Лазерный мир

Ю.М. Осипов, С.В. Комзолов, С.В. Щербинин // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2011

Рассматривается экспериментальное исследование функционирования системы управления устройством лазерной гравировки при расчете точек траекторий гравировки сложных поверхностей с помощью технологий «облачных» вычислений.

Лазерная гравировка основана на воздействии излучения непосредственно на поверхность материала. Благодаря высокой точности лазерной гравировки (толщина линии 25 микрон) можно наносить достаточно сложные изображения. Устройства лазерной гравировки, включающие лазерную установку и многокоординатный манипулятор (рис. 1), управляются через компьютер с возможностью импорта изображений из стандартных редакторов векторной или растровой графики [1].

Проблемы лазерной гравировки поверхностей деталей сложной формы из-за переменной фокусировки луча лазера, устраняются многокоординатным манипулятором, управляемым алгоритмами вычислений точек сложных поверхностей изделий. На рис. 2 представлена функциональная схема устройства лазерной гравировки.

Для нанесения гравировки на поверхность детали требуется ее математическая модель. Математическая модель может быть получена с помощью какой-нибудь САБ-системы и сохранена в формате ОБІ. В этом формате информация о поверхности модели детали сохраняется в виде массива точек — вершин треугольников, заданных своими декартовыми координатами. 

Программа работает с триангулированными поверхностями и позволяет получать информацию о координатах точек траекторий гравировки (рис. 3).

Точки траекторий гравировки определяются по следующему алгоритму. Форма траекторий определяется плоским изображением расположенным на эскизной плоскости П (рис. 4), которое затем проецируется на поверхность модели по одному из методов: параллельного, центрального или криволинейного проецирования [ 2 ].

Рис. 3. Информация о поверхности модели детали в формате ОБ1

Часто возникает ситуация, при которой невозможно достаточно точно описать математическую модель поверхности обрабатываемой детали, т.е. имеется физическая модель детали, но нет возможности реконструировать ее модель по размерам. Существую-щие технологии трехмерного моделирования (3Б-моделирование и 3Б-визуализация) архитектурных, машиностроительных либо художественных объектов с помощью 3Б-сканеров удобны и обеспечивают высокую точность реконструкции по отношению к оригиналу. Но названные технологии не всегда доступны из-за высокой стоимости программного оборудования и обеспечения.

Рис. 4. Отображение траектории гравировки на поверхность модели

В последнее время появляется альтернативный ЭБ-сканированию, вариант решения проблемы реконструкции модели детали по ее физическому образцу. Компания Autodesk объявила о том, что на сайте Autodesk Labs открыт бесплатный доступ к предварительной версии 123DCatch (Project Photofly), онлайн-сервиса на основе «облачной» технологии, позволяющего пользователям создавать триангулированные ЭБ-модели из фотографий [ Э ]. Нами проведен эксперимент по выявлению точности такого технологического подхода для задач управления лазерной гравировкой деталей, ограниченных поверхностями сложной формы.

С помощью Project Photofly можно легко создавать трехмерные модели из наборов фотографий. В нем используется автоматический процесс калибровки. Это значительно упрощает получение моделей на основе фотографических снимков, так как ручная калибровка фотографий является сложной, требует высокой квалификации и больших затрат времени. В Project Photofly применяется для калибровки автоматический движок под названием Camera Factory. Доступ к нему осуществляется через онлайн-сервис и программу-клиент Photo Scene Editor.

Затем информация о траекториях передана в систему управления устройства лазерной гравировки, где выполнено нанесение гравировки. Отклонение точек траекторий от заданной составило не более 0,5 мм без учета точности самих измерений координат точек.

Рис. 9. Модель поверхности детали с нанесенной гравировкой в окне программы MONEYPOOLATOR

Выводы

ProjectPhotofly предоставляет технологии получения ЭБ-моделей проектировщикам, дизайнерам и инженерам, у которых недостаточно средств или опыта для моделирования на основе изображений, и позволяет лучше оценивать, анализировать, документировать и планировать инновационные проекты электромехатроники.

Новые возможности «облачных» вычислений дают возможность существенно быстрее проводить технологическую подготовку, связанную с лазерной гравировкой сложных поверхностей деталей.

Полное содержание на https://cyberleninka.ru/article/n/eksperimentalnoe-issledovanie-funktsionirovaniya-sistemy-upravleniya-ustroystvom-lazernoy-gravirovki/pdf