激光切割服装CAD/CAM系统研究与设计
|
摘要
本文主要论述激光切割服装CAD/CAM系统的研究与设计。采用微机的图形处理功能和单片机的控制功能有机结合的控制模式，代替单一的微机或单片机的控制模式。
通过对机械部件方案的比较和步进电机的运动特性分析，结合滚动导轨和同步带传动的运行平稳、精度高等特性，提出了以步进电机和同步带传动驱动切割工具的系统设计。通过步进电机驱动电路的细分以实现精度要求，并以激光为切割工具对布匹进行切割。
控制器硬件以AT89C51为核心扩展数据存储器和I/O口，从而有足够的存储单元存储切割图形的数据。步进电机驱动器采用斩波驱动电路和光电隔离信号输入/输出，设有电压过低、过热及过流保护。电机运行时振动也较小，提高了步进电机的可靠性。
步进电机的升降速用软件中断和查表方式进行，按标志符和阶梯升降来达到快速定位的目的，并提高系统的稳定性。提出了一种自动调整装置的设计方案，为长距离布匹的传输提供了方便。通过对布匹两边的位置检测反馈，结合步进电机和机构部件的动作，实现控制布匹的偏差。
用VB6.0编程语言实现数据的分割、比例放大与通讯程序和界面设计。数据分割可以设置不同的长度进行切割，从而使长距离的图形能够分段切割。切割时以单片机为控制核心，除了完成基本的动作，还能实现切割自动识别调整、自动重复切割。软件设有断点保护程序，确保当意外停机时，保存当前的加工参数，以便再开机时能继续中断的工作。
通过软件和硬件措施，使得系统的抗干扰性能加强，实验结果表明，控制系统能稳定工作，执行加工能准确地完成要求的动作。
This paper chiefly expounds the research and design of the system of Laser cutting CAD/CAM. The innovative point of this system is that adopting a new-style control mode to combine graphics-process function of microcomputer with the control function of SCM.
Through the comparison of the scheme of mechanical part and the analysis of motion character of stepping motor, combining with the character of rolling guide and belt drive that running smoothly and having high precision, we put forward the method that stepping motor and belt drive the cutting tool. And through dividing the drive circuit of the stepping motor, high precision brings about.
The controlling system is composed by AT89C51, data storage and I/O. It affords enough capacity for many data that contain some cutting graph data in order to reduce assistant-time. Stepping motor drive apply a chopper drive circuit. Stepping motor drive uses some function as voltage over-low, over-hot, which can protect the drive. And this raises the reliability the stepping motor.
Interception and instruction method is introduced on raiding and inducing of the speed motor. That achieves the purpose of fast position and system stabilization through the symbol and step raising and inducing. In order to easy to transferring cloth in long distance, we put forward a design method of auto adjusting drive. We use the sensor detect the edge of cloth, and feedback to the system. Through the motion of the stepping motor and mechanical part, the system can realize the control of the deviation.
Compiling with Visual Basic 6.0, complete the dividing, scaling, and communicating of data and the design of interface. And the data can be divided several passages, the long distance graph can cut in several passages. The system has the auto-adjust and auto cutting repeat excluding the basic motion. The soft of the system possesses the break-point operation, which can save the processed parameter and continue the interrupted operation as starting up again.
Using the method of software and hardware enhances the electromagnetic shield of system. It is resulted on experiment that controlling system had advantages of feasibility and reliability. Actuator can be easily controlled by controlling system so as to get high precision.
