【論文】激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

IⅡInrecentyears,withtherapiddLaser-carvingtechniqueisthemostpromisingareasodevelopment,thebreadthofapplicationexceedmicroelectronictechnology.Laser-carvingtechniqueisthenon-contactprocessing,ThemainfeatureofwhichiAstheenergyandthespeedofbeamcanbeadjusted,high-kindsofcomplicatedfacecanbeachieved.adoptsmicrocomputercontrol,anditccarvingpart.Inthemotdynamicaltrackingofcarvingtrajectoryinrealtime,generationofcontrolinstructions,indicationofcarvingpositionicircuitwasdesignedtocontroltheoutⅢ 11.1課題背景 11.2激光雕刻系統(tǒng)的基本原理及構(gòu)成 11.3國內(nèi)外激光雕刻機(jī)發(fā)展概況 21.4本文的研究內(nèi)容和意義 5第二章激光雕刻機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 62.1計(jì)算機(jī) 62.2電氣控制箱 62.3伺服電機(jī)系統(tǒng) 72.4激光器 9第三章激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1機(jī)械平臺(tái)的設(shè)計(jì) 3.2電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.3硬件控制的設(shè)計(jì) 3.4運(yùn)動(dòng)控制軟件的設(shè)計(jì) 26第四章BMP格式圖形掃描及雕刻 4.1程序流程圖 4.2BMP格式圖像處理程序 404.3逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)流程圖 4.4BMP格式圖像雕刻程序 第五章結(jié)論與展望 525.1本文總結(jié) 5.2經(jīng)濟(jì)性分析 5.3激光雕刻機(jī)的研究展望 參考文獻(xiàn) 致謝 聲明 1激光雕刻機(jī)系統(tǒng)主要由上位機(jī)的圖像處理軟件和作如圖1-1所示：激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2XY軸電機(jī)主衙圖1-1激光雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖方便地解決單片機(jī)存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展問題。技術(shù)無法相比的。激光被譽(yù)為“萬能加工工具”,為能力的精加工技術(shù)。目前，國外探索的激光應(yīng)用項(xiàng)目有20多項(xiàng)。工業(yè)發(fā)達(dá)國家術(shù)全盛時(shí)代的21世紀(jì)初期，在光技術(shù)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位目前有650家企業(yè)研究和應(yīng)用激光加工技術(shù)，到2000年將增至300家。據(jù)預(yù)測，日本激光加工機(jī)床的產(chǎn)值到2000年將為1980年的178倍。目前，日本已進(jìn)入激汽車等行業(yè)，直接或間接從事航空航天工業(yè)的3000多家公司均采用了激光加工技術(shù)。國外激光加工機(jī)床在80年代發(fā)展極為迅速。例如，激光加工機(jī)床的品種在1981年僅有4種，而到了1985年就增加到了19種，1980年激光加工機(jī)床的激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3銷售額僅為1970年的11.7倍，而1982年就猛增到了1970年的20.7倍。1984年，美國擁有6000臺(tái)激光加工機(jī)床，預(yù)計(jì)到2000年將達(dá)到3.5萬臺(tái)。國外激光加工機(jī)床的銷售量，每年平均增長2000,這在機(jī)床工業(yè)史上是罕見的I?-8。在激光加工的各種應(yīng)用中，以下列銷售分類可看出都在相應(yīng)發(fā)展(1993年統(tǒng)計(jì)值)熱處理切割打標(biāo)打孔微調(diào)劃片其它4表1-2激光加工在各工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用情況：(1990年統(tǒng)計(jì)情況)有色金屬化工紡織電子在近十年中，國內(nèi)各行各業(yè)引進(jìn)的固體激光器及固體激光加工機(jī)超過53臺(tái)20世紀(jì)70年代后期，Buekley和Jenkins開始研制激光雕刻網(wǎng)紋輥。在此之二氧化碳激光雕刻機(jī)經(jīng)過3個(gè)發(fā)展階段：XY平臺(tái)上逐線掃描。在原稿亮處激光器關(guān)閉，原稿暗處激光器打開，從而加工出黑白的圖形。激光器的焦點(diǎn)直徑為0.4mm,圖5深為2.2mm的一系列線條組成。一幅畫面可分成550條線，閱步掃描。閱讀頭具有0.4mm光孔，由一個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光管與接收管組成，接收發(fā)而也稱之為微機(jī)控制的二氧化碳激光雕刻機(jī)。采用CCD照相機(jī)一次讀入512*512的像點(diǎn)及其灰度等級。