摘要：隨著數控技術的發展，很多手工加工控制的機床、設備均將被數控設備所替代。而運動控制將在數控技術中導演極為重要的角色，本文將舉例說明采用運動控制與激光的配合“激光商標切割機”控制系統的開發過程。
關鍵詞：ADT-853，數控，運動控制，激光
前言
隨著經濟的發展，各大公司對商標及知識產權的重視越來越強烈，商標往往體現了一個公司的經營理念和文化底蘊。而隨之而來的商標生產也成了一個熱門產業。當前的商標生產一般分為兩個步驟。即一是商標毛坯的大批量生產，一般由紡織機械或印刷機械完成。二是商標的切割和加工，將成批的商標切割成單個商標。傳統的商標切割由手工完成，生產效率低下，質量參次不齊，迫切需要自動化的數控設備完成這一工作。激光技術以它本身的各種優點承擔起了這項切割任務。而配合激光切割的必須要有一套高質量的XY運動控制定位系統。
我們在開發中采用深圳眾為興數控技術有限公司的PCI總線的ADT-853運動控制卡來完成運動控制系統部分。ADT-853不僅具有運動控制功能，同時具有1路DA輸出和一路PWM信號輸出，是專門針對激光切割/雕刻開發的一款運動控制卡。本系統中采用PWM信號來控制激光器的能量。
一、系統組成
系統由四部分組成：
1、主控PC機；
2、ADT-853四軸運動控制卡，控制XY軸的定位，及ZW軸送料
3、XY采用三洋伺服驅動器，X軸400W,Y軸200W。送料機構采用兩個步進電機。
4、CCD圖像采集卡，采集商標實時圖像數據。
二、系統工作原理
1、過程描述
以上是實際的商標帶，我們需要將其中的圖形（曲線部分）切割下來，同時要自動進行送料，接料，對時對商標帶可能的位置偏差進行補償。
A）準備好商標帶，放在機器的支架上。
B）將商標拉伸拉平放，并固定在切割面板上。
C）取得定位數據，由圖像采集卡取得。
D）導入圖形數據。
E）設置切割參數，如加工速度、能量等。
F）開始切割過程。
2、開發要點
圖2所示是實際的商標帶，其形狀是任意的，可能存在單排或多排圖形。工作時首先將商標帶裝好放在機器上，由于商標帶多為紡織類的柔軟材料，所以在放料時要求平坦，但不管怎樣，拉伸變形是不可避免的。另外在商標紡織過程中，同一個圖案也會存在一定的誤差，由于商標帶往往是成千上萬的連續切割，在送料過程中的誤差累積將會影起頻繁需要操作人員干預，使得工作效率低下。 這樣就會碰到以問題，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？怎樣消除系統的累積誤差？
通過實驗，我們在軟件中實現了軟件自動補償的功能，最大限度的避免變形的錯誤切割。消除系統的累積誤差，使得加工更加穩定，達到加工8萬個商標時人工僅需干預一次。
商標帶的圖形是任意的，可能碰到非常復雜的形狀，而切割商標必須要求邊緣非常整齊光滑。所以加工的激光的能量調整要求相當高。激光聚能與時間成正比，而時間加工速度也是正比關系，如果加工時使用恒定的激光功率，將不可能達到好的加工效果。在應用過程中，我們采用ADT842控制卡來實時控制激光，頻率達到20K以上，對應同的材料和速度，系統自動對激光能量進行調整，完全避免了以上所述問題。
三、軟件實現
整個軟件分為圖像采集定位（以下稱定位軟件）及運動控制（以下稱控制軟件）部分，兩部分獨立處理協調工作。
首先運行定位軟件，通過定位軟件可得了商標的標準圖形，通過在標準圖形中取特征點的辦法實現實時圖形與標準圖形的差異比較。同時需將標準圖形矢量化后。控制軟件將讀取圖形后控制XY軸的運動和商標帶的移動，當一個商標切割完成后，控制軟件首先送商標帶，然后調用定位軟件采集當前切割的圖形并與標準圖形進行比較分析，若發現有變形或縮放時將數據變化傳達給控制軟件，控制軟件將在本次切割時調整圖形數據。
1、軟件結構
2、關鍵算法處理
1）、圖形拉伸及變形
在軟件中定義如下結構：
typedef struct
{
double angle; //旋轉角度
long ImageLocalOX ; //圖象原點
long ImageLocalOY ;
float ImageWidthRadio ; //縮放比例