通过对机械部件方案的比较和步进电机的运动特性分析，结合滚动导轨和同步带传动的运行平稳、精度高等特性，提出了以步进电机和同步带传动驱动切割工具的系统设计。通过步进电机驱动电路的细分以实现精度要求，并以激光为切割工具对布匹进行切割。
控制器硬件以AT89C51为核心扩展数据存储器和I/O口，从而有足够的存储单元存储切割图形的数据。步进电机驱动器采用斩波驱动电路和光电隔离信号输入/输出，设有电压过低、过热及过流保护。电机运行时振动也较小，提高了步进电机的可靠性。
步进电机的升降速用软件中断和查表方式进行，按标志符和阶梯升降来达到快速定位的目的，并提高系统的稳定性。提出了一种自动调整装置的设计方案，为长距离布匹的传输提供了方便。通过对布匹两边的位置检测反馈，结合步进电机和机构部件的动作，实现控制布匹的偏差。
用VB6.0编程语言实现数据的分割、比例放大与通讯程序和界面设计。数据分割可以设置不同的长度进行切割，从而使长距离的图形能够分段切割。切割时以单片机为控制核心，除了完成基本的动作，还能实现切割自动识别调整、自动重复切割。软件设有断点保护程序，确保当意外停机时，保存当前的加工参数，以便再开机时能继续中断的工作。
通过软件和硬件措施，使得系统的抗干扰性能加强，实验结果表明，控制系统能稳定工作，执行加工能准确地完成要求的动作。
This paper chiefly expounds the research and design of the system of Laser cutting CAD/CAM. The innovative point of this system is that adopting a new-style control mode to combine graphics-process function of microcomputer with the control function of SCM.
Through the comparison of the scheme of mechanical part and the analysis of motion character of stepping motor, combining with the character of rolling guide and belt drive that running smoothly and having high precision, we put forward the method that stepping motor and belt drive the cutting tool. And through dividing the drive circuit of the stepping motor, high precision brings about.
The controlling system is composed by AT89C51, data storage and I/O. It affords enough capacity for many data that contain some cutting graph data in order to reduce assistant-time. Stepping motor drive apply a chopper drive circuit. Stepping motor drive uses some function as voltage over-low, over-hot, which can protect the drive. And this raises the reliability the stepping motor.
Interception and instruction method is introduced on raiding and inducing of the speed motor. That achieves the purpose of fast position and system stabilization through the symbol and step raising and inducing. In order to easy to transferring cloth in long distance, we put forward a design method of auto adjusting drive. We use the sensor detect the edge of cloth, and feedback to the system. Through the motion of the stepping motor and mechanical part, the system can realize the control of the deviation.