經(jīng)抖一動(dòng)法處理將具有256等級的灰度轉(zhuǎn)變?yōu)樵搮^(qū)1.4本文的研究內(nèi)容和意義6第二章激光雕刻機(jī)的總體結(jié)構(gòu)操作環(huán)境選擇Windows98甚至DOS而不使用WindowsXP,是因?yàn)榭刂瓢蹇ǖ脑O(shè)計(jì)思想是應(yīng)用于工業(yè)上的數(shù)字控制和IO操作，而工業(yè)上時(shí)性強(qiáng)的Linux系統(tǒng)和DOS系統(tǒng)(國內(nèi)居多)。如果使用Windows系統(tǒng)，則應(yīng)發(fā)現(xiàn)中斷周期的最大誤差可以達(dá)到25%,這使得板卡失去了實(shí)驗(yàn)的意義，且可能造成電機(jī)的劇烈抖動(dòng)和激光器損壞)。DOS系統(tǒng)和Windows98系統(tǒng)對硬件的干2.2電氣控制箱7內(nèi)部主要是：空開、低通、繼電器、接觸器、24作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號),但在使用8(BERGERLAHR)生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360/10000=0.036°而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在定轉(zhuǎn)速(一般為2000RPM或3000RPM)以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速9步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200～400毫從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場工件表面上。這種設(shè)備也能為塑料、橡膠以及陶瓷進(jìn)行雕刻。功率通常為25到100瓦，脈沖率為0.3到50千赫茲。件表面雕刻時(shí)，其工作效果最佳。在這種情況下，它的功率通常為10到120瓦特，而脈沖功率則能達(dá)到300赫茲。的構(gòu)造可參考圖2-3所示。這種小功率的二氧化碳雕刻系統(tǒng)非常適用于對非金屬材料進(jìn)行雕刻，以及切割等加工。目前二氧化碳激光雕刻機(jī)主要應(yīng)用在印章雕刻，工藝美術(shù)以及廣告制作等領(lǐng)域。圖2-3激光雕刻機(jī)的組成故本次設(shè)計(jì)選用選用南京通快激光設(shè)備有限公司生產(chǎn)的TK—2500SM型激光器，該激光器的性能參數(shù)如下：最大輸出功率：≥2700W超強(qiáng)脈沖功率2倍額定輸出功率功率可調(diào)范圍100W～最大超強(qiáng)脈沖±1%光束直徑16mm工作氣體He、N2、CO2純度99.996%功率消耗32KVA機(jī)械平臺(tái)主要有以下幾部分構(gòu)成：3.2.1驅(qū)動(dòng)器電氣系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)選用安川驅(qū)動(dòng)器，下面介紹安川驅(qū)動(dòng)器的電氣接線。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣接口通常包括四個(gè)部分：1.伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入電源接口，給伺服驅(qū)動(dòng)器提供控制和驅(qū)動(dòng)電源；交流伺服驅(qū)動(dòng)的輸出，給伺服電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電源，圖3-32.與交流伺服電動(dòng)機(jī)的反饋接口，如圖3-43.與上層控制的接口：一般有脈沖CP和方向DIR的接口，如圖3-54.圖3-6是交流伺服驅(qū)動(dòng)單元的其它控制信號，如使能、報(bào)警、限位等；編碼器與PG:驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)編碼器的接口；CN:驅(qū)動(dòng)器圖3-4安川編碼器接線圖87圖3-5控制卡與伺服驅(qū)動(dòng)器控制信號接線圖上上明津0048yyA’22NO傳動(dòng)機(jī)構(gòu)超程保護(hù)電氣柜驅(qū)動(dòng)器激光器圖3-7激光雕刻機(jī)電氣系統(tǒng)模塊框圖1.計(jì)算機(jī)4.風(fēng)扇6.通電順序：計(jì)算機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)(風(fēng)扇)、伺服使能、激光器。關(guān)電順序激光雕刻機(jī)的電氣系統(tǒng)主要是有控制部分、驅(qū)動(dòng)部分以及執(zhí)行部分組成，2VW00 早早第R45圖3-8驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的接線圖雕刻儀、攝像機(jī)或掃描儀幾個(gè)部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖3—10所示。其工作過程如圖3—11所示。掃描儀掃描儀計(jì)算機(jī)主機(jī)激光雕刻儀顯示器圖3-10激光雕刻機(jī)系統(tǒng)組成掃描圖像圖文編輯顯示樣稿鍵修樣稿激光雕刻儀圖3-11激光雕刻機(jī)工作過程圖激光雕刻系統(tǒng)首先將要處理的圖像經(jīng)掃描儀或攝象機(jī)掃描輸入計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)以圖像文件的方式存儲(chǔ)起來，再將圖像和文字混合編輯，將編輯的結(jié)果實(shí)時(shí)地在顯示器上顯示出來，以便即時(shí)地修改、增刪內(nèi)容和調(diào)整布局，直到得出滿意的圖案時(shí)為止，再通過雕刻儀將編輯好的圖案刻畫在需加工的材料上。激光雕刻儀在微機(jī)的控制下，讓激光束與被刻材料之間作相對運(yùn)動(dòng)，并讓激光有規(guī)律地開關(guān)，使得激光束按所需的圖案軌跡進(jìn)行刻畫，從而在被刻材料上得到由激光刻出的點(diǎn)或線構(gòu)成的一幅圖像。