计算机控制激光二维复杂图形扫描加工
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摘要
在科学技术迅猛发展的今天，人们对各种产品的要求越来越高，从而促使产品的更新换代的速度也越来越快。在许多生产加工领域，激光作为一种特殊的能源和工具，能实现以往难以实现的目标。在激光诸多的应用中，很多情况下都要用到激光扫描，比如加工、标刻、测量、军事等领域。由于激光的高方向性，高单色性，高相干性等优点，使激光的应用得到了广泛的发展。
本文从介绍利用激光作为扫描能源，进而实现加工、打标等功能处入手，逐渐深入的阐述了在本扫描系统中所用到的步进电机原理及控制、扫描接口的原理、以及相关电子线路等。
在本文中详细介绍了扫描系统的实现。首先将目标图形编译成扫描程序，然后通过计算机与扫描系统的接口将相应的控制信号输出。在外部电子线路的支持下，步进电机按照该程序的控制要求实现扫描。研究实现了几种基本几何图形的扫描程序，并在此基础上，进行组合，实现了复杂图形的扫描。
本扫描系统可以应用到加工、打标、测量、军事雷达、制造、地球勘探等行业，具有广泛的应用前景。
Today is the day of the development of science and technology ?people may have so many requirements that accelerate the refreshment of products .In many fields of manufacture and machining ,and as a special power , laser can produce the products that people could not dreamed .In the application of laser .scanning is widely applied just like lettering .measure , military and so on .Because of the special characters 梕xcellent direction .exclusive color and intense correlation .laser is applied more and more.
This article begins from the introduction of scanning-laser and it's characters .then expounds gradually and in-depth the stepping-motor and Ipt of computer .And the next is the realization of all above.
In the fourth chapter ,it is emphasized that the realization of two dimensions laser-scanning system .First, program is programming .then the signal of relevant control is export from computer to the stepping-motor .And the stepping-motor can running according to these control signals .so the system is completed successfully .
This laser-scanning system can be applied in lettering .measure .military .manufacture and machining .earth-reconnoitering and so on .It may be used widely.
本文从介绍利用激光作为扫描能源，进而实现加工、打标等功能处入手，逐渐深入的阐述了在本扫描系统中所用到的步进电机原理及控制、扫描接口的原理、以及相关电子线路等。
在本文中详细介绍了扫描系统的实现。首先将目标图形编译成扫描程序，然后通过计算机与扫描系统的接口将相应的控制信号输出。在外部电子线路的支持下，步进电机按照该程序的控制要求实现扫描。研究实现了几种基本几何图形的扫描程序，并在此基础上，进行组合，实现了复杂图形的扫描。
本扫描系统可以应用到加工、打标、测量、军事雷达、制造、地球勘探等行业，具有广泛的应用前景。
Today is the day of the development of science and technology ?people may have so many requirements that accelerate the refreshment of products .In many fields of manufacture and machining ,and as a special power , laser can produce the products that people could not dreamed .In the application of laser .scanning is widely applied just like lettering .measure , military and so on .Because of the special characters 梕xcellent direction .exclusive color and intense correlation .laser is applied more and more.
This article begins from the introduction of scanning-laser and it's characters .then expounds gradually and in-depth the stepping-motor and Ipt of computer .And the next is the realization of all above.
In the fourth chapter ,it is emphasized that the realization of two dimensions laser-scanning system .First, program is programming .then the signal of relevant control is export from computer to the stepping-motor .And the stepping-motor can running according to these control signals .so the system is completed successfully .
This laser-scanning system can be applied in lettering .measure .military .manufacture and machining .earth-reconnoitering and so on .It may be used widely.
