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加入FPGA協同STM32激光雕刻機控制明升体育

添加時間:2019/04/11
本文研究的激光雕刻機控制系統主要包括下位機控制系統和圖像處理系統aaa,一方面在傳統的控制系統基礎上提高激光頭在銜接處的運動速度aaaaa,並且優化雕刻換行軌跡aaa,從而解決了激光頭頻繁啓停對系統衝擊較大的問題aaaa。
  以下爲本篇論文正文:

摘 要

針對激光雕刻機加工效率低aaaaa,控制不準確的問題aaaa,提出了一種改進的激光雕刻機控制明升体育方案aaaa。提出了傳統的小線速加工零件控制系統的激光雕刻aaa,以提高基於非均勻B樣條曲線插補算法的小S曲線加減速算法的連續線的高速加工方法aaaaa。前向功能的結合aaaa,有效地提高了整個系統的運算速度和插值精度aaaaa。另外aaaaa,針對不同的激光雕刻圖像格式aaaaa,提出了兩種圖像雕刻方法aaaa,優化了激光雕刻的激光軌跡aaa,提高了G碼掃描速度aaa。

對於傳統的控制系統aaaaa,只能依靠單片機控制驅動和插補引起的雕刻速度aaaa,建議加入FPGA並配合STM32進行激光雕刻控制aaaaa。爲了正確控制分配任務aaaa,主要通過下位機STM32與PC通信並完成插補計算aaa,同時使用步進電機驅動啓動和停止以及FPGA控制激光功率aaa。考慮到控制系統需要實時處理激光雕刻的問題aaaa,所以PC通過USB接口與微控制器連接aaaa,任務實時數據傳輸線aaaa,用戶電源設置的激光束改變參數aaaaa。

採用非均勻B樣條算法擬合小線段aaaaa,採用離散S曲線加減速算法規劃雕刻速度aaaaa,將速度探測模型應用於轉折點的速度規劃aaaa。小線段aaaa,從而減少衝擊力aaa。並提高激光頭在拐點處的加工速度aaa。實際插值過程的實驗結果表明aaa,非均勻B樣條擬合曲線的弓高誤差小於插值參數的設定值aaaaa,擬合結果準確;沒有前視功能的傳統S曲線插補算法相比之下aaaa,增加前瞻性工作可以顯着提高進給速度aaa,因此改進的算法可以幫助系統提高魯棒性和實時性aaaa。

和BMP格式的圖像PLTaaa,對應於所提出的雕刻方法aaaa,通過改進激光頭的包裹軌跡來滿足G代碼激光加工的高速掃描的技術要求aaaaa。爲了使工件表面的圖像佈局合理aaaa,雕刻清晰aaaa,通過幾何變換aaaa,二值化aaa,中值濾波和最大類間方差閾值分割算法對圖像進行處理aaa。通過實驗驗證了仿真結果aaa,最後設計了上位機aaaaa。工具路徑生成界面和監控界面aaaaa。

關鍵詞:激光雕刻; STM32;非均勻B樣條曲線;速度前瞻; S型加減速算法

Abstract

針對激光雕刻機效率低aaaa,控制不準確的問題aaa,提出了一種改進的激光雕刻機控制明升体育方案aaa。本文提出了一種基於非均勻B樣條曲線插值算法的新型加工方法和具有前瞻算法功能的S型曲線加減速新方法aaaa,實現了小型零件的高速加工aaaaa。整個系統的速度和插值精度aaa。

首先aaaa,鑑於傳統控制系統中雕刻速度慢的問題aaa,只能依靠單片機控制和插值aaaa,本文提出增加FPGA和STM32來控制激光雕刻aaaa。爲了合理地分配控制任務aaa,同時aaaa,它使用FPGA來控制步進電機驅動和激光電源的啓動和停止aaaa。 PC通過USB接口與MCU連接aaaaa,完成在線實時數據傳輸任務aaaaa。

然後採用非均勻B樣條算法擬合小段aaaa,S型曲線加減速算法規劃雕刻速度aaaaa,採用前向速度規劃模型對小段轉折點的速度aaaa。實驗結果表明aaaa,非均勻B樣條曲線絃線誤差的插值參數小於設定值aaaaa。與沒有前向函數的傳統S曲線插補算法相比aaaa,增加前向函數可以使預期的進給率顯着提高aaaa。通過這種方式aaaaa,它可以提高穩健性和實時性aaaa。

最後aaa,根據BMP和PLT的兩種格式aaaa,提出了相應的雕刻方法aaaaa。通過改善激光頭的饋線軌跡aaa,滿足了激光加工中高速掃描G碼的技術要求aaa。二值化aaaa,中值濾波和Otsu算法處理圖像aaaaa,並設計工具路徑生成界面和監控界面aaaaa。

