1 引言

　　中小功率激光加工機(jī)的加工材料大多為非金屬板材，面向的用戶多為廣告、裝飾及裝璜行業(yè)，因此能針對這些用戶群體設(shè)計(jì)出方便、實(shí)用及低價(jià)的激光加工數(shù)據(jù)控編程軟件，一直是激光加工能否在該行業(yè)廣泛應(yīng)用而急需解決的課題。

　　目前，國內(nèi)外研制的激光加工機(jī)用于二維切割與雕刻的數(shù)控編程，大多采用以下幾種編程操作方式：采用國外專用的激光加工數(shù)控系統(tǒng)軟件，如英國的APS或以色列的CASMATE等；將AUTOCAD等專用軟件或機(jī)械加工(銑床、線切割等)數(shù)控系統(tǒng)軟件移植到激光加工的數(shù)控編程上。上述兩情況對研制者及用戶都存在著一些制約：第一種方式雖然完全可以滿足中小功率激光加工的數(shù)控編程，但此類軟件價(jià)格昂貴，增加了研制者的整機(jī)成本；第二種方式是以機(jī)械等專用系統(tǒng)軟件編程界面并配以硬件轉(zhuǎn)換接口電路，可用于一般的數(shù)控激光加工，由于行業(yè)的不同要掌握此類編程軟件難度較大，此外，在字符編輯加工、激光加工自動(dòng)排序及仿真等方面也很不完善。

　　如果在用戶熟悉使用的某種平面設(shè)計(jì)軟件環(huán)境下，設(shè)計(jì)出一種能夠滿足激光加工特點(diǎn)要求的數(shù)控驅(qū)動(dòng)軟件(類同于打印機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件)，一定會(huì)使用戶在激光加工機(jī)數(shù)控編程和操作上感覺非常方便，新型的中小功率激光加工機(jī)數(shù)控軟件的設(shè)計(jì)思路就在于此。

2 設(shè)計(jì)方案

　　將廣告、裝飾及裝璜行業(yè)使用非常普遍的矢量繪圖平面設(shè)計(jì)軟件CorlDRAW系統(tǒng)作為操作平臺(tái)，通過對加工部件編輯并生成矢量繪圖PLT文件格式，將此類的文件格式轉(zhuǎn)換成滿足激光加工的驅(qū)動(dòng)程序并輸出，完成了激光加工數(shù)控驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)，主程序框圖如圖1所示。解決了如下幾方面的問題：

圖1主程序框圖

　　(1)解決了CorlDRAW系統(tǒng)中生成的PLT繪圖文件格式?jīng)]有繪圖路徑自動(dòng)排序的功能(按先內(nèi)后外原則)；

　　(2)為保證激光切割工件切口的均勻或雕刻表面的平整，解決了各種激光加工路徑上運(yùn)行速度均衡一致(直線，曲線，銳弧線等)的問題；

　　(3)將已編輯PLT文件格式的激光加工指令轉(zhuǎn)換為步進(jìn)脈沖信號，由PC計(jì)算機(jī)并口輸出，直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

3 有關(guān)算法

　　(1)激光加工路徑自動(dòng)排序的算法(先內(nèi)后外原則)

　　程序?qū)LT文件讀入，根據(jù)下筆和抬筆的動(dòng)作，將激光路徑分為切割和空程兩種，每一次切割形成一個(gè)輪廓。對每個(gè)輪廓找到其最小的X值、最大的x值、最小的y值及最大的y值。對每個(gè)輪廓進(jìn)行判斷，如圖2所示。對于輪廓A和B，A的最小X值大于B的最小X值，A的最大X值小于B的最大X值，A的最小y值大于B的最小y值，A的最大y值小于B的最大y值，則B包含A。

圖2輪廓判斷圖

　　根據(jù)上述的計(jì)算結(jié)果，可以形象比喻成一棵包含關(guān)系的樹，先對樹的次序排列，再對每個(gè)輪廓在該樹上均處于某個(gè)層次上進(jìn)行排列。我們定義，根為第一層，其下為第二層，這樣每個(gè)輪廓均可得到一個(gè)層次號，層次號越高則越處于內(nèi)部。