引文
1．王涛．人体的激光扫描三维建模系统的研究．中国激光．2001．9
2．王涛．物体三维形状的特征视觉识别方法及应用．机械工业自动化．98，NO 20
3．王涛．红光(660nm)准连续Nd：YAG内腔倍频激光器．中国激光．2001，9
4．智爱娟．步距角细分的微机控制法．洛阳大学学报．第14卷，第2期，1999，6
5．林波，李兴根．混合式步进电机SPWM微步驱动技术的研究．微电机．第30卷，第3期，2000
6．徐杜，蒋永平等．全数字式步进电机连续细分方法与实现．微特电机．第2期，1997
7．陈章龙，陈泽文．IBM-计算机机软硬件接口及实验．北京：人民邮电出版社，1998
8．李继灿．新编8-16-32位微型计算机原理及应用．北京：清华大学出版社，1999
9．陈静，李清泉，李必军．激光扫描测量系统的应用研究．测绘工程．第10卷，第1期，2001
10．张忠萍，杨福民．卫星激光测距的新进展．天文学进展．第19卷，第2期，2001
11．叶树林．步进电机均匀细分控制的研究．微特电机．第1期，1998
12．肖本贤，陈荣宝，李斌等．步进电机微步驱动技术研究．自动化与仪表．第12卷，第5期，1997
13．马西庚，周巧娣．步进电机细分控制量的优化．石油大学学报．第22卷，第6期，1998
14．张瑞明．线性步进电机超精控制方法研究．航空精密制造技术．第33卷，第2期，1997
15．王富东．进电机的动态升降速控制．苏州丝绸工业学院院报．第18卷，第5期，1998 10
16．鞠静，熊健等．步进电机在红外系统扫描机构中的应用．光电工程．第24卷第2期，1997
17．郑灼，李兴根．单片机控制的步进电机升降频规律及实现．微电机．第32卷，第4期，1999
18．冯志华，李胜利等．步进电机的导引控制及一种高速导引电路．微特电机．第2期，1997
19．沈红卫．智能型步进电机控制技术．新技术新工艺．第4期，1997
19．王士元，吴芝芳．IBM-计算机／XT接口技术及其应用．天津：南开大学出版社，1999
20．侯乐善．微型计算机接口及应用．武汉：华中理工大学出版社，1997
21．刘甘娜，马瑞芳，钟基华．IBM计算机微机原理及接口技术．西安—西安交通大学出版社 1999
22．杨素行．微型计算机系统原理及应用．北京：清华大学出版社，1999
23．Michael Hordcski．个人计算机接口．北京：电子工业出版社，1996
24．王秀玲，赵雁南．微型计算机A／D D／A转换接口技术及数据采集系统设计．北京：清华大学出版社，1999
25．胡中揖．最优控制原理及应用．杭州：浙江大学出版社，1998
26．张伯鹏，张昆，徐家球．机器人基础．北京：机械工业出版社，1988
27． Feng .-Yung liu.Yixin.Analysis of digitizing errors of a laser scanning system. Precision Engineering. Volume:25, Issue:3 July 2001
28． Golnabi.h.Design and operation of a laser scanning system.Optics and Laser Technology. Volume:32,Issue:4,June 2000
29． Shepeleva.L,Medres.B.Laser cladding of turbine blades.Surface and Coatings Technology. Volume: 125,Issue:1-3,March 2000
30． Baltsavias.E.P.Airborne laser scanning: exiting system and firms and others resources. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. Volume:54,Issue:2-3,July 1999
31． Lee.Kwan.H,Park.Hyun-Pung.Automated inspection planning of free-form shape parts by laser scanning.Robitics and Computer-Integrated Manufacturing.Volume: 16,Issue:4,August 2000
32． Osugi.Keiji,Miyachi.Kunihiro.Development of scanning laser radar for ACC system.JSAE Review. Volume:20,Issue:4 October 1999
33． Menuier.Pierre,Tack.David.Helmet accomodation analysis using 3D laser scanning.Appiled Ergonomics. Volume:31,Issue:4,August 2000
34． Axelsson.Peter.Processing of laser scanner data-Algorithms and application.ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. Volume:54,Issue:2-3,July 1999
35． Ngoi.B.K.A,Tan.B.Two-axis-scanning laser Doppler vibrometer for microstructure.Optics Communications. Volume: 182,Issue: 1-3,August 2000
36． Rossi.G.L,Santolini.C.The application of a laser scanning vibrometer for dynamic characterization of large impellers.Measurement. Volume:24,Issue:1,July 1998
