CN107470780A - 一种激光雕刻机及控制系统及操作方法 - Google Patents

一种激光雕刻机及控制系统及操作方法 Download PDF

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王水璋
杨阳
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Abstract

本发明公开了一种激光雕刻机，包括通讯模块、扫描模块、中央处理模块、电机驱动模块、激光器驱动模块和机械传动结构模块，通讯模块分别连接扫描模块、中央处理模块，中央处理模块分别连接电机驱动模块、激光器驱动模块，电机驱动模块连接机械传动结构模块，还公开了一种激光雕刻机的控制系统，包括图像编辑模块和雕刻机控制模块，图像编辑模块连接雕刻机控制模块，雕刻机控制模块通信连接雕刻机，还公开了一种激光雕刻机及控制系统的操作方法，本发明雕刻机整机的硬件部分小巧、轻便、工作稳定、精度高、成本较低、应用灵活，易于二次开发，软件部分操作简易，人性化，为无基础用户提供了便利，能够轻松上手。

Description

一种激光雕刻机及控制系统及操作方法
技术领域
本发明涉及一种激光雕刻机，具体涉及基于Arduino的迷你型激光雕刻机，还涉及一种激光雕刻机控制系统，还涉及一种激光雕刻机及控制系统的操作方法。本发明涉及的领域是雕刻机。
背景技术
激光雕刻具有非接触、低噪声、高速度等特点，非常适合对亚克力板、橡胶、木材等非金属的雕刻加工，应用在工艺品、印刷等行业，但是传统的激光雕刻机存在体积大，操作复杂，价格高等因素，无疑影响了这一技术的普及与广泛应用。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种激光雕刻机及控制系统及操作方法，将机械传动部分小型化，采用功率较小的激光器，使得激光雕刻机变得简便易携带、成本低，减小操作不当对操作者的伤害，并增加了扫描识别部分，可以实现对雕刻图片的直接识别，省去了PC部分的二次设计，便于操作。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种激光雕刻机，其特征在于：包括通讯模块、扫描模块、中央处理模块、电机驱动模块、激光器驱动模块和机械传动结构模块，通讯模块分别连接扫描模块、中央处理模块，中央处理模块分别连接电机驱动模块、激光器驱动模块，电机驱动模块连接机械传动结构模块。
通讯模块负责上位机与中央处理模块之间的实时通信。
中央处理模块可以实现激光强度线性设置、步进电机移动速度设置、激光打开时间设置、步进电机移动步数设置、打开图片文件、图片黑白转换处理、图片左右转换处理、手动前后左右移动控制、激光弱光定位、激光强光打开、激光关闭、开始、暂停等功能。
使用扫描模块，将图片扫描后输入上位机经软件处理后生成雕刻路径图，直接完成雕刻，省去了上位机部分的二次设计。
前述的一种激光雕刻机，其特征在于：机械传动结构模块包括机械传动结构、置物面板。
前述的一种激光雕刻机，其特征在于：机械传动结构分为X轴滑台与Y轴滑台，X轴装载激光器进行横向的左右移动，Y轴上有置物面板，被雕刻物放置于面板上，进行纵向的前后移动，完成雕刻。
前述的一种激光雕刻机，其特征在于：激光器驱动模块采用三极管组成激光器的开关控制电路。
前述的一种激光雕刻机，其特征在于：激光器驱动模块中的激光器为250mW的红光激光器。
前述的一种激光雕刻机的控制系统，其特征在于：包括图像编辑模块和雕刻机控制模块，图像编辑模块连接雕刻机控制模块，雕刻机控制模块连接雕刻机。激光雕刻机的控制系统在上位机上对激光雕刻机进行控制操作，上位机设置有图像编辑模块和雕刻机控制模块。
