基于單片機(jī)的數(shù)控直角坐標(biāo)系平面激光打標(biāo)機(jī)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

彭石娟+王興+任楠

摘要：以數(shù)控直角坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，本文論述了數(shù)控直角坐標(biāo)系平面激光打標(biāo)機(jī)的相關(guān)特性。打標(biāo)機(jī)的組成部分分為上位機(jī)和下位機(jī)，單片機(jī)在機(jī)電設(shè)計(jì)系統(tǒng)中發(fā)揮著獨(dú)特的作用，可以通過(guò)單片機(jī)來(lái)處理繪圖文件和信息，也可以用它來(lái)處理直線(xiàn)和圓弧的勾繪，如可以用它來(lái)處理與PC機(jī)軟件相關(guān)的信息。以上的操作過(guò)程為畫(huà)線(xiàn)、畫(huà)圓、移點(diǎn)等圖像繪制奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：XY平面；單片機(jī)；下位機(jī)；上位機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）11-0145-02

當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)信息化社會(huì)，計(jì)算機(jī)與人們的生活密切相關(guān)，種種因素使計(jì)算機(jī)硬件價(jià)格比不斷降低，計(jì)算機(jī)的普及使圖形顯示器得到廣泛的應(yīng)用，它的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的發(fā)展同時(shí)有利于移點(diǎn)、畫(huà)圓、畫(huà)線(xiàn)等圖像的處理。計(jì)算機(jī)對(duì)它進(jìn)行了直接控制。直角坐標(biāo)系平面激光打標(biāo)機(jī)的計(jì)算機(jī)數(shù)控就是利用了NC去處理一些或全部的基本控制數(shù)字的功能系統(tǒng)。

1 與系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)的機(jī)電原理

平臺(tái)、X/Y坐標(biāo)尺 h和、X/Y傳動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)尺的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、激光頭、和微型計(jì)算機(jī)接口是數(shù)控直角坐標(biāo)系平面激光打標(biāo)機(jī)的主要特點(diǎn)，如圖1所示。

打標(biāo)機(jī)的臺(tái)面需要用平臺(tái)來(lái)固定。激光頭的抬起和落下可以用繼電器來(lái)控制。兩坐標(biāo)尺的交點(diǎn)（PEN）處是激光頭的位置，激光頭的位置由X～Y坐標(biāo)尺的位置確立，其位置可以用（X，Y）坐標(biāo)確定。利用傳動(dòng)絲桿可以將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)移動(dòng)到坐標(biāo)尺，而步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度能實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)尺的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

通訊接口發(fā)送給控制器的通訊命令是微型計(jì)算機(jī)的作圖命令，控制器可以對(duì)命令進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并對(duì)激光掃描子程序進(jìn)行調(diào)配。x和Y方向上的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由激光掃描子程序來(lái)驅(qū)使，使激光頭回到相應(yīng)的地點(diǎn)對(duì)兩坐標(biāo)尺的移動(dòng)做出了要求，即移動(dòng)的規(guī)律性。于此同時(shí)控制器應(yīng)該先控制激光頭繼電器才能使激光頭進(jìn)行起落，以上基本操作市電驅(qū)動(dòng)，操作者需要佩戴護(hù)目鏡。

2 設(shè)施的硬件性

2.1 單片機(jī)核心組成

STC8051RC是系統(tǒng)核心，復(fù)位電路、電源、時(shí)鐘電路及指示燈和I/O電路組成了一個(gè)完整的單片機(jī)電路。

2.2 串口通信電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)是TTL電平，PC機(jī)是RS-232電平，這無(wú)疑對(duì)實(shí)驗(yàn)造成了不便在，所以電平要進(jìn)行轉(zhuǎn)換升級(jí)。

3 基礎(chǔ)設(shè)施的軟件系統(tǒng)

3.1 下位機(jī)軟件

單片機(jī)接到了相關(guān)命令，從而達(dá)到和PC機(jī)通信的效果。為了對(duì)圖形進(jìn)行更好的激光掃描采用了逐點(diǎn)比較法算法?！爸瘘c(diǎn)比較法”的過(guò)程就是每走一次就需要比較一次，所以偏差計(jì)算和偏差判別的含義是通過(guò)判斷激光頭的實(shí)際位置和所要求的位置是不是在同一個(gè)方位，由此來(lái)判斷之后的方向是什么。

圖2是數(shù)控圓弧插補(bǔ)流程圖，偏差判定、坐標(biāo)方向、新偏差的解答和終點(diǎn)判斷組成了程序流程圖。

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本程序采用VC編寫(xiě)了一個(gè)激光掃描軟件繪制所需圖形，極大的促進(jìn)了圖形的編譯同時(shí)也提高了效率。操作既省時(shí)又省力。移點(diǎn)、畫(huà)線(xiàn)、畫(huà)逆弧、畫(huà)順弧、畫(huà)矩形、畫(huà)圓等激光掃描流程可以依靠本軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，想要組成圖形的掃描打開(kāi)文件夾即可，更重要的是它可以顯示圖形的坐標(biāo)并且實(shí)現(xiàn)距離的計(jì)算，具體流程如圖3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控直角坐標(biāo)系平面激光打標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì)使項(xiàng)目組獲益匪淺。項(xiàng)目組既深入學(xué)習(xí) 到了與CNC相關(guān)的重要知識(shí)，也掌握了基本的知識(shí)原理及算法，能很好的將理論與實(shí)踐想結(jié)合。相關(guān)人員的編程水平得到了相應(yīng)的提升為三維激光打標(biāo)機(jī)的研制奠定一定的基礎(chǔ)，也為產(chǎn)品的研制提供了寶貴的借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]徐國(guó)慶，張維維.直角坐標(biāo)機(jī)器人在全自動(dòng)數(shù)控涂膠機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].金屬加工（冷加工），2014，（19）：75-77.

[2]楊麗新.基于單片機(jī)的兩坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)控制系統(tǒng)研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012，8（31）：7609-7613.

[3]李奔.臥式數(shù)控車(chē)床直角坐標(biāo)送料機(jī)器人的構(gòu)建方法[J].機(jī)械工程師，2012，（08）：77-78.

[4]李楊，李勁松，崔艷華.數(shù)控化改造XY兩坐標(biāo)工作臺(tái)[J].山東機(jī)械，2001，（03）：45-46+48.

[5]羅護(hù)，熊飛湍，周倩.雙轉(zhuǎn)軸平板繪圖機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2004，（05）：71-73.

Abstract：On the basis of NC Cartesian coordinate system， this paper discusses the related characteristics of NC Cartesian coordinate plane laser marking machine.The marking of the part is divided into upper and lower machine， SCM plays a unique role in the mechanical and electrical system design， drawing files and information can be processed by MCU， can also use it to deal with linear and circular drawing， you can also use it to deal with PC software related information.This operation lays the foundation for drawing lines， drawing circles， moving points and other image rendering.

Key Words：XY plane； MCU； lower computer； upper computerendprint