　　以切割一組字體為例：如果定義加工軌跡為按層次號的大小來排序，勢必導(dǎo)致加工效率的低。下，因?yàn)槎嘧旨庸r(shí)會(huì)跳字加工，從而導(dǎo)致多余的空走。事實(shí)上如果不是錯(cuò)誤的話，每個(gè)字的最外層輪廓均處在第二層上，即邊框(邊框是虛擬出來的，把加工界面的最大尺寸作為整個(gè)圖形的最外層，其層號為1)的里面一層，這樣完全可以一個(gè)字一個(gè)字的加工，因此我們定義的力n-c_軌跡是對每個(gè)處于第二層上的輪廓進(jìn)行順序加工，而對于該輪廓的加工則采用對該輪廓包含的所有輪廓按層次號大小進(jìn)行排序加工，先大后小。

　　(2)速度均衡處理

　　實(shí)際加工時(shí)，按照一段一段直線來運(yùn)行。如果對于每一段直線均采取同樣的加工速度，勢必導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行丟步。因?yàn)楫?dāng)加工路徑出現(xiàn)銳角時(shí)，電機(jī)加速度要求過高，必然導(dǎo)致丟步。如果對于每一段直線均采取加速、勻速、減速3段方式執(zhí)行的話，有如下缺點(diǎn)：首先是加工質(zhì)量下降，由于電機(jī)行走速度不穩(wěn)，導(dǎo)致加工斷面的不平整；其次是很短的直線不夠加減速的行程；再次是加工效率低下。

　　我們采用的方案是根據(jù)當(dāng)前要加工直線的下一段直線與本直線的夾角來決定。本段直線是否需要減速，減速到什么速度，根據(jù)當(dāng)前的速度(即當(dāng)前要加工直線的起點(diǎn)的速度，也是上一段直線加工結(jié)束時(shí)的速度)的大小及方向決定本段加工直線是否需要加速以及從什么速度加速。這樣在加工平滑路徑時(shí)能保持較均勻的速度，而加工銳角路徑時(shí)又能夠加減速，從而保證步進(jìn)電機(jī)的正常運(yùn)行而不會(huì)產(chǎn)生丟步。

　　如圖3所示，我們定義在一個(gè)直線段的終點(diǎn)的速度與本直線段下一直線段的夾用成一函數(shù)關(guān)系。根據(jù)對各種步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線及負(fù)載大小情況，我們提供了多種函數(shù)，以適應(yīng)不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電機(jī)參數(shù)。以下舉幾個(gè)例子：

圖3程序處理流程圖

　　在AB、BC段，&alpha;1<&pi;／2，一般不需要加減速處理；在BC、CD段，鈍角(&alpha;12&ge;&pi;／2)加工路徑時(shí)要根據(jù)不同的電機(jī)特性進(jìn)行加減速處理，提供了直線方程、二次方程和自定義方程的3種加減速方式，可以滿足任意加減速要求。

　　根據(jù)上述的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用c語言編制了激光加工運(yùn)行程序，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)取得了理想的效果。

　　對某一組矢量輪廓曲線，經(jīng)過以上程序軟件的自動(dòng)排序及速度設(shè)置后，將分別作用在X、Y分量上的路徑通過轉(zhuǎn)換輸出程序，生成能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖代碼，直接經(jīng)過計(jì)算機(jī)并口輸出。由于對激光加工運(yùn)行方式從軟件程序上進(jìn)行了較精確的處理，因此在輸出方面取消了傳統(tǒng)的位控板輸出方式(見主程序框圖)。

4 結(jié)束語

　　新型的激光加工數(shù)控軟件在實(shí)用性方面做了進(jìn)一步改進(jìn)，如增加了自動(dòng)回零定位、局部重復(fù)加工及動(dòng)態(tài)運(yùn)行速度的調(diào)整等功能。該軟件現(xiàn)已裝備在天津市激光技術(shù)研究所生產(chǎn)的多臺(tái)中小功率激光加工設(shè)備上，并受到用戶的一致好評。