技術(shù)

摘要：隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，很多手工加工控制的機(jī)床、設(shè)備均將被數(shù)控設(shè)備所替代。而運(yùn)動(dòng)控制將在數(shù)控技術(shù)中扮演極為重要的角色，本文闡述了采用ADT-850四軸運(yùn)動(dòng)控制卡結(jié)合ADT-842激光控制卡開發(fā)“激光商標(biāo)切割機(jī)”的方法，此方法已在多家客戶處應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：ADT-850，ADT-842，數(shù)控，運(yùn)動(dòng)控制，激光能量控制

前言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各大公司對(duì)商標(biāo)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重視越來越強(qiáng)烈，商標(biāo)往往體現(xiàn)了一個(gè)公司的經(jīng)營(yíng)理念和文化底蘊(yùn)，隨之而來的商標(biāo)生產(chǎn)也成了一個(gè)熱門產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前的商標(biāo)生產(chǎn)一般分為兩個(gè)步驟，一是商標(biāo)毛坯的大批量生產(chǎn)，一般由紡織機(jī)械或印刷機(jī)械完成；二是商標(biāo)的切割和加工，即將成批的商標(biāo)切割成單個(gè)商標(biāo)。傳統(tǒng)的商標(biāo)切割由手工完成，生產(chǎn)效率低下，質(zhì)量參差不齊，迫切需要進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)控設(shè)備改造。激光技術(shù)以它本身的各種優(yōu)點(diǎn)承擔(dān)起了商標(biāo)切割的任務(wù)。而配合激光切割的必須要有一套高質(zhì)量的XY運(yùn)動(dòng)控制定位系統(tǒng)。
我們?cè)陂_發(fā)中采用深圳眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司的ADT-850 PCI總線四軸運(yùn)動(dòng)控制卡來完成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)部分，采用ADT-842脈寬調(diào)制卡來控制激光器的能量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光商標(biāo)切割系統(tǒng)的控制，切割效果好、速度快、精度高。
一、系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由四部分組成：
1、主控PC機(jī)；
2、ADT-850四軸運(yùn)動(dòng)控制卡，控制X、Y軸的定位，及Z、W軸送料
3、XY采用三洋伺服驅(qū)動(dòng)器，X軸400W,Y軸200W。送料機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)。
4、ADT-842脈寬調(diào)制卡，控制激光器的能量大小。
5、CCD圖像采集卡，采集商標(biāo)實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)。
（圖1）
二、系統(tǒng)工作原理
（圖2）
1、過程描述
以上是實(shí)際的商標(biāo)帶，我們需要將其中的圖形（曲線部分）切割下來，同時(shí)要自動(dòng)進(jìn)行送料和接料，同時(shí)對(duì)商標(biāo)帶可能的位置偏差進(jìn)行補(bǔ)償。
A）準(zhǔn)備好商標(biāo)帶，放在機(jī)器的支架上。
B）將商標(biāo)拉伸拉平放好，并固定在切割面板上。
C）由圖象采集卡取得定位數(shù)據(jù)。
D）導(dǎo)入圖形數(shù)據(jù)。
E）設(shè)置切割參數(shù)，如加工速度、能量等。
