附：屈鳴楊小發(fā)明之

屈鳴楊系江蘇省天一中學(xué)的在校學(xué)生，他在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常需要用激光切割機(jī)來(lái)雕刻一些很酷的木質(zhì)標(biāo)簽，但作為商品的激光切割機(jī)價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為此屈鳴楊決定利用一些比較簡(jiǎn)單的材料、用比較低的成本來(lái)完成一臺(tái)適合家庭DIY使用的迷你激光切割機(jī)。

本項(xiàng)目以Arduino為主控器，通過(guò)接受電腦端發(fā)送過(guò)來(lái)的G代碼，主控器解釋這些執(zhí)行代碼，將代碼轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制電路帶動(dòng)X軸、Y軸運(yùn)動(dòng)。其中X軸帶動(dòng)半導(dǎo)體激光頭運(yùn)動(dòng)，Y軸帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的任意坐標(biāo)點(diǎn)的定位。

為了研究激光雕刻機(jī)項(xiàng)目，屈鳴楊首先在教師的幫助下解剖了學(xué)校的大型激光雕刻機(jī)，了解到激光雕刻機(jī)屬于二軸聯(lián)動(dòng)的平面移動(dòng)數(shù)控機(jī)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)激光頭在平面內(nèi)的移動(dòng)，內(nèi)置可以采用同步帶傳動(dòng)、滾珠絲桿傳動(dòng)等多種傳動(dòng)方式。同步帶傳動(dòng)壽命短，存在老化、張緊等較多問(wèn)題。但是，在激光頭行程比較長(zhǎng)時(shí)還是需要采用這種方式實(shí)現(xiàn)大行程移動(dòng)。而在行程比較短的情況下，滾珠絲桿軸承是更好的選擇，其壽命長(zhǎng)、定位精度高。因此，本裝置采用滾珠絲桿作為傳動(dòng)部件。同時(shí)屈鳴楊還了解了激光切割機(jī)的激光生成、傳輸、聚焦等結(jié)構(gòu)，對(duì)大型激光切割機(jī)一般采用氣體激光源，對(duì)小功率激光切割機(jī)則一般采用固體激光激光源。本裝置采用200 mW的紅色半導(dǎo)體激光源經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后作為切割光源。由于激光源體積小巧，因此可以直接將激光源安裝在驅(qū)動(dòng)軸上由絲桿帶動(dòng)一起運(yùn)動(dòng)。激光無(wú)需采用反射透鏡來(lái)改變光路，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。對(duì)X軸、Y軸方向絲杠驅(qū)動(dòng)采用兩相步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，定位精度高。商品化的大型激光切割機(jī)采用高性能DSP控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)G代碼的快速編譯和運(yùn)動(dòng)軌跡的快速插補(bǔ)運(yùn)算，本機(jī)器采用開(kāi)源、廉價(jià)的Arduino來(lái)完成這個(gè)工作，雖然速度性能有所下降，但性價(jià)比較高。

在該項(xiàng)目的研究中主要利用了嵌入式控制器編程、步進(jìn)電機(jī)控制、G代碼編譯等系列技術(shù)。

該項(xiàng)目的創(chuàng)新部分實(shí)現(xiàn)了激光切割設(shè)備的小型化，將激光切割設(shè)備設(shè)計(jì)得非常迷你，同時(shí)利用了大量的標(biāo)準(zhǔn)零件，使得該設(shè)備的價(jià)格非常低廉，適合大部分DIY愛(ài)好者購(gòu)買(mǎi)或制作。