基于LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光軌跡控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光軌跡控制方法。本發(fā)明采用LabVIEW讀取CAD的DXF圖形信息，然后通過LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡通訊來控制移動(dòng)平臺運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制飛秒激光加工軌跡的目的。本發(fā)明方法能加工直線、點(diǎn)、圓、圓弧、橢圓、多邊形等常用線型和其他復(fù)雜圖形的加工。
【專利說明】
基于LabV IEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光軌跡控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)以及飛秒激光科學(xué)與技術(shù)，特別是公開了一種基于LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光軌跡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器(NI)公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是:其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW軟件是NI設(shè)計(jì)平臺的核心，也是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。LabVIEW開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，被稱為是工業(yè)界的Wi ndows，廣泛運(yùn)用在工業(yè)控制領(lǐng)域。
[0003]DXF格式簡介DXF是Drawing eXchange File的縮寫，意思為圖形交換文件。DXF格式是特定版本AutoCAD圖形文件中所包含的全部信息的標(biāo)記數(shù)據(jù)的一種表示方法。標(biāo)記數(shù)據(jù)的意思是指在每個(gè)數(shù)據(jù)元素前都帶一個(gè)稱為組碼的整數(shù)。組碼的值表明了其后數(shù)據(jù)元素的類型，也指出了數(shù)據(jù)元素對于給定對象(或記錄)類型的含意。圖形文件中所有用戶指定的信息都能夠以DXF文件格式表示。
[0004]MPC2810運(yùn)動(dòng)控制器以PC為主機(jī)，基于PCI總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)的上位控制單元。它與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu):PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作。
[0005]MPC2810運(yùn)動(dòng)制器配備了功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富的Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫，可方便地開發(fā)出各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。對當(dāng)前流行的編程開發(fā)工具，如LabVIEW,Visual C++6.0提供了開發(fā)用Lib庫及頭文件和模塊聲名文件，可方便地鏈接動(dòng)態(tài)鏈接庫。MPC2810運(yùn)動(dòng)控制器廣泛適用于:激光加工設(shè)備;數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等;X-Y-Z控制臺；繪圖儀、雕刻機(jī)、印刷機(jī)械;送料裝置、云臺；打標(biāo)機(jī)、繞線機(jī);醫(yī)療設(shè)備;包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、木工機(jī)械;裝配生產(chǎn)線。
[0006]飛秒激光脈沖持續(xù)時(shí)間只有飛秒量級，遠(yuǎn)小于材料中受激電子通過轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化等形式的能量釋放時(shí)間，從根本上避免了熱擴(kuò)散的存在和影響，實(shí)現(xiàn)了相對意義上的“冷”加工，大大減弱和消除了傳統(tǒng)加工中熱效應(yīng)帶來的諸多負(fù)面影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光軌跡控制方法，該系統(tǒng)可以方便、快速的實(shí)現(xiàn)飛秒激光加工。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光軌跡控制方法，提供一激光軌跡控制系統(tǒng)，包括LabVIEW圖形讀取單元、MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡及飛秒激光加工裝置；
所述LabVIEW圖形讀取單元用于讀取CAD的DXF圖形信息，并能夠在LabVIEW圖形讀取單元的顯示窗口顯示所繪制圖形；
所述MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)所述LabVIEW圖形讀取單元讀取的DXF圖形信息，進(jìn)而控制所述飛秒激光加工裝置完成待加工工件的加工；