37． Joseph.M.Preparation of thin films of CaZrO3 by pulsed laser deposition.Solid State Lonics Volume:144,Issue:3-4,December 2001
38． Kamioka.H,Honjo.T.A three-dimensional distribution of osteocyte processes revealed by the combination of confocal laser scanning microscopy and the differential interference contrast microscopy.Bone. Volume:28,Issue:2,February 2001
39． P.S. UMESH ADIGA AND B.B. CHAUDHURI.Some efficient methods to correct coafocal images for easy interpretation.Micron.北京图书馆 Issue :0968-4328
41． Bryan K. A. Ngoi and K. Venkatakrishnan.Scanning laser vibrometer for dynamic study of small features.Optical Engineering. Volume:31,Issue:2-3,August 1999
40． Bernard, Alain; Veron, Michel. Analysis and Validation of 3D Laser Sensor Scanning Process.CIRP annals. Volume:25,Issue:9,August 1999
41． Bond, Linda M. Turnquest, Karen.Using laser surface scanning and bare wafer review to diagnose photolithography track developer process induced defect issues.Proceedings of SPIE-The International
Society for Optical Engineering .Volume:34,Issue:11, July 1999
42. Shadrin, P.M. Huebener, R.P. Comparative study of electron and laser beam scanning for local electrical characterization of high-T//c thin films and junctions . IEEE Transactions on Applied Superconductivity. Volume: 18, Issuc:3, March, 1996
43. Landi, Sandra M. Martinez, Oscar E..Avoiding photothermal noise in laser assisted scanning tunneling microscopy. Ultramicroscopy. Volume:20,Issue:3-4,April, 1998
44. Fano, V.; Ma, W.Y.; Ortalli, L, Pozela, K. Study of dental materials by laser beam scanning. Biomaterials Volume-24, Issue: 15, April, 2001
45. Sami, M.; Yilbas, B.S. Three-dimensional electron-kinetic theory approach for laser heating: Moving heat source consideration. Physica. Volume:23, Issue:5, septembcr, 1994
46．兰玉．数控系统中的插补原理和算法．电讯技术．第32卷，第1期，1992
47．窦小牧，彭炎午．数控系统中空间任意平面圆弧的插补算法．航空学报．第13卷，第11期 1992
48．张春良．基于时间分割法DDA圆弧插补算法的改进．机械工程师．2000，5
49．张春良．数字增量式直接函数法的圆弧插补算法的改进．组合机床与自动化加工技术．2000，第6期
50．贾宝贤．圆弧插补的中点判别法．机械工程师．2001，1
51．古辉，任家俊，古纯效．又一种新型的椭圆插补算法．山西机械．第2期(总第103期)1999 6
52．谭伟明，姚运萍《复合插补实现的椭圆插补法》甘肃工业大学学报 第24卷，第8期，1998
53．刘斌，肖跃加，张详林等《基于圆心角分割的双曲线，抛物线插补算法》华中理工大学学报第25卷，第2期，1997，2
54．王进《比较积分法及程序设计》机械设计与制造 1995，6
55．石毅，简林柯《智能协调n分步长抛物线插补算法的研究》机械与电子 1999(6)
56．罗欣，李光斌，朱涵梁《时间分割法抛物线插补算法研究》组合机床与自动化加工技术，1998年第4期
57. Francis, D.A. Lan, K.Y.; Muller, R.S.; Chang-Hasnain, C.S. Compact 2D laser beam scanner with fan laser array and Si micromachined microscanner .Electronics Letters. Volume:36, Issue:9, May ,2001