從掃描儀掃描輸入的圖像一般有黑白、灰度、彩色三種，黑白圖像上的每個(gè)像素或者為白色，或者為黑色，其圖像黑白分明，很適合于雕刻儀刻畫(如文字圖案就是這種黑白圖像；灰色圖像具有日常生活中的黑白照片的效果，有的像素較白，有的像素較黑，有的介于黑白之間的中等灰度狀態(tài)，例如黑白照片就是灰度圖像。這種圖像不能簡單地在雕刻儀上刻畫，必須經(jīng)過預(yù)處理，將灰度圖像轉(zhuǎn)化為黑白圖像后才能經(jīng)雕刻儀刻畫；彩色圖像象彩色照片，不適合于在雕刻儀上刻畫，也必須將其轉(zhuǎn)化為黑白圖像，通常在經(jīng)掃描儀掃描輸入時(shí)就將其轉(zhuǎn)化成灰度圖像了。其次大幅面二維激光雕刻機(jī)設(shè)計(jì)中要考慮的一個(gè)主要問題是大容量存儲(chǔ)器系統(tǒng)，要求接收數(shù)據(jù)的緩存容量可擴(kuò)展，最大為32Mb,因而本設(shè)計(jì)中將雕刻機(jī)設(shè)計(jì)為雙CPU結(jié)構(gòu)，如圖3-12所示：主控系統(tǒng)采用了兩片89C51單片機(jī)，CPU1負(fù)責(zé)接收上位機(jī)傳來的圖像數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，CPU2負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀取圖像數(shù)據(jù)，并通過驅(qū)動(dòng)器來控制步進(jìn)電機(jī)。本次設(shè)計(jì)選用的數(shù)控卡型號是MAX232,利用MAX232實(shí)現(xiàn)TTL和RS323之間的轉(zhuǎn)換，就可直接用單片機(jī)的RXD和TXD引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。雕刻機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部有兩片89C51,一個(gè)負(fù)責(zé)從PC機(jī)接收圖像數(shù)據(jù)，并寫數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。另一個(gè)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，并根據(jù)其數(shù)據(jù)來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。兩片89C51之間應(yīng)協(xié)調(diào)工作。由于本系統(tǒng)中單片機(jī)之間的通信量并不大，主要涉及到總線共享問題，只要解決總線仲裁邏輯就可以了，這種設(shè)計(jì)電路簡單，開本次設(shè)計(jì)選用的電機(jī)型號為42BYGH250,這個(gè)直流電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)是：調(diào)電壓V電流A電阻Ω重量相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器選用了北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)公司的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH-20402A。驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)：24V～48V直流供電起停及轉(zhuǎn)向控制過流、過壓及堵轉(zhuǎn)保護(hù)測速信號輸出故障報(bào)警輸出外部模擬量調(diào)速制動(dòng)快速停機(jī)表3-2驅(qū)動(dòng)器SH-20402A的技術(shù)參數(shù)表供電電源直流24V~48V,容量0.2KVA額定功率額定轉(zhuǎn)速依電機(jī)確定額定轉(zhuǎn)矩依電機(jī)確定調(diào)速范圍100RPM～額定轉(zhuǎn)速速度變動(dòng)率對負(fù)荷土1%以下速度變動(dòng)率對電壓±1%以下速度變動(dòng)率對溫度±2%以下絕緣電阻在常溫常壓下>100MΩ絕緣強(qiáng)度在常溫常壓下，0.5KV,1分鐘表3-3步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的端子說明表功率霍爾許超過5米，霍爾線與電機(jī)線應(yīng)分開布線。另外霍爾信號信號輸入電機(jī)正/反轉(zhuǎn)控制端子電機(jī)運(yùn)行/停止控制端子輸t驅(qū)動(dòng)器故障信號輸出端子驅(qū)動(dòng)器速度信號輸出端子本設(shè)計(jì)是基于ISA板卡，下面是ISA板卡的原理激光控制為U16-Q7(13腳)和GND(17腳);激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)/Y_PLUSE23Z_PLUSE圖3-13J1-DB37吃吃96M88只只圖3-15ISA原理圖(8253)CPU2在完成初始化后，處于檢測仲裁邏輯的等待狀態(tài)，當(dāng)CPU1交出數(shù)據(jù)激光雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制使用ISA控制卡。4片8253(U1~U4)用于分頻數(shù)據(jù)的輸出，計(jì)數(shù)器的控制，以及IRQ7硬中斷的啟用；兩片74LS574(U15、U16)用于簡單數(shù)據(jù)的輸出，激光器控制，運(yùn)動(dòng)方向控制，以及8253的門控。此控制卡的控制對象為：1~4軸交流伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(四軸分voidinitISA(charcM2、中斷的控制：開啟或關(guān)閉IRQ7硬件中斷，同時(shí)運(yùn)行中斷服務(wù)子程序的內(nèi)容。缺省中斷時(shí)間為4ms,也可通過改變?nèi)肿兞縤TimerLow,iTimerHigh(16進(jìn)制的分頻系數(shù))和iTimer(中斷的毫秒數(shù))的數(shù)值改變中斷時(shí)間。