ADT-850卡在激光商標切割系統中的應用

隨著經濟的發展，各大公司對商標及知識產權的重視越來越強烈，商標往往體現了一個公司的經營理念和文化底蘊，隨之而來的商標生產也成了一個熱門產業。當前的商標生產一般分為兩個步驟，一是商標毛坯的大批量生產，一般由紡織機械或印刷機械完成；二是商標的切割和加工，即將成批的商標切割成單個商標。傳統的商標切割由手工完成，生產效率低下，質量參差不齊，迫切需要進行自動化數控設備改造。激光技術以它本身的各種優點承擔起了商標切割的任務。而配合激光切割的必須要有一套高質量的XY運動控制定位系統。
　　 我們在開發中采用深圳眾為興數控技術有限公司的ADT-850 PCI總線四軸運動控制卡來完成運動控制系統部分，采用ADT-842脈寬調制卡來控制激光器的能量，實現了對激光商標切割系統的控制，切割效果好、速度快、精度高。
一、系統組成
系統由四部分組成：
1、主控PC機；
2、ADT-850四軸運動控制卡，控制X、Y軸的定位，及Z、W軸送料
3、XY采用三洋伺服驅動器，X軸400W,Y軸200W。送料機構采用兩個步進電機。
4、ADT-842脈寬調制卡，控制激光器的能量大小。
5、CCD圖像采集卡，采集商標實時圖像數據。
二、系統工作原理
1、過程描述
　　 以上是實際的商標帶，我們需要將其中的圖形（曲線部分）切割下來，同時要自動進行送料和接料，同時對商標帶可能的位置偏差進行補償。
A）準備好商標帶，放在機器的支架上。
B）將商標拉伸拉平放好，并固定在切割面板上。
C）由圖象采集卡取得定位數據。
D）導入圖形數據。
E）設置切割參數，如加工速度、能量等。
F）開始切割過程。
2、開發要點
　　實際的商標帶，其形狀是任意的，可能存在單排或多排圖形。工作時首先將商標帶裝好放在機器上，由于商標帶多為紡織類的柔軟材料，所以在放料時要求平坦，但不管怎樣，拉伸變形是不可避免的。另外，在商標紡織過程中，同一個圖案也會存在一定的誤差，由于商標帶往往要成千上萬個地連續切割，在送料過程中的誤差累積將會需要操作人員不斷干預，這將造成工作效率的低下。所以在自動連續加工過程中，將碰到這樣幾個問題，即：怎樣保證切割的精度？怎樣處理切割過程中材料拉伸及變形？怎樣消除系統的累積誤差？
　　 通過實驗，我們在軟件中實現了軟件自動補償的功能，最大限度的避免了變形的錯誤切割，消除了系統的累積誤差，使得加工更加穩定，達到加工8萬個商標才須要人工干預一次的自動化水平。
　　 商標帶的圖形是任意的，可能碰到非常復雜的形狀，而切割商標必須要求邊緣非常整齊光滑。所以加工過程中激光的能量調整要求相當高。激光聚能與時間成正比，而時間又與加工速度成反比關系，即加工速度快時，同樣長度受到激光照射的時間就短，如果加工時使用恒定的激光功率，將不可能達到好的加工效果，快速段可能割不透，慢速段又可能燒焦。在應用過程中，我們采用ADT-842激光控制卡來實時控制激光，頻率達到20K以上，對不同的材料和速度，系統自動對激光能量進行調整，完全解決了快慢速及不同材料、不同厚度時的激光能量控制問題。
三、軟件實現
　　 整個軟件分為圖象采集定位（以下稱定位軟件）及運動控制（以下稱控制軟件）部分，兩部分獨立處理、協調工作。
　　 首先運行定位軟件，通過定位軟件可得到商標的標準圖形，通過在標準圖形中取特征點的辦法實現實時圖形與標準圖形的差異比較，同時需將標準圖形矢量化。控制軟件將讀取矢量化的圖形后控制XY軸的運動和商標帶的移動。當一個商標切割完成后，控制軟件首先送商標帶，然后調用定位軟件采集當前切割的圖形并與標準圖形進行比較分析，若發現有變形或縮放時將數據變化傳達給控制軟件，控制軟件將在本次切割時調整圖形數據。
1、軟件結構
2、關鍵算法處理
1）、圖形拉伸及變形
在軟件中定義如下結構：
typedef struct
{
double angle; //旋轉角度
long　 ImageLocalOX ; //圖象原點
long　 ImageLocalOY ;
float ImageWidthRadio ; //縮放比例
float ImageHeightRadio ;
long ImageHeightPixel; //相機區域
long ImageWidthPixel;
