CN106054815B - 基于LabVIEW与MPC2810运动控制卡的激光轨迹控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于LabVIEW与MPC2810运动控制卡的激光轨迹控制方法。本发明采用LabVIEW读取CAD的DXF图形信息,然后通过LabVIEW与MPC2810运动控制卡通讯来控制移动平台运动,实现自动化控制飞秒激光加工轨迹的目的。本发明方法能加工直线、点、圆、圆弧、椭圆、多边形等常用线型和其他复杂图形的加工。
Description
技术领域
本发明涉及运动控制技术以及飞秒激光科学与技术,特别是公开了一种基于LabVIEW与MPC2810运动控制卡的激光轨迹控制方法。
背景技术
LabVIEW是一种程序开发环境,由美国国家仪器(NI)公司研制开发,类似于C和BASIC开发环境,但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是:其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码,而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式。 LabVIEW软件是NI设计平台的核心,也是开发测量或控制***的理想选择。LabVIEW开发环境集成了工程师和科学家快速构建各种应用所需的所有工具,被称为是工业界的Windows,广泛运用在工业控制领域。
DXF格式简介:DXF是Drawing eXchange File的缩写,意思为图形交换文件。DXF格式是特定版本 AutoCAD 图形文件中所包含的全部信息的标记数据的一种表示方法。标记数据的意思是指在每个数据元素前都带一个称为组码的整数。组码的值表明了其后数据元素的类型,也指出了数据元素对于给定对象(或记录)类型的含意。图形文件中所有用户指定的信息都能够以 DXF 文件格式表示。
MPC2810运动控制卡以PC为主机,基于PCI总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元。它与PC机构成主从式控制结构:PC机负责人机交互界面的管理和控制***的实时监控等方面的工作。
MPC2810运动控制卡配备了功能强大、内容丰富的Windows 动态链接库,可方便地开发出各种运动控制***。对当前流行的编程开发工具,如LabVIEW,Visual C++6.0提供了开发用Lib 库及头文件和模块声名文件,可方便地链接动态链接库。MPC2810运动控制卡广泛适用于:激光加工设备;数控机床、加工中心、机器人等;X-Y-Z控制台;绘图仪、雕刻机、印刷机械;送料装置、云台;打标机、绕线机;医疗设备;包装机械、纺织机械、木工机械;装配生产线。
飞秒激光脉冲持续时间只有飞秒量级,远小于材料中受激电子通过转移、转化等形式的能量释放时间,从根本上避免了热扩散的存在和影响,实现了相对意义上的“冷”加工,大大减弱和消除了传统加工中热效应带来的诸多负面影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LabVIEW与MPC2810运动控制卡的激光轨迹控制方法,该***可以方便、快速的实现飞秒激光加工。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种基于LabVIEW与MPC2810运动控制卡的激光轨迹控制方法,提供一激光轨迹控制***,包括LabVIEW图形读取单元、MPC2810运动控制卡及飞秒激光加工装置;
所述LabVIEW图形读取单元用于读取CAD的DXF图形信息,并能够在LabVIEW图形读取单元的显示窗口显示所绘制图形;
所述MPC2810运动控制卡根据所述LabVIEW图形读取单元读取的DXF图形信息,进而控制所述飞秒激光加工装置完成待加工工件的加工;
所述飞秒激光加工装置包括:飞秒激光、快门、汇集透镜、和待加工工件;
所述激光轨迹控制方法具体实现步骤如下:
S1:通过CAD绘制所需加工图形,保存成DXF格式,并导入LabVIEW中;
S2:LabVIEW读取DXF文件中与线型相关的信息,而后绘制图形并记录,具体即:LabVIEW以文本形式打开DXF文件,搜索实体段,并从实体段开始搜索线型,判断线型类型,而后根据线型类型来读取相应的数据,直至搜索至结束段EOF,完成线型相关信息读取;
S3:根据LabVIEW读取的线型相关信息,通过MPC2810运动控制卡控制飞秒激光加工装置完成待加工工件的加工,具体即:MPC2810运动控制卡读取线型信息,判断加工线型,并调用相应的加工函数输入该线型参数,而后通过MPC2810运动控制卡控制飞秒激光加工装置的激光快门打开,并使得飞秒激光加工装置发射出的飞秒激光聚焦,照射于待加工工件的起始点位置,开始加工待加工工件,直至该线型加工完成,判断下个线型的起始坐标是否和本次加工线型的终点坐标重合,若重合则不关闭快门,否则关闭激光快门,利用直线移动函数将激光移动到待下调线型的起始坐标,接着读取下一条线型信息进行加工,直至读取的线型为结束段EOF时,待加工工件加工完成。
