激光打標(biāo)機(jī)由激光電源、激光器、兩座標(biāo)工作臺及數(shù)控系統(tǒng)四部分組成。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的程序及打標(biāo)工藝參數(shù)，控制工作臺作相應(yīng)的移動。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)陣組合起來就是要刻劃的字或圖案。原理圖如圖1所示。根據(jù)工作臺的移動方式，
圖1 激光打標(biāo)機(jī)原理圖
圖2 數(shù)控系統(tǒng)硬件構(gòu)圖
圖3 系統(tǒng)軟件
激光打標(biāo)機(jī)可分為三類：
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)軟件包括用戶圖標(biāo)編輯、用戶自定義圖案庫生成、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。本文對如何用單片機(jī)語言編寫系統(tǒng)軟件不做贅述，主要對前三種功能的實(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。一個圖標(biāo)程序由若干字段組成，每個字段又由該字符（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字段。一個字段包括6個信息元素：（1）字符標(biāo)識符，（2）字符類型，（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。
自定義圖案
用戶需要打標(biāo)特殊文字或圖案時，由于內(nèi)部字庫無法提供，所以采用自定義圖案方式生成自己的圖案庫，每個自定義圖案包括三部分信息：（1）字符類型，（2）字符標(biāo)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，每次輸入一個字節(jié)的點(diǎn)陣。圖案較大時，可以分塊定義。
打標(biāo)控制
根據(jù)圖表程序按字符標(biāo)識符和字符類型調(diào)入字符點(diǎn)陣，并構(gòu)成字符位圖，由位圖經(jīng)過路徑優(yōu)化轉(zhuǎn)化成工作臺的到達(dá)指定位置并輸出打標(biāo)信號，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)鍵問題。
眾所周知，路徑優(yōu)化是一世界性難題，目前尚無最優(yōu)解，最鄰近算法是最廣泛采用的方法，編程簡單、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），所以這種方法有時也可能很差，達(dá)不到優(yōu)化目的，在數(shù)據(jù)點(diǎn)較多時，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：
?、佟⑽粓D中找出第一個點(diǎn)（I，J）,并轉(zhuǎn)換成位移量，同時將該店在點(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，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)時控制中尤其重要。
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