已封裝的中ilntTime,并初始化全局變量iIntCount為0,則每次進(jìn)入中斷時(shí)ilntCount加一，}函數(shù)說明：打開中斷IRQ7。函數(shù)說明：關(guān)閉中斷IRQ7。4ms定時(shí)中斷信號用于按時(shí)向CPU發(fā)送中斷響應(yīng)。CPU接收到中斷響應(yīng)4ms定時(shí)中斷信號由U3中的計(jì)數(shù)器2產(chǎn)生，下面就對U3和中斷控制程序給U3是NMOS型可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)器Intel8253,其最高計(jì)數(shù)速率達(dá)2MHz,是24條引腳的雙列直插式器件(如圖3-19),使用單電源+5V供電，輸入輸出均與TTL電平兼容。圖3-20是8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。8253包括三個(gè)計(jì)數(shù)器(計(jì)數(shù)器0,計(jì)數(shù)器1,計(jì)數(shù)器2)。這三個(gè)計(jì)數(shù)器相D23456789_總線緩沖器控制字寄存器計(jì)數(shù)器讀寫內(nèi)部總線計(jì)數(shù)器是這樣工作的：當(dāng)作為計(jì)數(shù)器時(shí)，設(shè)置計(jì)數(shù)初值后，計(jì)數(shù)執(zhí)行單元隨著時(shí)鐘CLK開始減1計(jì)數(shù)，減到零時(shí)，從OUT輸出端輸出一個(gè)信號；而作為定時(shí)器時(shí)，在設(shè)置好定時(shí)常數(shù)后，計(jì)數(shù)執(zhí)行單元開始減1計(jì)數(shù)，減到零時(shí)，從OUT輸出信號，并按定時(shí)常數(shù)重復(fù)進(jìn)行，這樣不斷地輸出定時(shí)間隔的信號。當(dāng)然，定000方式)0進(jìn)制ü0]方式1000方式)0進(jìn)制ü0]方式1」BCI)數(shù)×10方式2×1】方式3]00方式4101方式58253共有6種工作方式：方式0——計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷；方式1——可重觸發(fā)的單脈沖；方式2——分頻器；方式3——方波發(fā)生器；方式4——軟件觸發(fā)的選通信號；方式5——硬件觸發(fā)的選通信號。U3的CLK2工作于方式3(16位重置、輸出方波),對CLK2(1MHz)進(jìn)行OxOf//低8位數(shù)據(jù)此時(shí)當(dāng)CLK2的脈沖頻率為1MHz時(shí)，則OUT2輸出脈沖為：頻率為首先設(shè)置U3的控制字?？深A(yù)設(shè)置宏定義#definePulse_WR_Ctl20xb6//計(jì)數(shù)器2、方式3控制字存放在控制字寄存器中。8253的控制字格式如下：01選計(jì)數(shù)器」11非法01只讀寫低8位字節(jié)10只讀寫高8位字節(jié)11先讀寫低8位0xb6表示的是十六進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制為10110110,對應(yīng)上面的控制字格式可以看出，前面兩位10表示選計(jì)數(shù)器2;接下來兩位11表示先讀寫低8位，后讀寫高8位；下面三位011表示工作方式為方式3;最后一位0表示二進(jìn)制。下面定義U3中計(jì)數(shù)器2的地址//U3計(jì)數(shù)器1的口地址//U3計(jì)數(shù)器2的口地址因此，用下面的語句可以將上述控制字寫入U(xiǎn)3的寄存器口地址，并將16位數(shù)值，分低、高次序傳入計(jì)數(shù)器2的口地址。式outportb(U32Addr,Timer_4ms_Low_Byte);//傳入低8位字節(jié)0xa0outportb(U32Addr,Timer_4ms_Hig此時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，U3的計(jì)數(shù)器3每隔4ms向CPU發(fā)送一次中斷響應(yīng)，PC機(jī)上的8088INTR中斷請求線與8259A中斷控制器的INT相連，而8259A有8個(gè)輸入端IR0,IR1,……,IR7,即可以連8個(gè)外設(shè)。8259A接收來自外設(shè)第一個(gè)條件，該外設(shè)中斷請求是否屏蔽，對于8259A中斷屏蔽寄存器IMR(口地址為21H)的某一位，若某一位為0,則表示允許中斷；為1,該外設(shè)的因?yàn)?x7f轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為01111111,因此，這條語句的作用就是增設(shè)IRQ7因?yàn)?x80轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為10000000,因此，這條語句的作用是關(guān)閉IRQ7_enable();}voidOpen_Int(void){_disable();//寄存器ICW1地址，一般結(jié)束方式：中斷處理程序結(jié)束返回?cái)帱c(diǎn)(共8種結(jié)束方式)//中斷屏蔽寄存器IMR地址Int_Finish_Sign=1;}{_disable();a=inportb(Ox21);//中斷屏蔽寄存器IMR地址outportb(Ox21,alOx80);//關(guān)閉IRQ74MS中斷_enable();4ms中斷服務(wù)程序B21腳IRQ7voidinterruptInter_4ms(__CPPARGS)_disable();outportb(Ox21,inportb(Ox21)10x80);//關(guān)閉中斷7{/*用戶的中斷服務(wù)程序結(jié)束*/_enable();最后列出工作方式3的時(shí)序和說明以及設(shè)計(jì)中用到的4個(gè)8253的計(jì)數(shù)器地址變量表、控制字定義表。