表明ｍ点在直线ｏａ上方的ｍ′处。

若ｆｍ＜０，表明ｍ点在直线ｏａ下方的ｍ″处。

对于第一象限直线从起点(即坐标原点)出发,

若ｆｍ＞＝０，沿＋ｘ轴方向走一步。

若ｆｍ＜＝０，沿－ｘ轴方向走一步。

当两方向所走的步数与终点坐标(ｘｅ,ｙｅ)相等时，发出到达终点信号，停止插补。设在某加工点出现有ｆｍ＞＝０时，应沿＋ｘ方向进给一步，走一步后的坐标值为: ｘｍ＋１＝ｘｍ＋１, ｙｍ＋１＝ｙｍ

新的偏差为:ｆｍ＋１＝ｙｍ＋１ｘｅ－ｘｍ＋１ｙｅ＝ｆｍ－ｙｅ

若ｆｍ＜＝０时，应沿＋ｙ方向进给一步，走一步后的坐标值为: ｘｍ＋１＝ｘｍ,ｙｍ＋１＝ｙｍ＋１

新的偏差为：ｆｍ＋１＝ｙｍ＋１ｘｅ－ｘｍ＋１ｙｅ＝ｆｍ＋ｘｅ

上式为简化后的偏差计算公式在公式中只有加、减运算，只要将前一点的偏差值等于上述的终点坐标值。当然对