技术

摘要：随着数控技术的发展，很多手工加工控制的机床、设备均将被数控设备所替代。而运动控制将在数控技术中扮演极为重要的角色，本文阐述了采用ADT-850四轴运动控制卡结合ADT-842激光控制卡开发“激光商标切割机”的方法，此方法已在多家客户处应用。

关键词：ADT-850，ADT-842，数控，运动控制，激光能量控制

前言
随着经济的发展，各大公司对商标及知识产权的重视越来越强烈，商标往往体现了一个公司的经营理念和文化底蕴，随之而来的商标生产也成了一个热门产业。当前的商标生产一般分为两个步骤，一是商标毛坯的大批量生产，一般由纺织机械或印刷机械完成；二是商标的切割和加工，即将成批的商标切割成单个商标。传统的商标切割由手工完成，生产效率低下，质量参差不齐，迫切需要进行自动化数控设备改造。激光技术以它本身的各种优点承担起了商标切割的任务。而配合激光切割的必须要有一套高质量的XY运动控制定位系统。
我们在开发中采用深圳众为兴数控技术有限公司的ADT-850 PCI总线四轴运动控制卡来完成运动控制系统部分，采用ADT-842脉宽调制卡来控制激光器的能量，实现了对激光商标切割系统的控制，切割效果好、速度快、精度高。
一、系统组成
系统由四部分组成：
1、主控PC机；
2、ADT-850四轴运动控制卡，控制X、Y轴的定位，及Z、W轴送料
3、XY采用三洋伺服驱动器，X轴400W,Y轴200W。送料机构采用两个步进电机。
4、ADT-842脉宽调制卡，控制激光器的能量大小。
5、CCD图像采集卡，采集商标实时图像数据。
（图1）
二、系统工作原理
（图2）
1、过程描述
以上是实际的商标带，我们需要将其中的图形（曲线部分）切割下来，同时要自动进行送料和接料，同时对商标带可能的位置偏差进行补偿。
A）准备好商标带，放在机器的支架上。
B）将商标拉伸拉平放好，并固定在切割面板上。
C）由图象采集卡取得定位数据。
D）导入图形数据。
E）设置切割参数，如加工速度、能量等。
F）开始切割过程。
2、开发要点
图2所示是实际的商标带，其形状是任意的，可能存在单排或多排图形。工作时首先将商标带装好放在机器上，由于商标带多为纺织类的柔软材料，所以在放料时要求平坦，但不管怎样，拉伸变形是不可避免的。另外，在商标纺织过程中，同一个图案也会存在一定的误差，由于商标带往往要成千上万个地连续切割，在送料过程中的误差累积将会需要操作人员不断干预，这将造成工作效率的低下。所以在自动连续加工过程中，将碰到这样几个问题，即：怎样保证切割的精度？怎样处理切割过程中材料拉伸及变形？怎样消除系统的累积误差？
通过实验，我们在软件中实现了软件自动补偿的功能，最大限度的避免了变形的错误切割，消除了系统的累积误差，使得加工更加稳定，达到加工8万个商标才须要人工干预一次的自动化水平。
商标带的图形是任意的，可能碰到非常复杂的形状，而切割商标必须要求边缘非常整齐光滑。所以加工过程中激光的能量调整要求相当高。激光聚能与时间成正比，而时间又与加工速度成反比关系，即加工速度快时，同样长度受到激光照射的时间就短，如果加工时使用恒定的激光功率，将不可能达到好的加工效果，快速段可能割不透，慢速段又可能烧焦。在应用过程中，我们采用ADT-842激光控制卡来实时控制激光，频率达到20K以上，对不同的材料和速度，系统自动对激光能量进行调整，完全解决了快慢速及不同材料、不同厚度时的激光能量控制问题。
三、软件实现
整个软件分为图象采集定位（以下称定位软件）及运动控制（以下称控制软件）部分，两部分独立处理、协调工作。
首先运行定位软件，通过定位软件可得到商标的标准图形，通过在标准图形中取特征点的办法实现实时图形与标准图形的差异比较，同时需将标准图形矢量化。控制软件将读取矢量化的图形后控制XY轴的运动和商标带的移动。当一个商标切割完成后，控制软件首先送商标带，然后调用定位软件采集当前切割的图形并与标准图形进行比较分析，若发现有变形或缩放时将数据变化传达给控制软件，控制软件将在本次切割时调整图形数据。
1、软件结构
（图3）
2、关键算法处理
1）、图形拉伸及变形
在软件中定义如下结构：
typedef struct
{
double angle; //旋转角度
long　 ImageLocalOX ; //图象原点
long　 ImageLocalOY ;
float ImageWidthRadio ; //缩放比例
float ImageHeightRadio ;
long ImageHeightPixel; //相机区域
long ImageWidthPixel;
int bfilished ; //定位标识
}CWLOCALDATA;