在本发明一实施例中,所述飞秒激光加工装置发射出的飞秒激光所会聚的光斑直径小于50微米,能够加工包括透明材料、高熔点材料、热分解器和热变形材料,并能够利用聚焦光束进行控制深度方向的内部加工。
在本发明一实施例中,所述MPC2810运动控制卡能控制电机完成包括直线、圆、圆弧、椭圆线型的插补。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:本发明***能加工直线、点、圆、圆弧、椭圆、多边形等常用线型,能实现复杂图形的加工。
附图说明
图1为本发明读取线型坐标程序流程图。
图2为本发明加工程序流程图。
图3为本发明LabVIEW前面板图。
图4为本发明LabVIEW导入DXF图形文件程序框图。
图5为本发明LabVIEW读取LINE数据程序框图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1-2所示,一种基于LabVIEW与MPC2810运动控制卡的激光轨迹控制方法,提供一激光轨迹控制***,包括LabVIEW图形读取单元、MPC2810运动控制卡及飞秒激光加工装置;
所述LabVIEW图形读取单元用于读取CAD的DXF图形信息,并能够在LabVIEW图形读取单元的显示窗口显示所绘制图形;
所述MPC2810运动控制卡根据所述LabVIEW图形读取单元读取的DXF图形信息,进而控制所述飞秒激光加工装置完成待加工工件的加工;
所述飞秒激光加工装置包括:飞秒激光、快门、汇集透镜、和待加工工件;
所述激光轨迹控制方法具体实现步骤如下:
S1:通过CAD绘制所需加工图形,保存成DXF格式,并导入LabVIEW中;
S2:LabVIEW读取DXF文件中与线型相关的信息,而后绘制图形并记录,具体即:LabVIEW以文本形式打开DXF文件,搜索实体段,并从实体段开始搜索线型,判断线型类型,而后根据线型类型来读取相应的数据,直至搜索至结束段EOF,完成线型相关信息读取;
S3:根据LabVIEW读取的线型相关信息,通过MPC2810运动控制卡控制飞秒激光加工装置完成待加工工件的加工,具体即:MPC2810运动控制卡读取线型信息,判断加工线型,并调用相应的加工函数输入该线型参数,而后通过MPC2810运动控制卡控制飞秒激光加工装置的激光快门打开,并使得飞秒激光加工装置发射出的飞秒激光聚焦,照射于待加工工件的起始点位置,开始加工待加工工件,直至该线型加工完成,判断下个线型的起始坐标是否和本次加工线型的终点坐标重合,若重合则不关闭快门,否则关闭激光快门,利用直线移动函数将激光移动到待下调线型的起始坐标,接着读取下一条线型信息进行加工,直至读取的线型为结束段EOF时,待加工工件加工完成。
所述飞秒激光加工装置发射出的飞秒激光所会聚的光斑直径小于50微米,能够加工包括透明材料、高熔点材料、热分解器和热变形材料,并能够利用聚焦光束进行控制深度方向的内部加工。所述MPC2810运动控制卡能控制电机完成包括直线、圆、圆弧、椭圆线型的插补。
以下具体讲述本发明的实现过程。
本发明基于LabVIEW与MPC2810运动控制卡的激光加工***,采用LabVIEW读取DXF文件信息绘制图形,然后通过LabVIEW与MPC2810运动控制卡通讯来控制移动平台运动,从而加工出所需图形。在实际使用中,由于DXF文件结构十分复杂,在本程序中只读取实体(RNTITIES)中与线型相关的信息,然后绘制图形并记录。
如图1所示,首先利用LabVIEW中自带函数以文本文件形式打开DXF文件,搜索到实体段(ENTITIES),从实体段(ENTITIES)开始搜索线型,由于每个线型都有相应的存储格式,搜索到线型之后判断线型类型,然后根据线型类型来读取相应的数据。例如搜索到LINE线型,在LINE后的第12行和第14行存储的是该直线的起点坐标,在16行和18行存储的是该直线的终点坐标,这里我们只需记录下LINE线型和相对应的起点、终点坐标,这条直线就算读取完成,之后继续搜索后面的线型读取相关信息,如此循环。搜索到结束段(EOF)时,就说明线型数据全部读取完毕。
如图2所示,本发明采用MPC2810运动控制卡来控制飞秒激光加工装置的移动平台移动,MPC2810运动控制卡自带直线、圆、圆弧、椭圆等线型的插补函数,在加工时,只需调用相关函数并输入参数即可加工出所画的线型。
加工程序采用的是状态机模式。首先,读取线型信息判断加工何种线型,然后调用相应的加工函数输入该线型的参数,之后打开激光快门即可开始加工,等待该线型加工完成,判断下个线型的起始坐标是否和本次加工线型的终点坐标重合,如果重合则不关闭快门,否则关闭激光快门,利用直线移动函数将激光移动到待下调线型的起始坐标。接着读取下一条线型信息进行加工,如此循环。当读取的线型为EOF时,说明加工完成,结束程序。
