激光打標(biāo)機(jī)由激光電源、激光器、兩座標(biāo)工作臺(tái)及數(shù)控系統(tǒng)四部分組成。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)輸入的程序及打標(biāo)工藝參數(shù),控制工作臺(tái)作相應(yīng)的移動(dòng)。在走到某一字符或圖案點(diǎn)處便發(fā)出激光打標(biāo)機(jī)命令,激光器接收到該命令后發(fā)射出脈沖激光,激光束通過(guò)光學(xué)反射鏡組聚焦在被加工物表面。在強(qiáng)功率激光作用 下,使物體表面熔融或蒸發(fā)而形成痕跡。這些點(diǎn)陣組合起來(lái)就是要刻劃的字或圖案。原理圖如圖1所示。根據(jù)工作臺(tái)的移動(dòng)方式,
激光打標(biāo)機(jī)可分為三類(lèi):
1、掃描式打標(biāo);
2、筆順式打標(biāo);
3、路徑優(yōu)化式打標(biāo)。
圖1 激光打標(biāo)機(jī)原理圖
系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)
激光打標(biāo)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的控制器選用8031 單片微機(jī)。硬件框圖如圖2所示。
圖2 數(shù)控系統(tǒng)硬件構(gòu)圖
系統(tǒng)軟件包括用戶(hù)圖標(biāo)編輯、用戶(hù)自定義圖案庫(kù)生成、打標(biāo)計(jì)算及控制、圖標(biāo)程序管理、工件計(jì)數(shù)、程序校驗(yàn)等,如圖3所示。本文對(duì)如何用單片機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)系統(tǒng)軟件不做贅述,主要對(duì)前三種功能的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行討論。
圖3 系統(tǒng)軟件
圖標(biāo)程序編輯
由于本系統(tǒng)采用單片機(jī)控制,數(shù)碼管顯示,所以圖標(biāo)程序采用格式化提示性輸入。一個(gè)圖標(biāo)程序由若干字段組成,每個(gè)字段又由該字符(或圖案)的所有打標(biāo)信息組成。例如要打標(biāo)“1998”,字符1、9、9、8組成了該程序的各個(gè)字段。一個(gè)字段包括6個(gè)信息元素:(1)字符標(biāo)識(shí)符,(2)字符類(lèi)型,(3)X坐標(biāo),(4)Y坐標(biāo),(5)點(diǎn)間距,(6)重打次數(shù)。采用該結(jié)構(gòu)并按提示方式編輯圖標(biāo)程序,易輸入、修改,不易出錯(cuò)。
自定義圖案
用戶(hù)需要打標(biāo)特殊文字或圖案時(shí),由于內(nèi)部字庫(kù)無(wú)法提供,所以采用自定義圖案方式生成自己的圖案庫(kù),每個(gè)自定義圖案包括三部分信息:(1)字符類(lèi)型,(2)字符標(biāo)識(shí)符,(3)點(diǎn)陣代碼。點(diǎn)陣代碼的輸入按圖案點(diǎn)陣從左到右、從上到下順序進(jìn)行,每次輸入一個(gè)字節(jié)的點(diǎn)陣。圖案較大時(shí),可以分塊定義。
打標(biāo)控制
根據(jù)圖表程序按字符標(biāo)識(shí)符和字符類(lèi)型調(diào)入字符點(diǎn)陣,并構(gòu)成字符位圖,由位圖經(jīng)過(guò)路徑優(yōu)化轉(zhuǎn)化成工作臺(tái)的到達(dá)指定位置并輸出打標(biāo)信號(hào),完成一點(diǎn)打標(biāo)。其中路徑優(yōu)化是打標(biāo)控制需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
眾所周知,路徑優(yōu)化是一世界性難題,目前尚無(wú)最優(yōu)解,最鄰近算法是最廣泛采用的方法,編程簡(jiǎn)單、容易理解,可靠性也較高,可以獲得良好的結(jié)果。由于該算法近似精度為a≤1/2(InN+1),算法計(jì)算復(fù)雜性為0(nXn),所以這種方法有時(shí)也可能很差,達(dá)不到優(yōu)化目的,在數(shù)據(jù)點(diǎn)較多時(shí),具有較高的計(jì)算發(fā)雜性。作者以最鄰近算法為基礎(chǔ)并依據(jù)點(diǎn)陣位圖,將其演化成本文的算法。該算法的步驟如下:
?、?、位圖中找出第一個(gè)點(diǎn)(I,J),并轉(zhuǎn)換成位移量,同時(shí)將該店在點(diǎn)陣位圖中設(shè)置為零。
?、凇⒃冢↖,J)的相鄰點(diǎn)(I+i,J)、(I-i,J)、(I,J+j) 、(I,J-j) 、(I+i,J+j)、(I-i,J, J+j)、(I-i,J-j)、(I+i,J-j)按順序找出下一個(gè)打標(biāo)點(diǎn)(I’,J’)(i和j的取值為1、2、3…,受點(diǎn)陣位圖邊界控制)。將(I’,J’)轉(zhuǎn)換成位移量,同時(shí)將該店在點(diǎn)陣位圖中置為零。
?、?、判斷點(diǎn)陣位圖中是否還有為1的位,仍有為1的位時(shí),則以(I’,J’)為新的起點(diǎn),返回步驟②,否則優(yōu)化完成。在步驟②中,由于圖案點(diǎn)陣是按字節(jié)從左到右、從上到下順序排列,所以該算法可以最快找到最鄰近點(diǎn),無(wú)須遍歷所有點(diǎn)。因此大大提高了優(yōu)化速度,這在本文打標(biāo)的實(shí)時(shí)控制中尤其重要。