数字激光刻线加工机关键技术研究

论文摘要

激光刻线技术是在激光打标技术的基础上发展起来的,利用高能量密度的激光照射工件,局部发生化学反应,从而留下永久标记。激光刻线机对精度要求很高,要求刻出的线很直,同时要保证刻出的线条的精度。本课题以三维工作台闭环反馈系统设计为主要研究对象,设计了激光刻线机整套设备的控制系统。主要介绍了系统的原理及实现,伺服电机的驱动电路与控制软件的设计以及上下位机串口通信的实现。本系统设计包括硬件设计和软件设计两部分,针对激光刻线加工的特点采用“PC+VC+控制软件+驱动器+伺服电机”的控制系统。激光刻线机利用Nd:YAG激光器的激光,经过声光Q开关调制发射波长1064nm的激光光束,经过扩束后输出到反射镜,被反射到聚焦镜,由其聚焦到被加工材料的表面,实现刻线加工。主要研究内容为:1.激光扫描系统的研制在高速扫描振镜与激光标刻卡正确连接的基础上用VC完成激光标刻软件的开发,完成整个系统的任务的分配和资源的调度。2.激光输出控制的研制PC机通过并口与激光电源和Q开关驱动电源外控接口相连,在VC开发环境中,利用hwinterface.ocx并口控件开发PC并口资源,完成激光输出参数控制。3.高精密数控工作台的研制光栅尺采集卡采集数据,实现坐标数据的反馈,通过串口通信把数据反馈给上位机,完成工作台的精确定位。4.系统参数的优化寻找出适合各种情况下打标的参数组合,使打标效果达到最佳。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 引言
• 1-2 激光加工技术概述
• 1-2-1 激光器技术
• 1-2-2 激光技术的应用
• 1-3 激光打标技术国内外发展概况
• 1-4 激光刻线机控制器的分类
• 1-5 激光刻线机系统简介
• 1-6 本论文的主要研究内容和意义
• 第二章 激光刻线机系统的硬件组成及研制
• 2-1 激光器的原理和组成
• 2-1-1 激光器原理
• 2-1-2 激光器组成
• 2-2 激光刻线机的机械结构
• 2-2-1 振镜的选择
• 2-2-2 冷却系统
• 2-2-3 工作台检测系统研制
• 2-4 本章小结
• 第三章 激光刻线机的控制系统
• 3-1 激光刻线机控制卡开发
• 2 打标控制卡简介'>3-1-1 LMC₂打标控制卡简介
• 3-2 振镜的运动控制
• 3-2-1 振镜原理及基本控制开发
• 3-2-2 振镜的矢量运动控制
• 3-2-3 振镜与激光器的协调控制
• 3-3 激光刻线机连续激光电源的研制
• 3-3-1 工作原理
• 3-3-2 工作状态
• 3-4 激光刻线机Q开关驱动电源的研制
• 3-4-1 Q开关元件工作原理
• 3-4-2 Q驱动器的构成及工作原理
• 3-5 数控工作台控制电路开发
• 3-5-1 工作台系统硬件组成
• 3-5-2 永磁同步直线电机的系统研制
• 3-5-3 全闭环控制系统结构研制
• 3-5-4 运动控制器工作原理和硬件结构
• 3-5-5 DSP与PC机串口通信硬件研制
• 3-6 本章小结
• 第四章 激光刻线机系统的软件开发及功能实现
• 4-1 上位机与激光输出单元通信的研制
• 4-1-1 通信方式简介
• 4-1-2 激光电源与上位机通信软件研制
• 4-1-3 Q电源与上位机通信软件开发
• 4-1-4 人机交互界面软件开发
• 4-2 工作台控制软件的开发与研制
• 4-2-1 上位机的软件研制
• 4-2-2 下位机串口通信软件研制
• 4-3 本章小结
• 第五章 激光刻线机工艺分析及参数设置
• 5-1 激光刻线机工艺分析
• 5-1-1 标刻速度
• 5-1-2 Q调制频率与激光光斑重叠率
• 5-1-3 Q频率与激光功率
• 5-1-4 打标参数优化
• 5-2 位置闭环控制
• 5-3 系统中影响可靠性的因素
• 5-3-1 抑制干扰源
• 5-3-2 切断干扰路径
• 5-3-3 提高敏感器件的抗干扰性能
• 5-4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6-1 结论
• 6-2 展望
• 参考文献
• 致谢