CN107876995B - 便携式激光雕刻机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式激光雕刻机，包括平板台车和显示屏，平板台车由水平车板、固定在所述水平车板下板面的激光发射器、控制单元和行走机构组成，显示屏设置在水平车板上板面；行走机构包括：水平设置的X方向车轴和Y方向车轴，第一、第二齿轮传动机构，第一、第二步进电机，分别安装在X方向车轴和Y方向车轴两端的全向轮；X方向车轴和Y方向车轴分别通过轴承体与水平车板转动连接，X方向车轴通过第一齿轮传动机构与第一步进电机传动连接，Y方向车轴通过第二齿轮传动机构与第二步进电机传动连接。本发明优点在于省去了现有雕刻机庞大的框架结构，使之小巧易于携带，增强其适应性。同时本机可以使用现有成熟的雕刻上位计算机进行雕刻。

Description

便携式激光雕刻机
技术领域
本发明涉及激光雕刻加工领域，尤其是涉及便携式激光雕刻机。
背景技术
激光雕刻加工是以数控技术为基础,激光为加工媒介，被加工材料在激光照射下瞬间的熔化和气化的物理变性,达到加工目的。激光加工特点是与被加工材料表面没有接触,不受机械运动影响,因此表面不会变形, 被加工材料无需固定。同时不受被加工材料的弹性、柔韧影响,加工精度高,速度快,应用领域广泛。
市场上较为常见的激光雕刻机在进行加工作业时,由电机驱动丝杆转动,从而推动激光头或者称为激光模组沿着丝杆轴向移动,通过轴向移动联动控制完成雕刻的加工过程。激光雕刻机的机架有龙门式结构、卧式结构,传动方式大同小异,皆为丝杆传动。上述雕刻机结构上较为复杂,造价高,运动机件多,因此发生故障的机率较大。另外，现有激光雕刻机结构使得雕刻机的工作面积受自身体积大小限制,因此最大工作面积是固定的,具有一定的局限性,而且机体过大,占用很大空间,安装使用不方便,不具有便携性等问题是制约雕刻机发展的因素。现有的激光雕刻机雕刻时,需要将物品放置到雕刻机上进行雕刻,当遇到需要雕刻的物品体积庞大,或者不便于安装到雕刻机上的情况时,雕刻机则无法对目标物品进行激光雕刻工作。
目前，市售有一种立柱扫射激光雕刻机，采用旋转扫射形式，能较好实现小型雕刻机的大面积雕刻。但由于其激光头到作用面的距离不断变化，若不实时调整焦距，必然造成能量的大量浪费，影响雕刻效果，而且激光与作用面夹角不断变化会导致不同地方的雕刻效果参差不齐。另外，该雕刻机未采用常用的直角坐标系，无法与上位机配合使用。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单、体积小,能够实现大面积雕刻作业的便携式激光雕刻机。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的便携式激光雕刻机，包括平板台车和显示屏，所述平板台车由水平车板、固定在所述水平车板下板面的激光发射器、控制单元和行走机构组成，所述显示屏设置在水平车板上板面；所述行走机构包括：水平设置的X方向车轴和Y方向车轴，第一、第二齿轮传动机构，第一、第二步进电机，分别安装在所述X方向车轴和Y方向车轴两端的全向轮，其中X方向的两个全向轮通过所述X方向车轴连为一体并保持同步转动，Y方向的两个全向轮通过所述Y方向车轴连为一体并保持同步转动；X方向车轴和Y方向车轴分别通过轴承体与水平车板转动连接，X方向车轴通过所述第一齿轮传动机构与所述第一步进电机传动连接，Y方向车轴通过所述第二齿轮传动机构与所述第二步进电机传动连接；安装于所述X方向车轴两端的全向轮直径为安装于所述Y方向车轴两端全向轮直径的一半，X方向转过的角度为Y方向的2倍，并以2倍于Y方向的速度进行旋转；X方向车轴的轴向中心水平高度低于Y方向车轴的轴向中心水平高度。
