激光打標機數控系統是怎么工作的？

激光打標機主要用于金屬、非金屬固體材料表面刻劃出字符和圖形，在許多行業(yè)中都有著(zhù)廣泛的應用。例如，在活塞環(huán)上打出工廠(chǎng)的商標；在程控電話(huà)機的塑料接插件上打上編號；在集成電路上打上型號及廠(chǎng)標等。沒(méi)有激光打標機，通常使用鋼印或印刷做上標記，這種方法易破壞工件，且易受到非法廠(chǎng)家的假冒。而激光打標機，不僅打標美觀(guān)，且具有較強的防偽性。目前，進(jìn)口的激光打標機功能先進(jìn)齊全，但價(jià)格昂貴；國內也有類(lèi)似產(chǎn)品，雖然價(jià)格低廉（進(jìn)口產(chǎn)品的五分之一），但功能單一，可靠性也不盡人意。

   　激光打標機數控系統控制原理

　　激光打標機由激光電源、激光器、兩座標工作臺及數控系統四部分組成。數控系統根據用戶(hù)輸入的程序及打標工藝參數，控制工作臺作相應的移動(dòng)。在走到某一字符或圖案點(diǎn)處便發(fā)出激光打標機命令，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。根據工作臺的移動(dòng)方式，激光打標機可分為三類(lèi)：

　　1、掃描式打標；

　　2、筆順式打標；

　　3、路徑優(yōu)化式打標。

　　圖1激光打標機原理圖

系統的軟硬件設計

　　激光打標機數控系統的控制器選用以8031單片微機為例，硬件框圖如圖2所示。

　　圖2數控系統硬件構圖

　　系統軟件包括用戶(hù)圖標編輯、用戶(hù)自定義圖案庫生成、打標計算及控制、圖標程序管理、工件計數、程序校驗等，如圖3所示。本文對如何用單片機語(yǔ)言編寫(xiě)系統軟件不做贅述，主要對前三種功能的實(shí)現方法進(jìn)行討論。

　　圖3系統軟件

       （1）圖標程序編輯

　　由于系統采用單片機控制，數碼管顯示，所以圖標程序采用格式化提示性輸入。一個(gè)圖標程序由若干字段組成，每個(gè)字段又由該字符（或圖案）的所有打標信息組成。例如要打標"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）字符標識符，（2）字符類(lèi)型，（3）X坐標，（4）Y坐標，（5）點(diǎn)間距，（6）重打次數。采用該結構并按提示方式編輯圖標程序，易輸入、修改，不易出錯。

　?。?）自定義圖案

　　用戶(hù)需要打標特殊文字或圖案時(shí)，由于內部字庫無(wú)法提供，所以采用自定義圖案方式生成自己的圖案庫，每個(gè)自定義圖案包括三部分信息：（1）字符類(lèi)型，（2）字符標識符，（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)字節的點(diǎn)陣。圖案較大時(shí)，可以分塊定義。

　?。?）打標控制

　　根據圖表程序按字符標識符和字符類(lèi)型調入字符點(diǎn)陣，并構成字符位圖，由位圖經(jīng)過(guò)路徑優(yōu)化轉化成工作臺的到達指定位置并輸出打標信號，完成一點(diǎn)打標。其中路徑優(yōu)化是打標控制需要解決的關(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，可以獲得良好的結果。由于該算法近似精度為a≤1/2（InN+1），算法計算復雜性為0（nXn），所以這種方法有時(shí)也可能很差，達不到優(yōu)化目的，在數據點(diǎn)較多時(shí)，具有較高的計算發(fā)雜性。作者以最鄰近算法為基礎并依據點(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）,并轉換成位移量，同時(shí)將該店在點(diǎn)陣位圖中設置為零。

　?、?、在（I，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，這在本文打標的實(shí)時(shí)控制中尤其重要。