58. Boughaba, S.; Auvert G. Laser direct writing of micron-size silicon lines from trisilane. Journal of Applied Physics. Volume:21, Issue:4-5, February, 1999
59. Wang Tao .Nearly-Noncritcal Phase Matching inmgO:LiNbO_3 Optical Parametric Oscillators 2001.9
60．王利生，于德利．一种空中定位新方法分析．光学 精密工程．第4卷第2期，1996
61．刘少创，邵晖．记载三维成像仪的定位原理及性能分析．测绘学报．第28卷，第2期，1999
62．阳道善，陈吉红，周会成．线结构激光-机器视觉三角测量光路设计．光学技术．第27卷，第2期，2001
63．陈安健，路晓东．一种新型军用激光测距系统的应用与研究．激光与红外．第31卷，第2期，2001
64．罗三虎．激光平面(水准)仪在工程建设中的应用．陕西水力发电．第17卷，第2期，2001
65．何玉囡，姚海燕．历书激光排版系统．紫金山天文台台刊．第19卷，第1期，2000，
66．刘斌．数字化地图的激光输出．河南测绘．2000年第2期
67．尤红建，刘彤．利用三维成像仪快速生成遥感地学编码图像．测绘学报．第29卷，第4期，2000
68．杨晖东，丁瑞欣．激光Z扫描测量技术．激光技术．第24卷，第4期，2000，8
69．徐逢亮，李树楷．机载激光影象制图系统中的3维定位技术．测绘学报．第29卷，第5期，2000，5
2．王涛．物体三维形状的特征视觉识别方法及应用．机械工业自动化．98，NO 20
3．王涛．红光(660nm)准连续Nd：YAG内腔倍频激光器．中国激光．2001，9
4．智爱娟．步距角细分的微机控制法．洛阳大学学报．第14卷，第2期，1999，6
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7．陈章龙，陈泽文．IBM-计算机机软硬件接口及实验．北京：人民邮电出版社，1998
8．李继灿．新编8-16-32位微型计算机原理及应用．北京：清华大学出版社，1999
9．陈静，李清泉，李必军．激光扫描测量系统的应用研究．测绘工程．第10卷，第1期，2001
10．张忠萍，杨福民．卫星激光测距的新进展．天文学进展．第19卷，第2期，2001
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16．鞠静，熊健等．步进电机在红外系统扫描机构中的应用．光电工程．第24卷第2期，1997
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19．沈红卫．智能型步进电机控制技术．新技术新工艺．第4期，1997
19．王士元，吴芝芳．IBM-计算机／XT接口技术及其应用．天津：南开大学出版社，1999
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26．张伯鹏，张昆，徐家球．机器人基础．北京：机械工业出版社，1988
27． Feng .-Yung liu.Yixin.Analysis of digitizing errors of a laser scanning system. Precision Engineering. Volume:25, Issue:3 July 2001
28． Golnabi.h.Design and operation of a laser scanning system.Optics and Laser Technology. Volume:32,Issue:4,June 2000
29． Shepeleva.L,Medres.B.Laser cladding of turbine blades.Surface and Coatings Technology. Volume: 125,Issue:1-3,March 2000
30． Baltsavias.E.P.Airborne laser scanning: exiting system and firms and others resources. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. Volume:54,Issue:2-3,July 1999
31． Lee.Kwan.H,Park.Hyun-Pung.Automated inspection planning of free-form shape parts by laser scanning.Robitics and Computer-Integrated Manufacturing.Volume: 16,Issue:4,August 2000
32． Osugi.Keiji,Miyachi.Kunihiro.Development of scanning laser radar for ACC system.JSAE Review. Volume:20,Issue:4 October 1999
33． Menuier.Pierre,Tack.David.Helmet accomodation analysis using 3D laser scanning.Appiled Ergonomics. Volume:31,Issue:4,August 2000
34． Axelsson.Peter.Processing of laser scanner data-Algorithms and application.ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. Volume:54,Issue:2-3,July 1999