Compiling with Visual Basic 6.0, complete the dividing, scaling, and communicating of data and the design of interface. And the data can be divided several passages, the long distance graph can cut in several passages. The system has the auto-adjust and auto cutting repeat excluding the basic motion. The soft of the system possesses the break-point operation, which can save the processed parameter and continue the interrupted operation as starting up again.
Using the method of software and hardware enhances the electromagnetic shield of system. It is resulted on experiment that controlling system had advantages of feasibility and reliability. Actuator can be easily controlled by controlling system so as to get high precision.
引文
[1]李力钧，现代激光加工及其装备，北京：北京理工大学出版社，1993，1-2
[2]友情，激光技术的进展和应用，国外激光 1994，2
[3]梅遂生，激光加工在电子工业中的应用，电子器件，1999第22巻第1期2-4
[4]Mayer A.Europena Industrial Laser Market.SPIE Proc，Vol.1517，1990
[5]Schwarzenbach S P，Hunzider U W. Recent Progress in Laser Cutting. Proc. of the 7th International Congress on Applications of Laser and Electrooptics Icale0’88.UK:Upringer-Verlag IFA Ltd.，1989
[6]Danielewicz E J，Sherman G H. Innovative Optics for Shaping and Focusing Industrial CO2 Laser. SPIE Proc.，1024，1998
[7] 陈义红，张发伟。激光科学－光电产业的灵魂——世纪之初话激光，湖北光通光电系统有限公司，武汉，2000
[8] 陈义红，张发伟等，工业激光产品与市场分析，中国地质大学学报，2000
[9] 林述温，范杨波，机电装备设计，北京：机械工业出版社
[10] 张锡山，徐铁华，带传动技术，河北：纺织工业出版社，1986
[11] 张建民，机电一体化系统设计，北京：北京理工大学出版社，1996
[12]《功率步进电机的驱动》编写组，功率步进电机的驱动，北京，机械工业出版社，1984
[13] 徐灏．机械设计手册．北京：机械工业出版社，1991
[14] 庞启淮．小功率电动机应用手册．北京：机械工业出版社 1990
[15] 陈理壁．步进电动机及其应用．上海：上海科技出版社，1985
[16] 王鸿钰．步进电机控制技术入门． 上海： 同济大学出版社 1990
[17] 许实章．电机学．北京：机械工业出版社，1988
[18] (日)板生 清，保坂 宽等箸，光微机械电子学，北京：科学出版社，2002
[19] 李仁定，电机的微机控制，北京：机械工业出版社，1999.10
[20] 周祖德等．机电一体化控制技术与系统． 武汉：华中理工大学出版社，1998
[21] 李忠杰，宁守信． 步进电机应用技术． 北京：机械工业出版社，1988
[22] 杨渝钦． 控制电机． 北京：机械工业出版社，1996
[23] 雨宫好文（日）．传感器入门． 北京： 科学出版社，2000
[24] BS系列步进电机驱动器产品手册．2001
[25] 丁俊华，激光原理及应用，北京：清华大学出版社，1987，1-12
[26] 丘军林，程祖海。工业激光技术，武汉：华中科技大学出版社，2002.3
[27] 陈英礼，激光导论，北京：电子工业出版社，1986，7
[28] 何立民． 单片机应用系统设计． 北京： 航空航天大学出版社， 1990
[29] 余永权，ATMEL89系列单片机应用技术，北京：北京航空航天大学出版社，2002
[30] 丁元杰．单片微机原理及应用．北京：机械工业出版社 1997
[31] 吴秀清，周荷琴，微机计算机原理与接口技术．合肥：中国科学技术大学出版社，1992.2
[32] 何立民．单片机应用技术选编．北京：北京航空航天大学出版社，1993
[33] 曹巧媛．单片机原理及应用．北京：电子工业出版社 1997
[34] 赵依军．单片机原理及系统设计技术．武汉： 华中理工大学出版社， 1990