所述飛秒激光加工裝置包括:飛秒激光、快門、匯集透鏡、和待加工工件；
所述激光軌跡控制方法具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
51:通過CAD繪制所需加工圖形，保存成DXF格式，并導(dǎo)入LabVIEW中；
52: LabVIEW讀取DXF文件中與線型相關(guān)的信息，而后繪制圖形并記錄，具體即:LabVIEff以文本形式打開DXF文件，搜索實(shí)體段，并從實(shí)體段開始搜索線型，判斷線型類型，而后根據(jù)線型類型來讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，直至搜索至結(jié)束段EOF，完成線型相關(guān)信息讀??；
S3:根據(jù)LabVIEW讀取的線型相關(guān)信息，通過MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡控制飛秒激光加工裝置完成待加工工件的加工，具體即:MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡讀取線型信息，判斷加工線型，并調(diào)用相應(yīng)的加工函數(shù)輸入該線型參數(shù)，而后通過MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡控制飛秒激光加工裝置的激光快門打開，并使得飛秒激光加工裝置發(fā)射出的飛秒激光聚焦，照射于待加工工件的起始點(diǎn)位置，開始加工待加工工件，直至該線型加工完成，判斷下個(gè)線型的起始坐標(biāo)是否和本次加工線型的終點(diǎn)坐標(biāo)重合，若重合則不關(guān)閉快門，否則關(guān)閉激光快門，利用直線移動(dòng)函數(shù)將激光移動(dòng)到待下調(diào)線型的起始坐標(biāo)，接著讀取下一條線型信息進(jìn)行加工，直至讀取的線型為結(jié)束段EOF時(shí)，待加工工件加工完成。
[0009]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述飛秒激光加工裝置發(fā)射出的飛秒激光所會聚的光斑直徑小于50微米，能夠加工包括透明材料、高熔點(diǎn)材料、熱分解器和熱變形材料，并能夠利用聚焦光束進(jìn)行控制深度方向的內(nèi)部加工。
[0010]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡能控制電機(jī)完成包括直線、圓、圓弧、橢圓線型的插補(bǔ)。
[0011]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明系統(tǒng)能加工直線、點(diǎn)、圓、圓弧、橢圓、多邊形等常用線型，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形的加工。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明讀取線型坐標(biāo)程序流程圖。
[0013]圖2為本發(fā)明加工程序流程圖。
[0014]圖3為本發(fā)明LabVIEW前面板圖。
[0015]圖4為本發(fā)明LabVIEW導(dǎo)入DXF圖形文件程序框圖。
[0016]圖5為本發(fā)明LabVIEW讀取LINE數(shù)據(jù)程序框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。
[0018]如圖1-2所示，一種一種基于LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光軌跡控制方法，提供一激光軌跡控制系統(tǒng)，包括LabVIEW圖形讀取單元、MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡及飛秒激光加工裝置；
所述LabVIEW圖形讀取單元用于讀取CAD的DXF圖形信息，并能夠在LabVIEW圖形讀取單元的顯示窗口顯示所繪制圖形； 所述MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)所述LabVIEW圖形讀取單元讀取的DXF圖形信息，進(jìn)而控制所述飛秒激光加工裝置完成待加工工件的加工；
所述飛秒激光加工裝置包括:飛秒激光、快門、匯集透鏡、和待加工工件；
所述激光軌跡控制方法具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
51:通過CAD繪制所需加工圖形，保存成DXF格式，并導(dǎo)入LabVIEW中；
52: LabVIEW讀取DXF文件中與線型相關(guān)的信息，而后繪制圖形并記錄，具體即:LabVIEff以文本形式打開DXF文件，搜索實(shí)體段，并從實(shí)體段開始搜索線型，判斷線型類型，而后根據(jù)線型類型來讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，直至搜索至結(jié)束段EOF，完成線型相關(guān)信息讀??；