關鍵詞:激光雕刻aaaa,STM32aaaaa,非均勻B樣條曲線aaaa,前進速度aaa,S型加減速算法

隨着20世紀60年代激光的出現aaaaa,激光加工技術已廣泛應用於各種生產工藝中aaa,並逐漸成爲工業生產中不可或缺的一部分aaa。目前aaaaa,中國非常重視激光領域的發展aaaa。公司生產的激光加工設備在市場上佔有很大比例aaaaa,但部分產品的加工精度和功能仍不能滿足生產需求aaa。爲了發展國家的新興產業aaaa,有必要改造傳統方法aaaa,努力提高激光加工水平aaa。激光雕刻是激光加工領域的重要分支aaaaa。它可以提高雕刻速度aaa,避免人工參與雕刻的意外錯誤aaaa,減少環境污染aaaa。因此aaaa,激光雕刻機的研究尤爲重要aaa。由於激光雕刻機在設計過程中需要使用加工技術和數字圖像處理aaaa,因此激光雕刻機具有許多優點aaa。

目前aaaa,越來越多的激光加工設備製造商投入大量資金研發高性能控制系統aaaaa。學者們還提出了新的和客觀的激光雕刻機設計aaa,但用於激光雕刻機的設計aaa。創新能力需要提高aaa,不變的設計理念是阻礙這一領域突破的主要因素aaaaa。傳統的激光雕刻設備工作效率低aaa,對外部要求的實時響應較差aaaaa。雕刻過程中數據的存儲容量不強aaaaa。正是由於不準確性會影響後續的激光雕刻效果aaaaa,因此係統操作得到改善aaaaa。處理能力和邏輯處理能力是提高設備精度的重要手段aaaaa。對激光雕刻機的研究具有很高的實用價值aaaa。

激光雕刻機設計過程中連續小線段的加工問題是影響加工效率的重要因素aaa。多年來aaaaa,小型激光雕刻機在中國的雕刻效果尚未得到改善aaaa。關鍵在於位置反饋和校正系統尚未得到改進aaa,如何提高激光頭在關節處的速度以及雕刻和軌跡的優化是系統控制的重點aaaaa。通過應用非均勻B樣條曲線和S型加速/減速算法aaa,提高了連續小線段的工作效率aaaa,從而解決了激光頭頻繁啓動和停止衝擊系統的問題aaa。激光雕刻機的上位機的設計需要考慮圖形和圖像表徵aaaaa。數字圖像處理技術用於圖像編輯過程aaa。它可以通過結合現代通信技術和圖像採集方法aaaa,使用圖像縮放和二值化處理來開發aaaaa。一種基於圖像識別的高效精確圖形雕刻控制系統aaa。通過改進激光雕刻機的設計aaaaa,有利於提高激光雕刻的效率aaa,有利於企業獲得更好的經濟效益aaaa。

加入FPGA和STM32激光雕刻機控制系統:

濾波前圖像 預過濾圖像

濾波後圖像 已過濾的圖片

二值化圖像處理 二值圖像處理

大津單閾值圖像分割 大金單閾值圖像分割

刀路生成界面 工具路徑生成界面

監控界面 監控界面

目 錄

介紹 第1章介紹
1.1研究背景和意義
1.2激光加工技術
1.2.1激光加工原理
1.2.2激光加工特性和應用
1.3高速加工插補技術
1.4國內外激光雕刻機的研究現狀
1.4.1國外研究現狀
1.4.2國內研究現狀
1.5主要研究內容
第二章激光雕刻機的原理與設計 2.1激光雕刻機原理
2.1.1加工原則
2.1.2外部結構
2.1.3處理流程
2.2控制明升体育要求
2.3總體設計方案
2.3.1明升体育流程
2.3.2系統控制流程
2.3.3激光雕刻機系統組成
2.4本章摘要
第3章控制系統的硬件設計
3.1核心控制器選擇
3.1.1 STM32硬件資源
3.1.2 FPGA硬件資源
3.2駕駛員設計
3.2.1步進電機驅動設計
3.2.2激光驅動器設計
3.3通信模塊電路設計
3.3.1控制器和PC連接
3.3.2 STM32連接到FPGA
3.4電源模塊
3.5激光雕刻機控制系統硬件調試平臺
3.6本章概要
第四章控制系統軟件設計
4.1驅動程序部分軟件設計
4.1.1步進電機驅動控制軟件設計
4.1.2激光驅動控制軟件設計
4.2通信部分軟件設計
4.2.1控制器與PC通信
4.2.2 STM32與FPGA通信 4.3小線段高速加工方法
4.3.1非均勻B樣條算法
4.3.2 S型加減速算法
4.3.3速度預覽控制算法
4.3.4實驗設計和結果分析
4.4本章概要
第5章激光雕刻圖像處理
5.1激光雕刻圖像格式
5.1.1 BMP格式
5.1.2 PLT格式
5.2激光雕刻圖像預處理
5.2.1幾何變換
5.2.2中位數過濾
5.2.3二值化
5.2.4最大類間方差閾值分割
5.3 PC接口設計
5.3.1 G代碼生成
5.3.2刀具路徑生成界面和監控界面
5.4本章摘要
結論
參考
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