前述的一种激光雕刻机及控制系统的操作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：激光雕刻机的控制系统通信连接雕刻机；
步骤二：扫描模块扫描图片，载入激光雕刻机的控制系统；
步骤三：调试激光雕刻机；
步骤四：将需要雕刻的物品放在机械传动结构模块上；
步骤五：图像编辑模块根据图片生成雕刻路径，通过雕刻机控制模块通信连接中央处理模块。
步骤六：中央处理模块控制激光器驱动模块和电机驱动模块启动，电机驱动模块驱动机械传动结构模块对被雕刻物品进行雕刻。
前述的一种激光雕刻机及控制系统的操作方法，其特征在于：步骤三包括如下步骤：
步骤3a：打开激光器的强光控制，对激光器的焦距进行调节，使其处于最佳焦距，若能点燃测试木板，则成功对焦；
步骤3b：再打开激光器的弱光控制，机械传动结构模块移动X、Y轴进行雕刻前的定位；步骤3c：雕刻的过程中，观察测试木板上的图样是否出现错位、缺失现象，如无错位、缺失现象直至雕刻完成，则激光雕刻机的调试工作完成。
本发明的有益之处在于：通过扫描模块扫描识别，可以实现对雕刻图片的直接识别，省去了上位机部分的二次设计，便于操作；采用功率较小的激光器，使得激光雕刻机变得简便易携带，减小操作不当对操作者的伤害；激光器驱动采用三极管，而不是使用常用的继电器等开关器件，提高了线性控制激光强度的精度，为灰度图片的雕刻提供了有效的保证。
附图说明
图1是本发明一种激光雕刻机模块连接示意图；
图2是本发明一种激光雕刻机模块电路示意图；
图3是本发明一种激光雕刻机及控制系统的操作方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1、图2所示，本发明一种激光雕刻机，其特征在于：包括通讯模块、扫描模块、中央处理模块、电机驱动模块、激光器驱动模块和机械传动结构模块，通讯模块分别连接扫描模块、中央处理模块，中央处理模块分别连接电机驱动模块、激光器驱动模块，电机驱动模块连接机械传动结构模块。
本发明一种激光雕刻机中各模块的结构和功能如下：
中央处理模块:以Arduino UNO为核心模块，包括外围电路、电源管理电路、接口电路，主要负责对其它模块的控制和数据处理。
电机驱动模块:采用A4988步进电机驱动芯片，具有两路输入、两路输出引脚，电平输出兼容TTL\CMOS，输出端能够持续输出800mA的电流。
通讯模块：采用PL2303HXD芯片，负责上位机与中央处理模块之间的实时通信。PL2303HXD的TXD和RXD引脚与Arduino UNO的PD0(RXD)和PD1(TXD）相连接，从而实现数据的传输。
扫描模块:采用外接UVC设备，可以在PC或者移动设备直接接入而不必安装驱动，在不具备无线数据传输的条件下可以直接将需要雕刻的文字图片通过扫描输入PC。
激光器驱动模块:采用250mW的红光激光器，使用SS8050 NPN型三极管组成激光器的开关控制电路。
机械传动结构模块：包括机械传动结构、置物面板。机械传动结构分为X轴滑台与Y轴滑台，X轴装载激光器进行横向的左右移动，Y轴上有置物面板，被雕刻物放置于面板上，进行纵向的前后移动，完成雕刻。
基于前述一种激光雕刻机的激光雕刻机控制系统，包括图像编辑模块和雕刻机控制模块，图像编辑模块连接雕刻机控制模块，雕刻机控制模块连接雕刻机。图像编辑模块设为图像编辑软件Inkscape，采用Inkscape图形化界面，可以完成对激光强度、激光打开时间、步进电机移动速度、移动步数、图片转换等的设置，雕刻机控制模块设为雕刻机控制软件Grbl。
前述的一种激光雕刻机及控制系统的操作方法，包括如下步骤：
步骤一：激光雕刻机的控制系统通信连接雕刻机，Inkscape软件界面显示OK为连接成功，根据实际情况选定COM口，波特率为9600；
步骤二：扫描模块扫描图片，载入24位BMP格式的图片进激光雕刻机的控制系统；