float ImageHeightRadio ;
long ImageHeightPixel; //相機區域
long ImageWidthPixel;
int bfilished ; //定位標識
}CWLOCALDATA;
定位軟件加工之前時首先得到圖形的標準結構，每次切割完一個圖形后，定位軟件將攝取當前圖形并與標準數據進行比較，如果在送料過程中，商標帶發送輕微移動，旋轉或由于本身比例與上一商標不一致，定位軟件立即將該數據返回給加工軟件，加工軟件將根據這些數據做出補償。
CWLOCALDATA posData;
Get Transmut(posData); //獲取變形數據
tx = x; //原始圖形數據
ty = y;
double angtx= tx * cos(posData.angle)-ty *sin(posData.angle); //XY坐標的旋轉
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即實際的坐標值。
2）、原點補償
由于相機區域相對固定，為能攝取到切割圖形，必須使得切割圖形在相機的區域內，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進行切割，誤差將會越來越大，導致圖形超出相機區域，以致不能正確切割。為此，加工之前先確定圖形的原點，在每加工完一個商標后，定位軟件計算出新的原點偏差值，根據偏差值在下次送料時進行補償。
long lorigX;//記錄初始偏原點值(像素單位)
long lValue;//位置偏差像素
double dLen;//送料補償
CWLOCALDATA posData;
Get Transmut(posData); //獲取數據
long lValue = posData.ImageLocalOX - lorigX; //新的位置
dLen= (double)( lValue* m_fPixPerMmX); //m_fPixPerMmX為每像素所對應的毫米數。
2、控制卡操作
ADT-853控制卡是基于PCI總線的控制卡，它提供了豐富的庫函數供調用，可方便基于XY平臺的數控系統、機器人系統、雕刻切割系統、坐標測量系統的應用(具體。
在系統中主要用到了兩軸直線插補，四軸直線插補。對于XY兩軸插補，只需設置X軸的速度曲線，ZW插補則只需設定Z軸的速度曲線。四軸插補需要設置X軸的速度，其Z軸的倍率及驅動速度應與X軸設置相同，同時Z軸的初始速度也應設為X軸的驅動速度。
便如：使XY軸以100脈沖/秒的初速度，200脈沖/秒的驅動速度，500脈沖/秒2的加速度各運行1000個脈沖。
Inp_dec_enable(0,1);//允許減速
Inp_Clear(0); //清除插補錯誤
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; //動作完成
}
3、激光控制操作
ADT-853卡具備1路DA輸出，同時具備有1個PWM信號輸出。本系統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，并可以調制脈沖的頻率及其占空比。在商標切割過程中，根據不同的速度、不同的紡織材料厚度需要對激光能量進行調整。由于能量與速度及紡織材料并不成一定的線性關系，所以需要建立一個激光能量對應表。具體的做法是：#p#分頁標題#e#
建立一個材料數據結構，并以激光來進行切割實驗，得到該材料厚度的擊穿能量值。
然后以不同的速度進行切割，得到一個速度區間所對應的能量范圍。
根據以上兩點，軟件在切割過程中，根據不同的速度和材料厚度自動對激光能量進行調整，以達到切割均勻，無燒焦現象。
四、結束語
結合ADT-853完美的運動控制性能及對激光的能量動態調節，我們實現了商標切割的完全自動化。在應用中該機器大大提高了生產效率和切割精度，對商標切割生產領域無疑是一個重大推動。
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