所述控制单元包括微控制器、第一电机驱动器、第二电机驱动器、设置在X方向车轴上的第一编码器、设置在Y方向车轴上的第二编码器；所述微控制器的控制信号输出端分别与所述第一电机驱动器、第二电机驱动器和激光发射器的控制信号输入端连接，微控制器数据显示信号输出端与所述显示屏数据显示信号输入端连接；第一电机驱动器、第二电机驱动器的输出控制端分别与对应的所述第一、第二步进电机输入控制端连接；所述第一编码器、第二编码器的数据信号输出端分别与微控制器数据信号输入端连接；微控制器控制输入端与显示屏控制键盘输出端连接。
本发明优点在于主要体现为：
1、省去了现有雕刻机庞大的框架结构，使之小巧易于携带，增强其适应性。
2、消除了现有雕刻机雕刻区域的局限性，使其能够在大平面范围内进行雕刻工作。
3、使用G代码存放于SD卡中，无需电脑（上计算位机）也能雕刻，进一步提高了雕刻机的适用性。
4、使用全向轮实现X、Y方向两车轴运动互不干扰，实现平面上根据直角坐标系任意运动；同时本机可以使用现有成熟的雕刻上位计算机进行雕刻。
5、采用高、低车轴布置，解决X、Y方向两车轴交叉问题，结构简单稳定，误差小，精度高。
附图说明
图1是本发明的俯视结构示意图（隐去显示屏）。
图2是图1的右视结构示意图。
图3是图1的仰视结构示意图。
图4是本发明的立体参考图。
图5是本发明所述控制单元的电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，本发明所述的便携式激光雕刻机，包括平板台车和显示屏1，平板台车由水平车板2、固定在水平车板2下板面的激光发射器3、控制单元和行走机构组成，显示屏1设置在水平车板2上板面；行走机构包括：水平设置的X方向车轴4和Y方向车轴5，第一、第二齿轮传动机构6、7，第一、第二步进电机8、9，分别安装在X方向车轴4和Y方向车轴5两端的全向轮4.1、4.2、5.1、5.2；X方向车轴4和Y方向车轴5分别通过轴承体与水平车板2转动连接，X方向车轴4通过第一齿轮传动机构6与第一步进电机8传动连接，Y方向车轴5通过第二齿轮传动机构7与第二步进电机9传动连接。
为了解决X、Y方向车轴4、5相互交叉干涉问题，安装于X方向车轴4两端的全向轮4.1、4.2直径为安装于Y方向车轴5两端全向轮5.1、5.2直径的一半，X方向车轴4的轴向中心水平高度低于Y方向车轴5的轴向中心水平高度。
如图5所示，控制单元包括微控制器（STM32微控制器）、第一电机驱动器、第二电机驱动器、设置在X方向车轴4上的第一编码器、设置在Y方向车轴5上的第二编码器；微控制器的控制信号输出端分别与第一电机驱动器、第二电机驱动器和激光发射器3的控制信号输入端连接，微控制器数据显示信号输出端与显示屏1数据显示信号输入端连接；第一电机驱动器、第二电机驱动器的输出控制端分别与对应的第一、第二步进电机8、9输入控制端连接；第一编码器、第二编码器的数据信号输出端分别与微控制器数据信号输入端连接；微控制器控制输入端与显示屏控制键盘输出端连接。
本发明工作原理简述如下：