[35] 中国集成电路大全编委会．中国集成电路大全TTL集成电路．北京： 国防工业出版社，1993
[36] 李华．MCS-51系列单片机实用接口技术．北京：北京航空航天大学出版社1993
[37] 黄一夫． 微型计算机控制技术． 武汉：华中理工大学出版社，1988
[38] 唐泳洪． 系统可靠性故障诊断及容错． 重庆：重庆大学出版社，1990
[39] 商斌雄，彭济堂． 工业数字装置的抗干扰． 北京： 电子工业出版社．1988
[40] 张靖，刘少强，检测技术与系统设计，北京：中国电力出版社，2001
[41] 严普强，黄长艺． 机械工程测试技术基础．北京：机械工业出版社，1985
[42] 杨天怡．微型计算机控制技术．重庆：重庆大学出版社，1996
[43] 李朝青，单片机原理及接口技术，北京：北京航空航天大学出版社，1998.11
[44] 童诗白．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，1988
[45] 阎石． 数字电子技术基础．北京：高等教育出版社，1988
[46] 范本明等，自动图仪与图形数字化仪，北京：电子工业出版社，1991
[47] 金捷，机电检测技术，北京：中国人民大学出版社，2001
[48] 李朝青．单片机原理及接口技术． 北京：北京航空航天大学出版社，1999
[49] 穆兰．单片微型计算机原理及接口技术．北京：机械工业出版社，1996
[50] 徐维祥，刘旭敏．单片微型机原理及应用．大连：大连理工大学出版社，1996
[51] 周航慈．单片机应用程序设计基础．北京：北京航空航天大学出版社，1991
[52] 潘新民． 微型计算机与传感器技术． 北京： 人民邮电出版社 1988
[53] 陈宝江等．MCS单片机应用系统实用指南．北京：机械工业出版社，1997
[54]张克彦，MCS-51/96单片机浮点程序和实用程序，北京：北京航空航天大学出版社，2001.10
[55]白恩远，现代数控机床伺服及检测技术，北京：国防工业出版社，2002.1
[56] Hery D’Angelo．Microcomputer Structures．Peggy McCauley Inc，1981
[57] Jacob Millacan，Arvin Grabel．Microelectronics．McCgraw-Hill Inc，1987
[58] Clifton G．Fonstad．Devices and circuits．McCgraw-Hill Inc，1994
[59] 陈隆昌，陈筱艳． 控制电机． 西安：西北电讯工程学院出版社，1984
[60]张树兵，Visual Basic 中文版入门与提高，北京：清华大学出版社，1999.4
[61]谢步灜等，Visual Basic 计算机绘图基础，北京：电子工业出版社，2002.8
[62]张勇等，Visual Basic课程设计案例精编，北京：中国水利水电出版社，2002
[63]范逸之，陈立元，Visual Basic与RS232串行通信控制，中国青年出版社，2002
[64]何文俊等，Visual Basic6.0编程实例精解，北京：北京希望电子出版社，2000.4
[65]董炀斌，基于Windows NT通用快速成形控制系统研究，湖北：华中科技大学2002.4
[66]何耀，基于RP的刀切型LOM系统研究与开发，西安：西安交通大学，2002.5
[2]友情，激光技术的进展和应用，国外激光 1994，2
[3]梅遂生，激光加工在电子工业中的应用，电子器件，1999第22巻第1期2-4
[4]Mayer A.Europena Industrial Laser Market.SPIE Proc，Vol.1517，1990
[5]Schwarzenbach S P，Hunzider U W. Recent Progress in Laser Cutting. Proc. of the 7th International Congress on Applications of Laser and Electrooptics Icale0’88.UK:Upringer-Verlag IFA Ltd.，1989
[6]Danielewicz E J，Sherman G H. Innovative Optics for Shaping and Focusing Industrial CO2 Laser. SPIE Proc.，1024，1998
[7] 陈义红，张发伟。激光科学－光电产业的灵魂——世纪之初话激光，湖北光通光电系统有限公司，武汉，2000
[8] 陈义红，张发伟等，工业激光产品与市场分析，中国地质大学学报，2000
[9] 林述温，范杨波，机电装备设计，北京：机械工业出版社
[10] 张锡山，徐铁华，带传动技术，河北：纺织工业出版社，1986
[11] 张建民，机电一体化系统设计，北京：北京理工大学出版社，1996
[12]《功率步进电机的驱动》编写组，功率步进电机的驱动，北京，机械工业出版社，1984
[13] 徐灏．机械设计手册．北京：机械工业出版社，1991
[14] 庞启淮．小功率电动机应用手册．北京：机械工业出版社 1990