S3:根據(jù)LabVIEW讀取的線型相關(guān)信息，通過MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡控制飛秒激光加工裝置完成待加工工件的加工，具體即:MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡讀取線型信息，判斷加工線型，并調(diào)用相應(yīng)的加工函數(shù)輸入該線型參數(shù)，而后通過MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡控制飛秒激光加工裝置的激光快門打開，并使得飛秒激光加工裝置發(fā)射出的飛秒激光聚焦，照射于待加工工件的起始點(diǎn)位置，開始加工待加工工件，直至該線型加工完成，判斷下個(gè)線型的起始坐標(biāo)是否和本次加工線型的終點(diǎn)坐標(biāo)重合，若重合則不關(guān)閉快門，否則關(guān)閉激光快門，利用直線移動(dòng)函數(shù)將激光移動(dòng)到待下調(diào)線型的起始坐標(biāo)，接著讀取下一條線型信息進(jìn)行加工，直至讀取的線型為結(jié)束段EOF時(shí)，待加工工件加工完成。
[0019]所述飛秒激光加工裝置發(fā)射出的飛秒激光所會聚的光斑直徑小于50微米，能夠加工包括透明材料、高熔點(diǎn)材料、熱分解器和熱變形材料，并能夠利用聚焦光束進(jìn)行控制深度方向的內(nèi)部加工。所述MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡能控制電機(jī)完成包括直線、圓、圓弧、橢圓線型的插補(bǔ)。
[0020]以下具體講述本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程。
[0021]本發(fā)明基于LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光加工系統(tǒng)，采用LabVIEW讀取DXF文件信息繪制圖形，然后通過LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡通訊來控制移動(dòng)平臺運(yùn)動(dòng)，從而加工出所需圖形。在實(shí)際使用有，由于DXF文件結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在本程序中只讀取實(shí)體(RNTITIES)中讀取與線型相關(guān)的信息，然后繪制圖形并記錄。
[0022]如圖1所示，首先利用LabVIEW中自帶函數(shù)以文本文件形式打開DXF文件，搜索到實(shí)體段(ENTITIES)，從實(shí)體段(ENTITIES)開始搜索線型，由于每個(gè)線型都有相應(yīng)的存儲格式，搜索到線型之后判斷線型類型，然后根據(jù)線型類型來讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。例如搜索到LINE線型，在LINE后的第12行和第14行存儲的是該直線的起點(diǎn)坐標(biāo)，在16行和18行存儲的是該直線的終點(diǎn)坐標(biāo)，這里我們只需記錄下LINE線型和相對應(yīng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)，這條直線就算讀取完成，之后繼續(xù)搜索后面的線型讀取相關(guān)信息，如此循環(huán)。搜索到結(jié)束段(EOF)時(shí)，就說明線型數(shù)據(jù)全部讀取完畢。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明采用MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡來控制飛秒激光加工裝置的移動(dòng)平臺移動(dòng)，MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡自帶直線、圓、圓弧、橢圓等線型的插補(bǔ)函數(shù)，在加工時(shí)，只需調(diào)用相關(guān)函數(shù)并輸入?yún)?shù)即可加工出所畫的線型。
[0024]加工程序采用的是狀態(tài)機(jī)模式。首先，讀取線型信息判斷加工何種線型，然后調(diào)用相應(yīng)的加工函數(shù)輸入該線型的參數(shù)，之后打開激光快門即可開始加工，等待該線型加工完成，判斷下個(gè)線型的起始坐標(biāo)是否和本次加工線型的終點(diǎn)坐標(biāo)重合，如果重合則不關(guān)閉快門，否則關(guān)閉激光快門，利用直線移動(dòng)函數(shù)將激光移動(dòng)到待下調(diào)線型的起始坐標(biāo)。接著讀取下一條線型信息進(jìn)行加工，如此循環(huán)。當(dāng)讀取的線型為EOF時(shí)，說明加工完成，結(jié)束程序。
[0025]以下為本發(fā)明的具體應(yīng)用實(shí)例。
[0026]本發(fā)明系統(tǒng)采用LabVIEW讀取CAD的DXF圖形信息并在LabVIEW上顯示所繪制的圖形，然后通過LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡通訊來控制移動(dòng)平臺運(yùn)動(dòng)，從而控制飛秒激光加工出所繪制的圖形。本發(fā)明系統(tǒng)能加工直線、點(diǎn)、圓、圓弧、橢圓、多邊形等常用線型，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形的加工。
[0027I 如圖3所示，在前面板左側(cè)圖形顯示區(qū)域能顯示LabVIEW所讀取的DXF文件的圖形，右側(cè)為圖形導(dǎo)入和加工參數(shù)的設(shè)置。導(dǎo)入圖形前先選擇圖形的路徑，點(diǎn)擊“導(dǎo)入圖形”即可在左側(cè)圖形顯示區(qū)域顯示出所繪制的圖形。右側(cè)的參數(shù)設(shè)置區(qū)域包括空行程速度、進(jìn)給速度、各個(gè)軸的移動(dòng)距離、圖形縮放的倍數(shù)等參數(shù)，此外啟動(dòng)按鈕是控制平臺進(jìn)行點(diǎn)位移動(dòng)，加工按鈕控制平臺按所讀取的DXF文件信息來移動(dòng)，回零是回到移動(dòng)平臺的原點(diǎn)，停止則是停止正在執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)。