8253工作方式3方式3輸出周期性的脈沖，其輸出的是方波或者近似對稱的矩形波。寫入控制字以后，輸出端OUT初始化為高電平。在寫入初值以后的下一個(gè)時(shí)鐘脈沖，開始計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)到一半時(shí)，輸出變?yōu)榈碗娖剑钡接?jì)數(shù)為0,輸出又變?yōu)楦唠娖?，這樣一個(gè)周期結(jié)束。因此，在計(jì)數(shù)初值為偶數(shù)時(shí)，輸出端OUT形成了完全對稱的方波，而在計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)時(shí)，輸出的高電平持續(xù)(N+1)/2個(gè)時(shí)鐘周期，輸出的低電平持續(xù)(N-1)/2個(gè)時(shí)鐘周期，形成基本對稱的矩形波。OUTPUT(n=5).242223311l圖3—19方式3時(shí)序地址地址定義地址地址定義地址地址定義也址地址定義計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)器2功能定時(shí)0x36Pulse_WR_Ctl00x76Pulse_WR_Ctl10xb6Pulse_WR_Ctl2方式3飛讀數(shù)0x00Con_RD_Ct100x40Con_RD_Ct3、激光開關(guān)及強(qiáng)度的控制：通過對U16相應(yīng)端口發(fā)送脈沖，實(shí)現(xiàn)激光的輸出，同時(shí)使用延時(shí)函數(shù)控制脈沖占空比，實(shí)現(xiàn)激光的強(qiáng)度控制。相關(guān)函數(shù)為，函數(shù)說明：進(jìn)行微秒級的時(shí)鐘延時(shí)(在1ms以下并不精確)。輸入?yún)?shù)：unsignedlongIUSecondvoidlaserControl(charcOnoff,intiPowe函數(shù)說明：控制激光的開、關(guān)，并在軟件上實(shí)現(xiàn)激光強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。輸入?yún)?shù)：charcOnoff-激光開、關(guān)的指令，1表示打開，其他值表示關(guān)閉；intiPower-控制激光的強(qiáng)度(最小為1,整數(shù)倍遞增)。用74LS574鎖存器控制激光器的開關(guān)。U16的接口地址和功能分述如下：U16芯片的偏移地址為0x53(ISA卡的地址為0x252),記為U16_Addr:Q3INI控制8253初始化計(jì)數(shù)脈沖；另外，為了編程方便，假設(shè)變量U15_Reg、U16_Reg分別存放U15、U1613腳對外輸出，輸出高電平的指令(開激光)為：將十六進(jìn)制數(shù)據(jù)0x80轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制得到10000000,因此，U16_Reg“按位或”以后將U16_reg的第八位變成1,即Q7變?yōu)?,其余位保持不變。而后，通過輸出低電平的指令(關(guān)激光)為：將十六進(jìn)制數(shù)據(jù)0x7f轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制得到01111111,因此，U16_Reg“按位與”以后將U16_reg的第八位變成0,即Q7變?yōu)?,其余位保持不變。而后，光，為1}{}}4、脈沖增量法運(yùn)動(dòng)控制：使用U15,U16發(fā)送指定數(shù)量的脈沖，實(shí)現(xiàn)對XYZC四軸的運(yùn)動(dòng)和方向控制，同時(shí)控制激光的輸出。相關(guān)函數(shù)為，voidpulseAxisMove(charcAxis,c函數(shù)說明：控制四軸脈沖增量法的運(yùn)動(dòng)方向和距離。輸入?yún)?shù)：charcAxis-要進(jìn)行操作的軸，Q0~Q3表示XYZC,置1為有效；charcDir-軸的行進(jìn)方向，Q0~Q3表示XYZC,置0為正向，否longIPulse-要發(fā)送的脈沖數(shù)(各軸相同);則允許中途intiPower-激光強(qiáng)度的設(shè)定。pulseAxisMove(0x03,0x02,4000,0x03,10//激光以一定強(qiáng)度打開，同時(shí)X、Y軸分別沿正、負(fù)向運(yùn)動(dòng)4000個(gè)脈沖5、數(shù)字增量法運(yùn)動(dòng)控制：使用8253分頻器發(fā)送指定數(shù)量的脈沖，實(shí)現(xiàn)對XYZC四軸的運(yùn)動(dòng)和方向控制，同時(shí)控制激光的輸出。用戶可以數(shù)字增量法控制運(yùn)動(dòng)的過程中執(zhí)行自己的代碼，這些代碼將在軸的運(yùn)動(dòng)期間循環(huán)調(diào)用。預(yù)編譯指令結(jié)束之后，增加代碼如下：…/用戶執(zhí)行代碼}intdigitAxisMove(cha函數(shù)說明：控制四軸8253脈沖增量法的運(yùn)動(dòng)方向和距離。longIFreDiv[]-每毫秒的脈沖數(shù)，即行進(jìn)速度(P/ms,0longIPulse-要發(fā)送的脈沖數(shù)(XYZC順序，第一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸所需的脈沖數(shù));charcMode-工作模式(4位),Q0置高位則開激光，Q1置高digitAxisMove(0x03,0x02,IFreDiv,800//X軸將運(yùn)動(dòng)8000個(gè)脈沖后停止，Y軸在同一時(shí)刻停止。7、電機(jī)速度、距離與分頻數(shù)、脈沖數(shù)的轉(zhuǎn)換：提供了速度(mm/s),距離(mm)與8253分頻數(shù)和脈沖數(shù)的轉(zhuǎn)換功能。