定位软件加工之前时首先得到图形的标准结构，每次切割完一个图形后，定位软件将摄取当前图形并与标准数据进行比较，如果在送料过程中，商标带发送轻微移动，旋转或由于本身比例与上一商标不一致，定位软件立即将该数据返回给加工软件，加工软件将根据这些数据作出补偿。

CWLOCALDATA posData;
Get Transmut(posData); //获取变形数据
tx = x; //原始图形数据
ty = y;
double angtx= tx * cos(posData.angle)-ty *sin(posData.angle); //XY坐标的旋转
double angty= ty * cos(posData.angle)+tx *sin(posData.angle);
tx=angtx;ty=angty;
tx=tx* posData.ImageWidthRadio; //缩放比例偏移
ty=ty* posData.ImageHeightRadio;

这样tx,ty即实际的坐标值。
2）、原点补偿
由于相机区域相对固定，为能摄取到切割图形，必须使得切割图形在相机的区域内，而每次送料可能存在一定的误差。这样如果仍按老的图形原点进行切割，误差将会越来越大，导致图形超出相机区域，以致不能正确切割。为此，加工之前先确定图形的原点，在每加工完一商标后，定位软件计算出新的原点偏差值，根据偏差值在下次送料时进行补偿。
long　lorigX;//记录初始偏原点值(像素单位)
long　lValue;//位置偏差像素
double dLen;//送料补偿
CWLOCALDATA posData;
Get Transmut(posData); //获取数据
longlValue = posData.ImageLocalOX - lorigX;　 //新的位置
dLen= (double)( lValue* m_fPixPerMmX); //m_fPixPerMmX为每像素所对应的毫米数。
3、控制卡操作
　　 ADT-850控制卡是基于PCI总线的控制卡，它提供了丰富的库函数供调用，可方便基于XY平台的数控系统、机器人系统、雕刻切割系统、座标测量系统的应用(具体。
在系统中主要用到了两轴直线插补，四轴直线插补。对于XY两轴插补，只需设置X轴的速度曲线，ZW插补则只需设定Z轴的速度曲线。四轴插补需要设置X轴的速度，其Z轴的倍率及驱动速度应与X轴设置相同，同时Z轴的初始速度也应设为X轴的驱动速度。
便如：使XY轴以100脉冲/秒的初速度、200脉冲/秒的驱动速度、500脉冲/秒2的加速度各运行1000个脉冲。
Inp_dec_enable(0,1);//允许减速
Inp_Clear(0); //清除插补错误
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; //动作完成
}

4、激光控制卡操作
ADT842卡具备两路DA输出，同时具备1路PWM信号输出，8路数字输入和8路数字输出。本系统中采用了美国相干公司的激光器，该激光器要求0-5V的脉冲信号，并可以调制脉冲的频率及其占空比。在商标切割过程中，根据不同的速度、不同的纺织材料厚度需要对激光能量进行调整。由于能量与速度及纺织材料并不成一定的线性关系，所以需要建立一个激光能量对应表。具体的做法是：
①　建立一个材料数据结构，并以激光来进行切割实验，得到该材料厚度的击穿能量值。
②　然后以不同的速度进行切割，得到一个速度区间所对应的能量范围。
根据以上两点，软件在切割过程中，根据不同的速度和材料厚度自动对激光能量进行调整，以使切割均匀、无烧焦现象。
四、结束语
结合ADT-850完美的运动控制性能以及ADT-842对激光的能量调节，我们实现了商标切割的完全自动化。在应用中该机器大大提高了生产效率和切割精度，切割效果好、精度高。


参考文献：
ADT-850运动控制卡说明书　　　　　 众为兴数控技术有限公司
ADT-842运动控制卡说明书　　　　　 众为兴数控技术有限公司?