F）開始切割過程。
2、開發(fā)要點(diǎn)
圖2所示是實(shí)際的商標(biāo)帶，其形狀是任意的，可能存在單排或多排圖形。工作時(shí)首先將商標(biāo)帶裝好放在機(jī)器上，由于商標(biāo)帶多為紡織類的柔軟材料，所以在放料時(shí)要求平坦，但不管怎樣，拉伸變形是不可避免的。另外，在商標(biāo)紡織過程中，同一個(gè)圖案也會(huì)存在一定的誤差，由于商標(biāo)帶往往要成千上萬個(gè)地連續(xù)切割，在送料過程中的誤差累積將會(huì)需要操作人員不斷干預(yù)，這將造成工作效率的低下。所以在自動(dòng)連續(xù)加工過程中，將碰到這樣幾個(gè)問題，即：怎樣保證切割的精度？怎樣處理切割過程中材料拉伸及變形？怎樣消除系統(tǒng)的累積誤差？
通過實(shí)驗(yàn)，我們?cè)谲浖袑?shí)現(xiàn)了軟件自動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ?，最大限度的避免了變形的錯(cuò)誤切割，消除了系統(tǒng)的累積誤差，使得加工更加穩(wěn)定，達(dá)到加工8萬個(gè)商標(biāo)才須要人工干預(yù)一次的自動(dòng)化水平。
商標(biāo)帶的圖形是任意的，可能碰到非常復(fù)雜的形狀，而切割商標(biāo)必須要求邊緣非常整齊光滑。所以加工過程中激光的能量調(diào)整要求相當(dāng)高。激光聚能與時(shí)間成正比，而時(shí)間又與加工速度成反比關(guān)系，即加工速度快時(shí)，同樣長(zhǎng)度受到激光照射的時(shí)間就短，如果加工時(shí)使用恒定的激光功率，將不可能達(dá)到好的加工效果，快速段可能割不透，慢速段又可能燒焦。在應(yīng)用過程中，我們采用ADT-842激光控制卡來實(shí)時(shí)控制激光，頻率達(dá)到20K以上，對(duì)不同的材料和速度，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)激光能量進(jìn)行調(diào)整，完全解決了快慢速及不同材料、不同厚度時(shí)的激光能量控制問題。
三、軟件實(shí)現(xiàn)
整個(gè)軟件分為圖象采集定位（以下稱定位軟件）及運(yùn)動(dòng)控制（以下稱控制軟件）部分，兩部分獨(dú)立處理、協(xié)調(diào)工作。
首先運(yùn)行定位軟件，通過定位軟件可得到商標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)圖形，通過在標(biāo)準(zhǔn)圖形中取特征點(diǎn)的辦法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖形與標(biāo)準(zhǔn)圖形的差異比較，同時(shí)需將標(biāo)準(zhǔn)圖形矢量化?？刂栖浖⒆x取矢量化的圖形后控制XY軸的運(yùn)動(dòng)和商標(biāo)帶的移動(dòng)。當(dāng)一個(gè)商標(biāo)切割完成后，控制軟件首先送商標(biāo)帶，然后調(diào)用定位軟件采集當(dāng)前切割的圖形并與標(biāo)準(zhǔn)圖形進(jìn)行比較分析，若發(fā)現(xiàn)有變形或縮放時(shí)將數(shù)據(jù)變化傳達(dá)給控制軟件，控制軟件將在本次切割時(shí)調(diào)整圖形數(shù)據(jù)。
1、軟件結(jié)構(gòu)
（圖3）
2、關(guān)鍵算法處理
1）、圖形拉伸及變形
在軟件中定義如下結(jié)構(gòu)：
typedef struct
{
double angle; //旋轉(zhuǎn)角度
long　 ImageLocalOX ; //圖象原點(diǎn)
long　 ImageLocalOY ;
float ImageWidthRadio ; //縮放比例
float ImageHeightRadio ;
long ImageHeightPixel; //相機(jī)區(qū)域
long ImageWidthPixel;
int bfilished ; //定位標(biāo)識(shí)
}CWLOCALDATA;

