计算机控制激光系统

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1、计算机控制激光扫描系统设计060411301桑蒙www.themegallery.com大纲实际意义及激光扫描中步进电机及计算机现状1激光二维扫描系统的步进电机控制研究激光二维扫描系统的计算机接口原理与研究二维扫描系统的实现及结论234意义自激光在1960年问世以来，由于其诸多的优越性能:单色性好，方向性强，能量高等优点，使其广泛的应用于各种部门中。早期的激光主要应用于军事，工业等领域，对相应部门的发展起到了巨大的作用。随着科学技术的吃速发展，尤其是在近年才逐渐发展井成熟起来的计算机技术，慢慢的融入到各种部门，激光与光电子技术应用也得到了促进和发展，给社会生活和工农业生产带来

2、了巨大的社会和经济效益。1．1扫描系统中步进电机应用现状1.直线电机。该电机的优点是体积小，性能优良，经过长距离的行程后，仍能保证误差在极小的范围内。但是由于其价格较昂贵，而且与反射装置或者振镜的连接需要通过机械装置来进行，故难以保证它的精度。2.压电陶瓷微马达。该马达是依靠定子上的压电陶瓷片将输入的电能转化成机械力来驱动转子的。因此，它不产生磁场，具有自锁功能，在低速时能提供大力矩和高精度的角分辨率。它体积小且价格要比直线电机便宜得多，但是该种类的电机有累积误差，重复性和精度较低。3.步进电机。步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或者线位移的电磁机械装置，也是一种能把输出机

3、械位移增量和输入数字电压脉冲对应的驱动器件。每外加一个脉冲信号，它就运动一步，故称之为步进电机。1．2激光扫描中的微型计算机应用现状计算机机由于其功能强大，性能稳定，安装调试方便得到了十分广泛的应用。不仅在商业通讯，家庭等领域成为主流，在工业领域也作为控制的主体成为系统的核心。控制技术与计算机的相结合，进一步加强了计算机在各种行业的应用范围和所占有的地位。对于一个中小型的控制系统来说，需要实现的功能有限，大致包括数据的采集，传输，处理等基本的控制过程，但是对于一个大型的控制系统来说，不仅要包含上述的功能，还要有许多其他的功能，才能满足需要。在计算机图形技术融入生产部门后，这样的

4、数据交换和处理变得相对简单和轻松起来。第二章激光二维扫描系统的步进电机控制研究在激光二维扫描系统中，步进电机是作为扫描的执行元件来进行工作的。在工作的过程中，步进电机将根据控制程序的指令，作出响应的动作，完成扫描。本章将首先介绍步进电机的控制原理以及在本系统中的应用。2．1扫描系统中步进电机的简介步进电机是一种将电的脉冲信号转换成相应的角位移或者线位移的执行元件。每外加一个脉冲信号，它就运动一步，故称之为步进电机。2.1.1、永磁式步进电机永磁式步进电机的转子由一对或者多对极的星形永久磁铁组成，定子极上相应有两相或者多相控制绕组。当相绕组通电后，定子和转子磁极之间将产生吸引力和

5、相斥力。转子在这些磁场力的作用下产生转动。这类电机的效率高，造价便宜。一个典型的永磁式步进电机的结构如右图2.1所示。图2.1永磁步进电机结构图2.1.2变磁阻式步进电机变磁阻式步进电机(也称反映式)的定子和转子均由铁芯织成。定子有若干对磁极，磁极上有控制绕组。在转子的圆柱面上有均匀分布的小齿。依靠磁场吸力的作用，转子向定子与转子之间磁阻最小的位置转动。一个典型的变磁阻式步进电机结构如图2.2所示。2.1.3.混合式步进电机混合式步进电机的定子结构与变磁阻式步进电机很相似，磁极上有控制绕组。这种步进电机的步距角在-之间。混合式步进电机组合了永磁式和变磁阻式步进电机的特点。图2.

6、3混合式步进电机结构图2．2扫描系统中步进电机的控制原理及方法在激光二维扫描系统中，步进电机是主要的执行元件，关系到扫描质量的决定性因素。步进电机的控制主要体现在对步进电机步距角的细分。步进电机细分驱动技术是在70年代中期发展起来的可以显著改善步进电机综合性能的驱动控制技术。实践证明，步进电机细分驱动技术可以减小步进电机的步距角，提高电机运行的平稳性，增加控制的灵活性。步进电机的驱动是靠给步进电机的各相励磁绕组轮流通以电流，实现步进电机内部磁场合成方向的变化来使步进电机转动的。2．2．1步进电机控制电路及实现为了对步进电机的相电流进行控制，从而达到细分步进电机步距角的目的，人们

7、曾设计了很多种步进电机的细分驱动电路。目前，步进电机细分驱动电路大多数都采用单片微机控制，它们的构成框图如2.4所示。图2.4步进电机细分驱动电路图在本系统中，对步进电机的控制是通过计算机的并行口实现的。采用软硬件结合的办法，通过程序的运行行，实现步进电机按照预期的日标旋转2.2.2步进电机与计算机的接口在本系统中，是利用计算机的并行口实现的:由于步进电机的驱动器需要5V电压，8~15mA的驱动电流，而计算机的输出正好能够满足上述要求，所以只要将二者通过接口连接上即可。接线按如右图2.5所示