int bfilished ; //定位標識
}CWLOCALDATA;
定位軟件加工之前時首先得到圖形的標準結構，每次切割完一個圖形后，定位軟件將攝取當前圖形并與標準數據進行比較，如果在送料過程中，商標帶發送輕微移動，旋轉或由于本身比例與上一商標不一致，定位軟件立即將該數據返回給加工軟件，加工軟件將根據這些數據作出補償。
CWLOCALDATA posData;
Get Transmut(posData); //獲取變形數據
tx = x; //原始圖形數據
ty = y;
double angtx= tx * cos(posData.angle)-ty *sin(posData.angle); //XY坐標的旋轉
double angty= ty * cos(posData.angle)+tx *sin(posData.angle);
tx=angtx;ty=angty;
tx=tx* posData.ImageWidthRadio; //縮放比例偏移
ty=ty* posData.ImageHeightRadio;
這樣tx,ty即實際的坐標值。
2）、原點補償
　　 由于相機區域相對固定，為能攝取到切割圖形，必須使得切割圖形在相機的區域內，而每次送料可能存在一定的誤差。這樣如果仍按老的圖形原點進行切割，誤差將會越來越大，導致圖形超出相機區域，以致不能正確切割。為此，加工之前先確定圖形的原點，在每加工完一商標后，定位軟件計算出新的原點偏差值，根據偏差值在下次送料時進行補償。
long　lorigX;//記錄初始偏原點值(像素單位)
long　lValue;//位置偏差像素
double dLen;//送料補償
CWLOCALDATA posData; Get Transmut(posData); //獲取數據
longlValue = posData.ImageLocalOX - lorigX;　 //新的位置
dLen= (double)( lValue* m_fPixPerMmX); //m_fPixPerMmX為每像素所對應的毫米數。
3、控制卡操作
　　 ADT-850控制卡是基于PCI總線的控制卡，它提供了豐富的庫函數供調用，可方便基于XY平臺的數控系統、機器人系統、雕刻切割系統、座標測量系統的應用(具體。
在系統中主要用到了兩軸直線插補，四軸直線插補。對于XY兩軸插補，只需設置X軸的速度曲線，ZW插補則只需設定Z軸的速度曲線。四軸插補需要設置X軸的速度，其Z軸的倍率及驅動速度應與X軸設置相同，同時Z軸的初始速度也應設為X軸的驅動速度。
便如：使XY軸以100脈沖/秒的初速度、200脈沖/秒的驅動速度、500脈沖/秒2的加速度各運行1000個脈沖。
Inp_dec_enable(0,1);//允許減速
Inp_Clear(0); //清除插補錯誤
Set_startV(0,1,200);
Set_Speed(0,1,200);
Set_Acc(0,1,500);
Inp_move2(0,1,1000,2,1000);
Int status (0);
While (1)
{
get_status(0,1,&status); if ( status == 0) break; //動作完成
}
4、激光控制卡操作
　　 ADT842卡具備兩路DA輸出，同時具備1路PWM信號輸出，8路數字輸入和8路數字輸出。本系統中采用了美國相干公司的激光器，該激光器要求0-5V的脈沖信號，并可以調制脈沖的頻率及其占空比。在商標切割過程中，根據不同的速度、不同的紡織材料厚度需要對激光能量進行調整。由于能量與速度及紡織材料并不成一定的線性關系，所以需要建立一個激光能量對應表。具體的做法是：
①　建立一個材料數據結構，并以激光來進行切割實驗，得到該材料厚度的擊穿能量值。
②　然后以不同的速度進行切割，得到一個速度區間所對應的能量范圍。
根據以上兩點，軟件在切割過程中，根據不同的速度和材料厚度自動對激光能量進行調整，以使切割均勻、無燒焦現象。
四、結束語
　　 結合ADT-850完美的運動控制性能以及ADT-842對激光的能量調節，我們實現了商標切割的完全自動化。在應用中該機器大大提高了生產效率和切割精度，切割效果好、精度高。