步骤三：调试激光雕刻机；步骤三包括如下步骤：
步骤3a：打开激光器的强光控制，对激光器的焦距进行调节，使其处于最佳焦距，若能点燃测试木板，则成功对焦；
步骤3b：再打开激光器的弱光控制，机械传动结构模块移动X、Y轴进行雕刻前的定位；步骤3c：雕刻的过程中，观察测试木板上的图样是否出现错位、缺失现象，如无错位、缺失现象直至雕刻完成，则激光雕刻机的调试工作完成；
步骤四：将需要雕刻的物品放在机械传动结构模块上；
步骤五：图像编辑模块根据图片生成雕刻路径，通过雕刻机控制模块通信连接中央处理模块。
步骤六：中央处理模块控制激光器驱动模块和电机驱动模块启动，电机驱动模块驱动机械传动结构模块对被雕刻物品进行雕刻。
本发明通过扫描模块扫描识别，可以实现对雕刻图片的直接识别，省去了上位机部分的二次设计，便于操作；采用功率较小的激光器，使得激光雕刻机变得简便易携带，减小操作不当对操作者的伤害；激光器驱动采用三极管，而不是使用常用的继电器等开关器件，提高了线性控制激光强度的精度，为灰度图片的雕刻提供了有效的保证。
本发明一种激光雕刻机可以正常完成通信连接、手动控制或设定好图片之后进行无人值守的自动雕刻。
本发明一种激光雕刻机整机的硬件部分小巧、轻便、工作稳定、精度高、成本较低、应用灵活，易于二次开发。软件部分操作简易，人性化，为无基础用户提供了便利，能够轻松上手。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种激光雕刻机，其特征在于：包括通讯模块、扫描模块、中央处理模块、电机驱动模块、激光器驱动模块和机械传动结构模块，通讯模块分别连接扫描模块、中央处理模块，中央处理模块分别连接电机驱动模块、激光器驱动模块，电机驱动模块连接机械传动结构模块。
2.根据权利要求1所述的一种激光雕刻机，其特征在于：机械传动结构模块包括机械传动结构、置物面板。
3.根据权利要求2所述的一种激光雕刻机，其特征在于：机械传动结构分为X轴滑台与Y轴滑台，X轴装载激光器进行横向的左右移动，Y轴上有置物面板，被雕刻物放置于面板上，进行纵向的前后移动，完成雕刻。
4.根据权利要求1所述的一种激光雕刻机，其特征在于：激光器驱动模块采用三极管组成激光器的开关控制电路。
5.根据权利要求1所述的一种激光雕刻机，其特征在于：激光器驱动模块中的激光器为250mW的红光激光器。
6.权利要求1所述的一种激光雕刻机的控制系统，其特征在于：包括图像编辑模块和雕刻机控制模块，图像编辑模块连接雕刻机控制模块，雕刻机控制模块通信连接雕刻机。
7.权利要求1或6所述的一种激光雕刻机及控制系统的操作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：激光雕刻机的控制系统通信连接雕刻机；
步骤二：扫描模块扫描图片，载入激光雕刻机的控制系统；
步骤三：调试激光雕刻机；
步骤四：将需要雕刻的物品放在机械传动结构模块上；
步骤五：图像编辑模块根据图片生成雕刻路径，通过雕刻机控制模块通信连接中央处理模块；
步骤六：中央处理模块控制激光器驱动模块和电机驱动模块启动，电机驱动模块驱动机械传动结构模块对被雕刻物品进行雕刻。
8.根据权利要求7所述的一种激光雕刻机及控制系统的操作方法，其特征在于：步骤三包括如下步骤：
步骤3a：打开激光器的强光控制，对激光器的焦距进行调节，使其处于最佳焦距，若能点燃测试木板，则成功对焦；
步骤3b：再打开激光器的弱光控制，机械传动结构模块移动X、Y轴进行雕刻前的定位；
步骤3c：雕刻的过程中，观察测试木板上的图样是否出现错位、缺失现象，如无错位、缺失现象直至雕刻完成，则激光雕刻机的调试工作完成。
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