相關(guān)函數(shù)為，floatfPls-脈沖當(dāng)量，即每一個(gè)脈沖所對應(yīng)的行進(jìn)距離(mcharcMode-工作模式(8位),Q0~Q3代表XYZC軸有效，Q4代表運(yùn)動(dòng)方法，置0表示脈沖增量法，置1表示數(shù)字增量法，Q5代表是否開//激光不打開，使用數(shù)字增量法控制Y軸運(yùn)9、工作臺(tái)雙軸聯(lián)動(dòng)實(shí)際運(yùn)動(dòng)控制：用戶指定某兩個(gè)軸fVelY,floatfPlsY,charcMode,intiPowercharcMode-工作模式(8位),Q0~Q3代表XYZC軸有效，Q4代表運(yùn)動(dòng)方法，置0表示脈沖增量法，置1表示數(shù)字增量法，Q5代表第二軸//激光不打開，使用數(shù)字增量法控制YZ軸運(yùn)動(dòng)，Y軸以速度5從坐標(biāo)0正//向運(yùn)動(dòng)到坐標(biāo)10后停止，脈沖當(dāng)量2.0/8000.0,同時(shí)Z軸從坐標(biāo)5負(fù)向運(yùn)4.1程序流程圖雕刻機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要考慮CPU1與上位機(jī)的通信，CPU1與CPU2間的協(xié)調(diào)，CPU2對步進(jìn)電機(jī)的控制等。CPU1負(fù)責(zé)對上位機(jī)的通信，接受上位機(jī)數(shù)據(jù)并寫入到存儲(chǔ)器中，數(shù)據(jù)寫入完成后，通知CPU2,退出對數(shù)據(jù)總線的控制，直到CPU2讀完數(shù)據(jù)才重新獲得控制權(quán)。CPU2在完成初始化后，處于檢測仲裁邏輯的等待狀態(tài)，當(dāng)CPU1交出數(shù)據(jù)總線控制權(quán)后，才可從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，分別送X、Y步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和激光器功率控制電路。根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求，我們分析軟件總體功能，并據(jù)此設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)?？傮w的程序流程圖如圖4-1所示。開始開始接受上位機(jī)數(shù)據(jù)NoNo結(jié)束裁邏輯圖4-1程序流程圖的名稱和符號如表4-1所示。位圖文件結(jié)構(gòu)可綜合在表4-2中。結(jié)構(gòu)名稱符號彩色表(colortable)圖像數(shù)據(jù)陣列字節(jié)大小內(nèi)容圖像文件頭2bytes兩字節(jié)的內(nèi)容用來識別位圖的類型：BM’:Windows3.1x,95,NT,…圖圖像信息頭大小11內(nèi)容用字節(jié)表示的整個(gè)文件的大小位圖信息頭(BitmapInfoHeade述位圖的顏色、壓縮方法等。下面的長度表示：10-none(也使用BI_RGB表示)1-RLE8-bit/pixel(也使用BI_RLE4表示)2-RLE4-bit/pixel(也使用BI_RLE8表示)3-Bitfields(也使用BI_BITFIELDS表示)的倍數(shù)大小內(nèi)容或者256.●1字節(jié)用于填充符(設(shè)置為0)圖像數(shù)據(jù)圖數(shù)據(jù)字節(jié)，這些數(shù)據(jù)實(shí)際就是彩色調(diào)色板的索引號4.2.2構(gòu)件詳解位圖文件頭包含有關(guān)于文件類型、文件大小、存放位置等信息，在Windows3.0以上版本的位圖文件中用BITMAPFILEHEADER結(jié)構(gòu)來定義：typedefstructtagBITMAPFILEHEADER{/*bmfh*/UINTbfType;UINTbfReserved1;UINTbfReserved2;說明文件的類型.說明從BITMAPFILEHEADER結(jié)構(gòu)開始到實(shí)際的圖像數(shù)據(jù)之間的字節(jié)偏移量2.位圖信息頭位圖信息用BITMAPINFO結(jié)構(gòu)來定義，它由位圖信息頭(bitmap-informationheader)和彩色表(colortable)組成，前者用BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)定義，后typedefstructtagBITMAPINFO{/*bmi*/BITMAPINFOHEADERbm說明BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)說明彩色表RGBQUAD結(jié)構(gòu)的陣列typedefstructtagBITMAPINFOHEADER{/*bmih*/時(shí)，可設(shè)置為0目，如果是0,表示都重要。(1)彩色表的定位應(yīng)用程序可使用存儲(chǔ)在biSize成員中的信息來查找在BITMAPINFO結(jié)構(gòu)中biBitCount=4表示位圖最多有16種顏色。每個(gè)像素用4位表示，并用這40x1F,它表示有兩個(gè)像素，第一像素的顏色就在彩色表的第2表項(xiàng)中查找，而第二個(gè)像素的顏色就在彩色表的第16表項(xiàng)中查找。biBitCount=8表示位圖最多有256種顏色。每個(gè)像素用8位表示，并用這80x1F,這個(gè)像素的顏色就在彩色表的第32表項(xiàng)中查找。biBitCount=24表示位圖最多有222?=16777216種顏色。bmiColors(或者bmciColors)成員就為NULL。每3個(gè)字節(jié)代表一個(gè)像素，其顏色有R、G、B字如果ClrUsed設(shè)置成0,位圖使用的顏色數(shù)目就等于biBitCount成員中的數(shù)目。(4)圖像數(shù)據(jù)壓縮①BI_RLE8:每個(gè)像素為8位的RLE壓縮編碼，可使用編碼方式和絕對方編碼方式：由2個(gè)字節(jié)組成，第一個(gè)字節(jié)指定使用相同顏色的像素?cái)?shù)目，第二個(gè)字節(jié)指定使用的顏色索引。