工作时,先将本机放置在雕刻原点。初始化时，微控制器首先初始化FATFS文件系统、第一、第二步进电机8、9、激光发射器3及第一、第二编码器所需要的定时器、显示屏1接口、显示屏控制键盘等外设所需使用的I/O接口。然后，FATFS文件系统操作SDIO接口从SD卡中读取可用文件。微控制器通过FSMC接口控制显示屏1将可用文件显示在屏幕上，并用光标默认先选择第一个文件。之后，微控制器等待用户通过按键选择将要雕刻的文件，当按下按键时开始雕刻。雕刻时，微控制器通过FATFS文件系统从所选文件中读取G代码并进行分析，通过解析G代码计算出X、Y两个方向的第一、第二步进电机8、9转动的角度以及激光发射器3的开关等数据。
由于X方向车轴4两端的全向轮4.1、4.2直径为安装于Y方向车轴5两端全向轮5.1、5.2直径的一半，为了兼容目前的雕刻机G代码，微控制器在计算第一、第二步进电机8、9转过角度时，将X方向所需转过的角度乘以2，并以2倍于Y方向的速度进行旋转，使得两个方向均能在预定时刻达到指定点。然后，微控制器控制定时器发出两路指定数量的脉冲，控制X、Y方向运动的第一、第二步进电机8、9转动预定的角度，带动每一方向的全向轮转动，从而使机身在预定时刻到达目标点，并同时通过I/O开启激光发射器3，通过脉冲宽度调制方式控制激光强度，从而完成每一点的雕刻。
雕刻过程中，第一、第二编码器检测第一、第二步进电机8、9转动的角度并将之转化为一圈2000个脉冲的形式向微控制器进行反馈，微控制器通过定时器对脉冲进行计数并加以转换便可获得机身每一时刻的实际位置。因此，微控制器在雕刻过程中不断的将实际位置与预定位置进行比较，如有偏差就实时的进行矫正，保证了雕刻的精度；如此循环往复，直至将整个文件执行完后。
本发明以直角坐标系的坐标在雕刻平面上精确的运动，通过G代码规划好的每一个点，再配合上激光发射器3的开与关和强度变化，即可以再雕刻平面上雕出预定的图案。G代码由上位计算机软件的生成, 上位计算机软件可将导入的任何图片和文字转化为本发明的运动路径算法程序,将该程序存于SD卡中并插在本机上即可实现脱机雕刻。

Claims (2)

1.一种便携式激光雕刻机，其特征在于：包括平板台车和显示屏，所述平板台车由水平车板、固定在所述水平车板下板面的激光发射器、控制单元和行走机构组成，所述显示屏设置在水平车板上板面；所述行走机构包括：水平设置的X方向车轴和Y方向车轴，第一、第二齿轮传动机构，第一、第二步进电机，分别安装在所述X方向车轴和Y方向车轴两端的全向轮，其中X方向的两个全向轮通过所述X方向车轴连为一体并保持同步转动，Y方向的两个全向轮通过所述Y方向车轴连为一体并保持同步转动；X方向车轴和Y方向车轴分别通过轴承体与水平车板转动连接，X方向车轴通过所述第一齿轮传动机构与所述第一步进电机传动连接，Y方向车轴通过所述第二齿轮传动机构与所述第二步进电机传动连接；安装于所述X方向车轴两端的全向轮直径为安装于所述Y方向车轴两端全向轮直径的一半，X方向转过的角度为Y方向的2倍，并以2倍于Y方向的速度进行旋转；X方向车轴的轴向中心水平高度低于Y方向车轴的轴向中心水平高度。
2.根据权利要求1所述的便携式激光雕刻机，其特征在于：所述控制单元包括微控制器、第一电机驱动器、第二电机驱动器、设置在X方向车轴上的第一编码器、设置在Y方向车轴上的第二编码器；所述微控制器的控制信号输出端分别与所述第一电机驱动器、第二电机驱动器和激光发射器的控制信号输入端连接，微控制器数据显示信号输出端与所述显示屏数据显示信号输入端连接；第一电机驱动器、第二电机驱动器的输出控制端分别与对应的所述第一、第二步进电机输入控制端连接；所述第一编码器、第二编码器的数据信号输出端分别与微控制器数据信号输入端连接；微控制器控制输入端与显示屏控制键盘输出端连接。
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