《激光雕刻机系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光雕刻机系统设计（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、激光雕刻机系统设计摘要：随着我国的技术的不断的发展，我国的技术已经在很多的方面都得到了一定的成就，例如在激光雕刻方面的技术，已经得到很多大的成就，激光雕刻技术随着时代的发展，日新月异，其应用的范围也是十分的广泛。激光雕刻是以数控为基本，激光加工为媒介的一种加工方法，它的特点是和所雕刻材料的表面没有直接接触，不会受到机械运动的影响，表面也不会变形。本文采用Arduino单片机和Delphi语言设计和实现了一个可直接进行雕刻的激光雕刻机系统。本系统的设计中主要包括的模块为串口通信模块、中央处理模块、电机驱动模块、激光器驱动模块、机械传动结构模块、外型框架模块等部分，具有弱光定位、在非金属物体表面烧
2、刻出由计算机传输的图案、重复雕刻、印章阴阳雕刻等功能。系统主要采用Arduino UNO型单片机构成中央处理系统模块，通过串口通信模块与上位机软件进行通信，利用上位机软件对雕刻机系统完成包括手动进行前后左右移动、开关激光器、自动雕刻图案等功能。机械传动结构部分采用3D打印技术制作而成的滑块，通过与步进电机的结合，实现高精度的传动。关键词：单品机；系统设计；激光雕刻Abstract: along with our country the development of technology, the technology of our country has been in a lot of as
3、pects have been some achievements, such as in the aspects of laser engraving technology, has been a lot of great achievements, laser engraving technology with the development of the times, it should be with the change rapidly, the scope is very wide. Laser engraving is a CNC basic, a processing meth
4、od of laser processing for the media, it is not in direct contact with the surface of the carving material, will not be affected by the mechanical movement, the surface will not be deformed.In this paper, using Arduino microcontroller and Delphi language design and implementation of a laser engravin
5、g machine can be carved directly. The design of this system mainly includes the module of serial communication module, central processing module, motor drive module, laser driver module, mechanical structure module, machine frame modules, with weak light localization in non metallic surface burn car
6、ved by computer transmission patterns, carving, engraving and other repeated seal function of yin and yang.The system mainly uses the Arduino UNO Type MCU central processing system via serial communication module, communication module and PC software, including complete manually move around, switch
7、and automatic laser carving patterns and other functions of the engraving machine system using PC software. Mechanical transmission part of the use of 3D printing technology produced by the slider, and through the combination of stepper motor to achieve high-precision transmission.Key words: single
8、product machine; system design; laser engraving目录引言11 设计要求21.1 毕业设计题目21.2 设计的主要功能22 工作原理和系统结构23 硬件设计33.1 系统总电路图33.2 控制和数据处理模块43.3 串口通信电路103.4 电机驱动模块153.5 激光管驱动模块183.6 机械传动结构模块193.6.1 3D打印件193.6.2 二相四线步进电机213.6.3 亚克力面板243.6.4 滑台244 系统软件设计264.1 Arduino IDE介绍264.2 Delphi7软件简介264.3 系统主程序设计274.4 各个模块的软件设