定位軟件加工之前時(shí)首先得到圖形的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，每次切割完一個(gè)圖形后，定位軟件將攝取當(dāng)前圖形并與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果在送料過程中，商標(biāo)帶發(fā)送輕微移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)或由于本身比例與上一商標(biāo)不一致，定位軟件立即將該數(shù)據(jù)返回給加工軟件，加工軟件將根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出補(bǔ)償。

CWLOCALDATA posData;
Get Transmut(posData); //獲取變形數(shù)據(jù)
tx = x; //原始圖形數(shù)據(jù)
ty = y;
double angtx= tx * cos(posData.angle)-ty *sin(posData.angle); //XY坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)
double angty= ty * cos(posData.angle)+tx *sin(posData.angle);
tx=angtx;ty=angty;
tx=tx* posData.ImageWidthRadio; //縮放比例偏移
ty=ty* posData.ImageHeightRadio;

這樣tx,ty即實(shí)際的坐標(biāo)值。
2）、原點(diǎn)補(bǔ)償
由于相機(jī)區(qū)域相對(duì)固定，為能攝取到切割圖形，必須使得切割圖形在相機(jī)的區(qū)域內(nèi)，而每次送料可能存在一定的誤差。這樣如果仍按老的圖形原點(diǎn)進(jìn)行切割，誤差將會(huì)越來越大，導(dǎo)致圖形超出相機(jī)區(qū)域，以致不能正確切割。為此，加工之前先確定圖形的原點(diǎn)，在每加工完一商標(biāo)后，定位軟件計(jì)算出新的原點(diǎn)偏差值，根據(jù)偏差值在下次送料時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。
long　lorigX;//記錄初始偏原點(diǎn)值(像素單位)
long　lValue;//位置偏差像素
double dLen;//送料補(bǔ)償
CWLOCALDATA posData;
Get Transmut(posData); //獲取數(shù)據(jù)
longlValue = posData.ImageLocalOX - lorigX;　 //新的位置
dLen= (double)( lValue* m_fPixPerMmX); //m_fPixPerMmX為每像素所對(duì)應(yīng)的毫米數(shù)。
3、控制卡操作
　　 ADT-850控制卡是基于PCI總線的控制卡，它提供了豐富的庫函數(shù)供調(diào)用，可方便基于XY平臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、雕刻切割系統(tǒng)、座標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用(具體。
在系統(tǒng)中主要用到了兩軸直線插補(bǔ)，四軸直線插補(bǔ)。對(duì)于XY兩軸插補(bǔ)，只需設(shè)置X軸的速度曲線，ZW插補(bǔ)則只需設(shè)定Z軸的速度曲線。四軸插補(bǔ)需要設(shè)置X軸的速度，其Z軸的倍率及驅(qū)動(dòng)速度應(yīng)與X軸設(shè)置相同，同時(shí)Z軸的初始速度也應(yīng)設(shè)為X軸的驅(qū)動(dòng)速度。
便如：使XY軸以100脈沖/秒的初速度、200脈沖/秒的驅(qū)動(dòng)速度、500脈沖/秒2的加速度各運(yùn)行1000個(gè)脈沖。
Inp_dec_enable(0,1);//允許減速
Inp_Clear(0); //清除插補(bǔ)錯(cuò)誤
Set_startV(0,1,200);
Set_Speed(0,1,200);
Set_Acc(0,1,500);
Inp_move2(0,1,1000,2,1000);
Int status (0);
While (1)
{
get_status(0,1,&status);
if ( status == 0) break; //動(dòng)作完成
}

4、激光控制卡操作
ADT842卡具備兩路DA輸出，同時(shí)具備1路PWM信號(hào)輸出，8路數(shù)字輸入和8路數(shù)字輸出。本系統(tǒng)中采用了美國相干公司的激光器，該激光器要求0-5V的脈沖信號(hào)，并可以調(diào)制脈沖的頻率及其占空比。在商標(biāo)切割過程中，根據(jù)不同的速度、不同的紡織材料厚度需要對(duì)激光能量進(jìn)行調(diào)整。由于能量與速度及紡織材料并不成一定的線性關(guān)系，所以需要建立一個(gè)激光能量對(duì)應(yīng)表。具體的做法是：
①　建立一個(gè)材料數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以激光來進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)，得到該材料厚度的擊穿能量值。
②　然后以不同的速度進(jìn)行切割，得到一個(gè)速度區(qū)間所對(duì)應(yīng)的能量范圍。
根據(jù)以上兩點(diǎn)，軟件在切割過程中，根據(jù)不同的速度和材料厚度自動(dòng)對(duì)激光能量進(jìn)行調(diào)整，以使切割均勻、無燒焦現(xiàn)象。
四、結(jié)束語
結(jié)合ADT-850完美的運(yùn)動(dòng)控制性能以及ADT-842對(duì)激光的能量調(diào)節(jié)，我們實(shí)現(xiàn)了商標(biāo)切割的完全自動(dòng)化。在應(yīng)用中該機(jī)器大大提高了生產(chǎn)效率和切割精度，切割效果好、精度高。


參考文獻(xiàn)：
ADT-850運(yùn)動(dòng)控制卡說明書　　　　　 眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司
ADT-842運(yùn)動(dòng)控制卡說明書　　　　　 眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司?