以下为本发明的具体应用实例。
本发明***采用LabVIEW读取CAD的DXF图形信息并在LabVIEW上显示所绘制的图形,然后通过LabVIEW与MPC2810运动控制卡通讯来控制移动平台运动,从而控制飞秒激光加工出所绘制的图形。本发明***能加工直线、点、圆、圆弧、椭圆、多边形等常用线型,能实现复杂图形的加工。
如图3所示,在前面板左侧图形显示区域能显示LabVIEW所读取的DXF文件的图形,右侧为图形导入和加工参数的设置。导入图形前先选择图形的路径,点击“导入图形”即可在左侧图形显示区域显示出所绘制的图形。右侧的参数设置区域包括空行程速度、进给速度、各个轴的移动距离、图形缩放的倍数等参数,此外启动按钮是控制平台进行点位移动,加工按钮控制平台按所读取的DXF文件信息来移动,回零是回到移动平台的原点,停止则是停止正在执行的运动。
导入图形过程总体分为两步。第一步是将存储数据变量(包括坐标记录、线型记录和多边形变数)先清零,然后打开DXF文件(具体程序如图4所示)找到实体段(ENTITIES),从实体段开始搜索线型然后读取相应的坐标信息。
图5为读取直线坐标的程序框图。例如搜索到直线(LINE)线型时,将LINE线型的第12、14行数据读取出来,该数据为直线的起始点坐标,将第16、18行读取出来,该数据为直线的终点坐标。将数据以数组的形式保存在“坐标记录”变量中,并将线型数据保存在“线型记录”,之后继续往下搜索线型,按上面介绍的方式继续读取,直至搜索到结束段(EOF),结束读取程序。
加工程序具体分为5个步骤。首先,读取线型信息判断加工何种线型,然后调用相应的加工函数输入该线型的参数,之后打开激光快门即可开始加工,等待该线型加工完成,判断下个线型的起始坐标是否和本次加工线型的终点坐标重合,如果重合则不关闭快门,否则关闭激光快门,利用直线移动函数将激光移动到待下调线型的起始坐标。接着读取下一条线型信息进行加工,如此循环。当读取的线型为EOF时,说明加工完成,结束程序。
以上是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作的改变,所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时,均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于LabVIEW与MPC2810运动控制卡的激光轨迹控制方法,其特征在于:提供一激光轨迹控制***,包括LabVIEW图形读取单元、MPC2810运动控制卡及飞秒激光加工装置;
所述LabVIEW图形读取单元用于读取CAD的DXF图形信息,并能够在LabVIEW图形读取单元的显示窗口显示所绘制图形;
所述MPC2810运动控制卡根据所述LabVIEW图形读取单元读取的DXF图形信息,进而控制所述飞秒激光加工装置完成待加工工件的加工;
所述飞秒激光加工装置包括:飞秒激光、快门、汇集透镜、和待加工工件;
所述激光轨迹控制方法具体实现步骤如下:
S1:通过CAD绘制所需加工图形,保存成DXF格式,并导入LabVIEW中;
S2:LabVIEW读取DXF文件中与线型相关的信息,而后绘制图形并记录,具体即:LabVIEW以文本形式打开DXF文件,搜索实体段,并从实体段开始搜索线型,判断线型类型,而后根据线型类型来读取相应的数据,直至搜索至结束段EOF,完成线型相关信息读取;
S3:根据LabVIEW读取的线型相关信息,通过MPC2810运动控制卡控制飞秒激光加工装置完成待加工工件的加工,具体即:MPC2810运动控制卡读取线型信息,判断加工线型,并调用相应的加工函数输入该线型参数,而后通过MPC2810运动控制卡控制飞秒激光加工装置的激光快门打开,并使得飞秒激光加工装置发射出的飞秒激光聚焦,照射于待加工工件的起始点位置,开始加工待加工工件,直至该线型加工完成,判断下个线型的起始坐标是否和本次加工线型的终点坐标重合,若重合则不关闭快门,否则关闭激光快门,利用直线移动函数将激光移动到待下调线型的起始坐标,接着读取下一条线型信息进行加工,直至读取的线型为结束段EOF时,待加工工件加工完成。
2.根据权利要求1所述的基于LabVIEW与MPC2810运动控制卡的激光轨迹控制方法,其特征在于:所述飞秒激光加工装置发射出的飞秒激光所会聚的光斑直径小于50微米,能够加工包括透明材料、高熔点材料、热分解器和热变形材料,并能够利用聚焦光束进行控制深度方向的内部加工。
3.根据权利要求1所述的基于LabVIEW与MPC2810运动控制卡的激光轨迹控制方法,其特征在于:所述MPC2810运动控制卡能控制电机完成包括直线、圆、圆弧、椭圆线型的插补。
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