35． Ngoi.B.K.A,Tan.B.Two-axis-scanning laser Doppler vibrometer for microstructure.Optics Communications. Volume: 182,Issue: 1-3,August 2000
36． Rossi.G.L,Santolini.C.The application of a laser scanning vibrometer for dynamic characterization of large impellers.Measurement. Volume:24,Issue:1,July 1998
37． Joseph.M.Preparation of thin films of CaZrO3 by pulsed laser deposition.Solid State Lonics Volume:144,Issue:3-4,December 2001
38． Kamioka.H,Honjo.T.A three-dimensional distribution of osteocyte processes revealed by the combination of confocal laser scanning microscopy and the differential interference contrast microscopy.Bone. Volume:28,Issue:2,February 2001
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42. Shadrin, P.M. Huebener, R.P. Comparative study of electron and laser beam scanning for local electrical characterization of high-T//c thin films and junctions . IEEE Transactions on Applied Superconductivity. Volume: 18, Issuc:3, March, 1996
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45. Sami, M.; Yilbas, B.S. Three-dimensional electron-kinetic theory approach for laser heating: Moving heat source consideration. Physica. Volume:23, Issue:5, septembcr, 1994
46．兰玉．数控系统中的插补原理和算法．电讯技术．第32卷，第1期，1992
47．窦小牧，彭炎午．数控系统中空间任意平面圆弧的插补算法．航空学报．第13卷，第11期 1992
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49．张春良．数字增量式直接函数法的圆弧插补算法的改进．组合机床与自动化加工技术．2000，第6期
50．贾宝贤．圆弧插补的中点判别法．机械工程师．2001，1
51．古辉，任家俊，古纯效．又一种新型的椭圆插补算法．山西机械．第2期(总第103期)1999 6
52．谭伟明，姚运萍《复合插补实现的椭圆插补法》甘肃工业大学学报 第24卷，第8期，1998
53．刘斌，肖跃加，张详林等《基于圆心角分割的双曲线，抛物线插补算法》华中理工大学学报第25卷，第2期，1997，2
54．王进《比较积分法及程序设计》机械设计与制造 1995，6
55．石毅，简林柯《智能协调n分步长抛物线插补算法的研究》机械与电子 1999(6)
56．罗欣，李光斌，朱涵梁《时间分割法抛物线插补算法研究》组合机床与自动化加工技术，1998年第4期
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58. Boughaba, S.; Auvert G. Laser direct writing of micron-size silicon lines from trisilane. Journal of Applied Physics. Volume:21, Issue:4-5, February, 1999
59. Wang Tao .Nearly-Noncritcal Phase Matching inmgO:LiNbO_3 Optical Parametric Oscillators 2001.9
60．王利生，于德利．一种空中定位新方法分析．光学 精密工程．第4卷第2期，1996
61．刘少创，邵晖．记载三维成像仪的定位原理及性能分析．测绘学报．第28卷，第2期，1999
62．阳道善，陈吉红，周会成．线结构激光-机器视觉三角测量光路设计．光学技术．第27卷，第2期，2001
63．陈安健，路晓东．一种新型军用激光测距系统的应用与研究．激光与红外．第31卷，第2期，2001
64．罗三虎．激光平面(水准)仪在工程建设中的应用．陕西水力发电．第17卷，第2期，2001
65．何玉囡，姚海燕．历书激光排版系统．紫金山天文台台刊．第19卷，第1期，2000，
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67．尤红建，刘彤．利用三维成像仪快速生成遥感地学编码图像．测绘学报．第29卷，第4期，2000
68．杨晖东，丁瑞欣．激光Z扫描测量技术．激光技术．第24卷，第4期，2000，8
69．徐逢亮，李树楷．机载激光影象制图系统中的3维定位技术．测绘学报．第29卷，第5期，2000，5