9、计284.3.1 系统初始化模块284.3.2 控制协议分析模块294.3.3 指令任务执行模块314.4 上位机控制软件设计与实现345 系统测试365.1 测试工具和环境365.2 激光雕刻机整机调试365.3 测试流程376 总结40致 谢41参考文献42引言激光在20世纪60年代问世之后，在生产中很快得到了应用，而后，对其相关的基本理论研究不断的加深。各种各样的激光器逐步的发展起来，使得激光的应用领域也不断的被拓宽，规模也逐渐的被扩大，产生的社会与经济效益也更加的显著。激光技术得到了各个科技发达国家的高度重视，并且也得到了许多发展中国家的高度重视，同时也给与了大量的投入。在二十世纪的科
10、学技术发展中，新兴科技之一的激光技术成为了那个时代重要的发展标志。而自二十世纪八十年代至今，激光技术被全球的很多国家及政府作为国家级别的建设发展计划。例如, 英国的阿维尔计划, 美国的激光核聚变计划，日本的激光研究五年计划等。因为这些计划的实施使得激光技术迅速的发展起来，并且形成了一个生气盎然的新兴产业。大量的学科技术，多样的生产水平因为激光技术的发展而得到了提高。激光技术作为高新的加工工艺，广泛的被用来进行雕刻切割的处理，同时其得到了非常快速的发展。由于激光雕刻切割技术的机械传动结构搭建起来方便灵巧，并且低噪，低损耗，高精度，拥有广泛的适用性，对于控制软件的开发设计十分方便易于控制。因为在高
11、能量激光聚焦后，能够将被加工件瞬间气化，以此获得雕刻切割的效果，这样被加工的材料表面受到的影响较小，不会造成加工材料的刮痕或变形等，加工的缝隙也较小，尤其是对亚克力材料，切口较为整齐，无接触的加工所以不会产生加工接触力，无刀具的损耗，无模具，工件也无需特别装夹。而对激光雕刻技术的原理学习了解，及如何实现高精度雕刻等等，可以促进激光雕刻产业的发展。因此，激光雕刻机系统的设计是让更多人接触到激光雕刻技术的一项重要课题。市面上动辄几千上万的激光雕刻切割机器是普通人无法轻易尝试的，这对于那些想要接触激光技术的人们来说，无疑是一道很高的门槛，而本设计的激光雕刻机系统，将激光雕刻技术从工业大型设备转变为家
12、用小型设备，降低了激光雕刻技术的学习成本，使得更多有兴趣的人参与到激光雕刻技术的学习研究中。通过开发傻瓜型的控制软件，将机械传动部分小型化，采用功率较小的激光器，使得激光雕刻机变得简便易携带，操作也极为简单，同时也支持使用CNC机床的Gcode控制代码，因而能够对本机器进行二次开发学习。1 设计要求1.1 毕业设计题目 激光雕刻机的系统设计与实现1.2 设计的主要功能本设计以Arduino UNO型单片机为核心，制作一个激光雕刻机的设计和实现的主要功能如下：（1） 实现弱光定位，通过PWM的调节，将激光的强度降至一个较低的数值，以便于雕刻前的定位设置。（2） 在非金属的物体表面烧刻出由计算机传
13、输的图案，由上位机的控制软件发送指令至单片机进行动作。（3） 支持重复雕刻，在一次雕刻完成之后，雕刻机会自动返回雕刻初始位置，此时不移动电机位置，直接生成指令，可以再次在同样的位置进行雕刻，以达到修补首次雕刻时未出雕刻效果的部分区域。（4） 支持印章的阴阳雕刻，在光敏垫或部分胶皮材质上进行印章的雕刻，雕刻成型后即可上油墨进行盖印。（5） 可通过电脑端软件控制进行手动的上下左右移动，开光激光器等行为。（6） 使用由Arduino UNO型单片机构成的中央处理模块，完成对指令的发送接收，数据的处理以及进行控制。2 工作原理和系统结构根据设计的要求，本课题的激光雕刻机的系统设计与实现主要系统分为六个
14、模块：串口通信模块、中央处理模块、电机驱动模块、激光器驱动模块、机械传动结构模块、外型框架模块，系统结构如图2-1所示。图2-1 系统结构框图1) 中央处理模块主要采用Arduino UNO型单片机设计，为本设计的核心模块，主要负责对其他部分进行数据处理和控制。2) 串口通信模块采用PL2303HXD芯片，对RS232电平与USB电平进行转换，负责电脑与单片机的实时通信传输。3) 电机驱动模块该模块使用了L9110S电机驱动芯片，该芯片主要是为了控制和驱动电机而设计。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，故每驱动一个步进电机，则需要两枚L9110S芯片来提供二相四线步进电机所需要的线序脉
15、冲。4) 激光器驱动模块使用SS8050 NPN型三极管构建控制激光器的开关电路，单片机通过发送高低电平信号，来控制三极管的通断。5) 机械传动结构模块由3D打印件、二相四线步进电机、亚克力面板组成，亚克力面板作为底板承载支架与电机，3D打印件与步进电机接合之后，步进电机能够带动3D打印件进行移动，以此达到机械传动的目的。6) 外型框架模块外型框架模块主要使用亚克力面板，通过螺丝的接合，制成搭载机械传动结构模块和电路板等物件的支架。3 硬件设计3.1 系统总电路图由Arduino UNO型单片机构成的中央处理模块；由PL2303HXD构成的串口通信模块，四枚L9110S电机驱动芯片构成电机驱动模块；SS8050 NPN三极管构成激光器驱动电路，系统总电路图如图3-1所示。图3-1 系统总电路图3.2 控制和数据处理模块控制和数据处理模块采用Arduino UNO型单片机构成，由于Arduino单片机拥有运算能力较强，并且软件编程控制方便，功耗低，体积小、I/O口资源丰富、内置AD模数转换、通用性强和成本较低等优点。通过外界变压器提供的+5V电压供电，有源晶振输入时钟，控制模块能够正常工作；通过与串口通信模块连接上位机，可
