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系统的理想选择。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系统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系统。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，该系统可以方便、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系统，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：本发明系统能加工直线、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系统，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系统，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。
本发明系统采用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。本发明系统能加工直线、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系统，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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