[15] 陈理壁．步进电动机及其应用．上海：上海科技出版社，1985
[16] 王鸿钰．步进电机控制技术入门． 上海： 同济大学出版社 1990
[17] 许实章．电机学．北京：机械工业出版社，1988
[18] (日)板生 清，保坂 宽等箸，光微机械电子学，北京：科学出版社，2002
[19] 李仁定，电机的微机控制，北京：机械工业出版社，1999.10
[20] 周祖德等．机电一体化控制技术与系统． 武汉：华中理工大学出版社，1998
[21] 李忠杰，宁守信． 步进电机应用技术． 北京：机械工业出版社，1988
[22] 杨渝钦． 控制电机． 北京：机械工业出版社，1996
[23] 雨宫好文（日）．传感器入门． 北京： 科学出版社，2000
[24] BS系列步进电机驱动器产品手册．2001
[25] 丁俊华，激光原理及应用，北京：清华大学出版社，1987，1-12
[26] 丘军林，程祖海。工业激光技术，武汉：华中科技大学出版社，2002.3
[27] 陈英礼，激光导论，北京：电子工业出版社，1986，7
[28] 何立民． 单片机应用系统设计． 北京： 航空航天大学出版社， 1990
[29] 余永权，ATMEL89系列单片机应用技术，北京：北京航空航天大学出版社，2002
[30] 丁元杰．单片微机原理及应用．北京：机械工业出版社 1997
[31] 吴秀清，周荷琴，微机计算机原理与接口技术．合肥：中国科学技术大学出版社，1992.2
[32] 何立民．单片机应用技术选编．北京：北京航空航天大学出版社，1993
[33] 曹巧媛．单片机原理及应用．北京：电子工业出版社 1997
[34] 赵依军．单片机原理及系统设计技术．武汉： 华中理工大学出版社， 1990
[35] 中国集成电路大全编委会．中国集成电路大全TTL集成电路．北京： 国防工业出版社，1993
[36] 李华．MCS-51系列单片机实用接口技术．北京：北京航空航天大学出版社1993
[37] 黄一夫． 微型计算机控制技术． 武汉：华中理工大学出版社，1988
[38] 唐泳洪． 系统可靠性故障诊断及容错． 重庆：重庆大学出版社，1990
[39] 商斌雄，彭济堂． 工业数字装置的抗干扰． 北京： 电子工业出版社．1988
[40] 张靖，刘少强，检测技术与系统设计，北京：中国电力出版社，2001
[41] 严普强，黄长艺． 机械工程测试技术基础．北京：机械工业出版社，1985
[42] 杨天怡．微型计算机控制技术．重庆：重庆大学出版社，1996
[43] 李朝青，单片机原理及接口技术，北京：北京航空航天大学出版社，1998.11
[44] 童诗白．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，1988
[45] 阎石． 数字电子技术基础．北京：高等教育出版社，1988
[46] 范本明等，自动图仪与图形数字化仪，北京：电子工业出版社，1991
[47] 金捷，机电检测技术，北京：中国人民大学出版社，2001
[48] 李朝青．单片机原理及接口技术． 北京：北京航空航天大学出版社，1999
[49] 穆兰．单片微型计算机原理及接口技术．北京：机械工业出版社，1996
[50] 徐维祥，刘旭敏．单片微型机原理及应用．大连：大连理工大学出版社，1996
[51] 周航慈．单片机应用程序设计基础．北京：北京航空航天大学出版社，1991
[52] 潘新民． 微型计算机与传感器技术． 北京： 人民邮电出版社 1988
[53] 陈宝江等．MCS单片机应用系统实用指南．北京：机械工业出版社，1997
[54]张克彦，MCS-51/96单片机浮点程序和实用程序，北京：北京航空航天大学出版社，2001.10
[55]白恩远，现代数控机床伺服及检测技术，北京：国防工业出版社，2002.1
[56] Hery D’Angelo．Microcomputer Structures．Peggy McCauley Inc，1981
[57] Jacob Millacan，Arvin Grabel．Microelectronics．McCgraw-Hill Inc，1987
[58] Clifton G．Fonstad．Devices and circuits．McCgraw-Hill Inc，1994
[59] 陈隆昌，陈筱艳． 控制电机． 西安：西北电讯工程学院出版社，1984
[60]张树兵，Visual Basic 中文版入门与提高，北京：清华大学出版社，1999.4
[61]谢步灜等，Visual Basic 计算机绘图基础，北京：电子工业出版社，2002.8
[62]张勇等，Visual Basic课程设计案例精编，北京：中国水利水电出版社，2002
[63]范逸之，陈立元，Visual Basic与RS232串行通信控制，中国青年出版社，2002
[64]何文俊等，Visual Basic6.0编程实例精解，北京：北京希望电子出版社，2000.4
[65]董炀斌，基于Windows NT通用快速成形控制系统研究，湖北：华中科技大学2002.4
[66]何耀，基于RP的刀切型LOM系统研究与开发，西安：西安交通大学，2002.5