此外，這個(gè)字節(jié)對中的第一個(gè)字節(jié)可設(shè)置為0,·第二個(gè)字節(jié)的值為0:行的結(jié)束。第二個(gè)字節(jié)的值為1:圖像結(jié)束?！さ诙€(gè)字節(jié)的值為2:其后的兩個(gè)字節(jié)表示下一個(gè)像素從當(dāng)前開絕對方式：第一個(gè)字節(jié)設(shè)置為0,而第二個(gè)字節(jié)設(shè)置為0x03～0xFF之間的②BI_RLE4:每個(gè)像素為4位的RLE壓縮編碼，同樣也可使用編碼方式和絕對方式中的任何一種進(jìn)行壓縮，這兩種方式也編碼方式：由2個(gè)字節(jié)組成，第一個(gè)字節(jié)指定像素?cái)?shù)目，第二個(gè)字節(jié)包含兩種顏色索引，一個(gè)在高4位，另一個(gè)在低4位。第一個(gè)像素使用高4位的顏色索引，第二個(gè)使用低4位的顏色索引，第3個(gè)使用高4位的顏色索引，依此類推。絕對方式：這個(gè)字節(jié)對中的第一個(gè)字節(jié)設(shè)置為0,第二個(gè)字節(jié)包含有顏色索·第二個(gè)字節(jié)的值為0:行的結(jié)束。·第二個(gè)字節(jié)的值為1:圖像結(jié)束。·第二個(gè)字節(jié)的值為2:其后的兩個(gè)字節(jié)表示下一個(gè)像素從當(dāng)前開3.彩色表彩色表包含的元素與位圖所具有的顏色數(shù)相同，像素的顏色用RGBQUAD結(jié)構(gòu)來定義。對于24-位真彩色圖像就不使用彩色表，因?yàn)槲粓D中的RGB值就typedefstructtagRGBQUAD{/*rgbq*/指定藍(lán)色強(qiáng)度指定綠色強(qiáng)度指定紅色強(qiáng)度4.位圖數(shù)據(jù)讀入BMP格式文件大小的流程圖以及程序如下：開始開始亞輸入文件名女Bmp恪式文件存在?讀取Y軸像素個(gè)數(shù)讀取X軸像素個(gè)數(shù)關(guān)閉bmp格式文件再次打開以便下面讀取數(shù)據(jù)女結(jié)束unsignedcharfilename[1printf("inputfilenameln誤while((fp=fopen(filename,"rb"))={printf("badfilename\nprintf("inputthefilenameagain\printf("xsize=%d\n",xsiz圖像處理模塊可以識別24位BMP位圖文件，分析其中的每個(gè)像素點(diǎn)并轉(zhuǎn)換成灰度數(shù)據(jù)(0~255),保存到指針變量中。用戶在設(shè)定了合適的像素距離后，24位位圖存儲(chǔ)的基本特點(diǎn)是：00h開始為標(biāo)志頭，12h和16h分別記錄圖形像素點(diǎn)寬度和高度(均為2字節(jié)),Oah指定正文數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址(2字節(jié))。像寬度值的不同，在每行像素點(diǎn)數(shù)據(jù)的末尾，都要增加一定量的0數(shù)據(jù)，其原則是：如果每行的數(shù)據(jù)點(diǎn)不足4的倍數(shù)，則補(bǔ)足到4的倍數(shù)。圖像處理模塊的主要功能是將24位位圖彩色數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為灰度數(shù)據(jù)，灰度數(shù)據(jù)的取值為0~255,用戶可以以之對應(yīng)激光的強(qiáng)度進(jìn)行雕刻。。對于下例圖4-3,灰度數(shù)據(jù)保存的格式如圖4—4所示。指針變量中第一個(gè)圖4-3圖4-4charreadBMP24(char*sFilename,longIAddr,longlAll,unsignedchar*cData,函數(shù)說明：讀取24位BMP文件，轉(zhuǎn)換為灰度信息，并加以保存。longlAddr-本次讀取數(shù)據(jù)的起始像素點(diǎn)位置，0表示從第一個(gè)像longlAll-本次要讀取的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目，0表示全部讀取。charreadBMP24-圖像讀取和轉(zhuǎn)換出錯(cuò)的標(biāo)志(8位),均為0法是目前常用的兩類插補(bǔ)算法，本設(shè)計(jì)主要面向脈變量初始化及函數(shù)聲明激光開關(guān)控制子程序5X軸單步脈沖運(yùn)行控制子程序Y軸單步脈沖運(yùn)行控制子程序亞X軸連續(xù)運(yùn)動(dòng)子程序亞Y軸連續(xù)運(yùn)動(dòng)子程序工激光強(qiáng)度控制子程序北BMP格式文件讀入子程序按行雕刻子程序5亞結(jié)束4.4BMP格式圖像雕刻程序第五章結(jié)論與展望(1)本設(shè)計(jì)是在現(xiàn)有數(shù)控平臺(tái)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)并用C語言實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)械和CO?激光器的控制，在一定(2)本設(shè)計(jì)由軟件和硬件兩部分組成。通過軟件編程控制激光器、伺服電(3)激光雕刻系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制使用ISA控制卡。4片8253(U1~U4)用于U16)用于簡單數(shù)據(jù)的輸出，激光器控制，運(yùn)動(dòng)方向控制，以及8253的門控。(4)程序部分大致分為三大部分：和硬件接口有關(guān)的部分、插補(bǔ)部分以及(5)經(jīng)過程序設(shè)計(jì)和反復(fù)調(diào)試，最終可以將BMP圖像雕刻于木板上，完成5.2經(jīng)濟(jì)性分析(3)選用PCI板卡進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)[1]趙永禮，袁自鈞，高峰，等.