[0028]導(dǎo)入圖形過程總體分為兩步。第一步是將存儲數(shù)據(jù)變量(包括坐標(biāo)記錄、線型記錄和多邊形變數(shù))先清零，然后打開DXF文件(具體程序如圖4所示)找到實(shí)體段(ENTITIES)，從實(shí)體段開始搜索線型然后讀取相應(yīng)的坐標(biāo)信息。
[0029]圖5為讀取直線坐標(biāo)的程序框圖。例如搜索到直線(LINE)線型時(shí)，將LINE線型的第12、14行數(shù)據(jù)讀取出來，該數(shù)據(jù)為直線的起始點(diǎn)坐標(biāo)，將第16、18行讀取出來，該數(shù)據(jù)為直線的終點(diǎn)坐標(biāo)。將數(shù)據(jù)以數(shù)組的形式保存在“坐標(biāo)記錄”變量中，并將線型數(shù)據(jù)保存在“線型記錄”，之后繼續(xù)往下搜索線型，按上面介紹的方式繼續(xù)讀取，直至搜索到結(jié)束段(E0F)，結(jié)束讀取程序。
[0030]加工程序具體分為5個(gè)步驟。首先，讀取線型信息判斷加工何種線型，然后調(diào)用相應(yīng)的加工函數(shù)輸入該線型的參數(shù)，之后打開激光快門即可開始加工，等待該線型加工完成，判斷下個(gè)線型的起始坐標(biāo)是否和本次加工線型的終點(diǎn)坐標(biāo)重合，如果重合則不關(guān)閉快門，否則關(guān)閉激光快門，利用直線移動(dòng)函數(shù)將激光移動(dòng)到待下調(diào)線型的起始坐標(biāo)。接著讀取下一條線型信息進(jìn)行加工，如此循環(huán)。當(dāng)讀取的線型為EOF時(shí)，說明加工完成，結(jié)束程序。
[0031]以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光軌跡控制方法，其特征在于:提供一激光軌跡控制系統(tǒng)，包括LabVIEW圖形讀取單元、MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡及飛秒激光加工裝置； 所述LabVIEW圖形讀取單元用于讀取CAD的DXF圖形信息，并能夠在LabVIEW圖形讀取單元的顯示窗口顯示所繪制圖形； 所述MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)所述LabVIEW圖形讀取單元讀取的DXF圖形信息，進(jìn)而控制所述飛秒激光加工裝置完成待加工工件的加工； 所述飛秒激光加工裝置包括:飛秒激光、快門、匯集透鏡、和待加工工件； 所述激光軌跡控制方法具體實(shí)現(xiàn)步驟如下: SI:通過CAD繪制所需加工圖形，保存成DXF格式，并導(dǎo)入LabVIEW中； S2:LabVIEW讀取DXF文件中與線型相關(guān)的信息，而后繪制圖形并記錄，具體即:LabVIEW以文本形式打開DXF文件，搜索實(shí)體段，并從實(shí)體段開始搜索線型，判斷線型類型，而后根據(jù)線型類型來讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，直至搜索至結(jié)束段EOF，完成線型相關(guān)信息讀?。? S3:根據(jù)LabVIEW讀取的線型相關(guān)信息，通過MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡控制飛秒激光加工裝置完成待加工工件的加工，具體即:MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡讀取線型信息，判斷加工線型，并調(diào)用相應(yīng)的加工函數(shù)輸入該線型參數(shù)，而后通過MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡控制飛秒激光加工裝置的激光快門打開，并使得飛秒激光加工裝置發(fā)射出的飛秒激光聚焦，照射于待加工工件的起始點(diǎn)位置，開始加工待加工工件，直至該線型加工完成，判斷下個(gè)線型的起始坐標(biāo)是否和本次加工線型的終點(diǎn)坐標(biāo)重合，若重合則不關(guān)閉快門，否則關(guān)閉激光快門，利用直線移動(dòng)函數(shù)將激光移動(dòng)到待下調(diào)線型的起始坐標(biāo)，接著讀取下一條線型信息進(jìn)行加工，直至讀取的線型為結(jié)束段EOF時(shí)，待加工工件加工完成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光軌跡控制方法，其特征在于:所述飛秒激光加工裝置發(fā)射出的飛秒激光所會聚的光斑直徑小于50微米，能夠加工包括透明材料、高熔點(diǎn)材料、熱分解器和熱變形材料，并能夠利用聚焦光束進(jìn)行控制深度方向的內(nèi)部加工。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LabVIEW與MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡的激光軌跡控制方法，其特征在于:所述MPC2810運(yùn)動(dòng)控制卡能控制電機(jī)完成包括直線、圓、圓弧、橢圓線型的插補(bǔ)。
【文檔編號】G05B19/4097GK106054815SQ201610502317
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】王向峰, 林炎章, 高炳攀, 陳燕青
【申請人】福州大學(xué)