光電子技術(shù)[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，2007[2]許賢澤，張立英，張東明.基于PCI總線的圖像激光雕刻系統(tǒng)[J].CAD/CAM與制造[3]李德駿.大幅面三維激光雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2005,18(11):10~13[4]鄭啟光.激光先進(jìn)制造技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002[5]關(guān)振中.激光加工工藝手冊[M].北京：中國計(jì)量出版社，1998[6]駱紅，劉建華，胡論驥，等.激光材料加工研究的發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，1996,366(6):1～4.[7]黃開金，謝長生.激光切割的研究現(xiàn)狀及展望[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，1998,[8]李祥友，曾曉雁，黃維玲.激光精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀和展望[J].激光雜志，2000,21(5):1～3.[9]湯祖堯.試論我國的激光加工市場[J].激光與紅外，1998,28(2):77~80[10]蘇寶蓉.我國的激光加工現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].激光與紅外，1996,26(3):175~177[11]王家淳.激光焊接技術(shù)的發(fā)展與展望[J].激光技術(shù)，2001,25(1):48~54[12]鄭錦生，陳松青.激光雕刻技術(shù)的發(fā)展[J].機(jī)床與液壓，2006,(8):228~231[14]AndersonSG.Reviewandforecastoft[15]SteeleRV.Reviewandforecastofthelasermarkets-LaserFocusWorld,2001,37(2):84~99processing.ProcIntPowerBeamCenf,SanDiego,Califronia,USA,1998,5(2-4):1~10[17]R.W.Olson.W.C.Svwpe.LaserdrillingwithfocusedOaussianbeamsJ.[18]B.S.Ylbas,M.Semi.Studyintotheeffect附錄#defineU16_Addr0x252unsignedcharU15_Reg=0xff;/*********************************************************************************************************************}/*********************************************************thelaser_offprogram激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)/*******************************************************************************************************************else/*x軸負(fù)方向{/*******************************************************************************************************************outportb(U16_Addr,U16{/*****************************************************************************************************************激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)/********************************************************************************************************************{}/********************************************************thex_axis_moveprogram激光雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì){/*******************************************************************************************************************/*******************************************************************************************************************{j=j+1;j=j-1;j=j+1;j=j-1;/*********************************************************************************************************************printf("inputthedirectionofc_axis(0:anticlocprintf("inputthewanteddisplacementofc_axis(deg/*******************************************************yoidxtest(){printf("inputthedirectionofx_