基本信息
- 项目名称：
- 基于msp430控制的雕刻机系统设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本系统以MSP430微处理器为控制核心，同时完成运算和数据处理等功能，用其内部图形算法将输入的目标信息转化为数控信息，进而控制激光或机械部分进行雕刻。通过高分辨率彩屏液晶（和虚拟现实）显示实时运转状态，从而精确、高效的完成自动化加工过程。
- 详细介绍：
- 本项目是龙门式雕刻机同时也是切割机，其核心之一是数控的三维机械平台，通过即位于X、Y、Z三个轴上的步进电机配合数控驱动来完成整个加工过程；其二是用于进行软雕刻的激光系统。数控系统根据雕刻或切割加工的程序进行运算处理，输出进给脉冲，此进给脉冲经伺服系统放大后，分别驱动X、Y、两轴步进电机，带动传动系统，产生进给运动，其中X、Y轴产生平面合成运动，而负责雕刻和切割加工过程则由位于Z轴的激光器对焦和功率输出调整来完成。本系统以MSP430为控制核心，同时完成运算和数据处理等功能，其内部固化了基础图形算法可以将输入的路径信息转化为数控信息，同时也可以直接使用来自于终端设备（如虚拟现实系统）提供的数控信息，再将这些信息转化为驱动电机的信号（脉冲串），控制雕刻机结构平台X、Y轴的进给，其运动方式采用龙门架移动、工作台固定的运动方式，可以提高加工精度。系统同时采用高分辨率的彩屏液晶和基于虚拟现实的上位机系统实时显示雕刻运动轨迹，便于操作人员进行监控。本系统属于微型CNC，可以对如PCB、PVC等中等硬度的材料进行加工，面向实验室、研发及需要小批量加工的机构，具有良好的应用前景。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 初始目的是为个人或小型团队设计一款能够满足小范围器件的激光加工机床，在逐步实现中调整项目为半商业用途的高精度、多功能加工机床。使用MSP430微处理器其功耗和成本得到大幅降低，机械设计部分使用了CAD工具进行了详细设计能够满足常规加工的强度具有功能丰富、加工速度快、精度高的特点。同时通过虚拟现实增强用户的操控能力，能够接纳jPG、iam等CAD设计的文件，并将其自动编程为数控信息，具有使用门槛低的特点。适合小批量加工器件的用途。
科学性、先进性
- 1、使用了AIP等CAD工具对系统原型进行了详细的设计与仿真，能够达到工业级别的设计要求，整机全重约60Kg 2、使用大功率激光可以完成如雕刻、打标、切割等功能 3、使用彩色液晶屏提供实时监控与人工控制功能 4、构建了图文转换系统，能够加工的图形文件，并转换为数控信息 5、通过增强的虚拟现实便于用户进行实时监控与操作
获奖情况及鉴定结果
- 2011年省级挑战杯竞赛特等奖 2011年校级优秀科技作品奖一等奖
作品所处阶段
- 二次测试，完善功能，确保系统的稳定性和精确性；完善大功率激光器高精度加工过程；支持更高的加工速度
技术转让方式
- 技术入股或完全技术买断方式
作品可展示的形式
- 作品的样机、激光器系统、三维仿真系统、虚拟现实控制系统、技术文档
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1、使用了AIP等CAD工具对系统原型进行了详细的设计与仿真，能够达到工业级别的设计要求，整机全重约60Kg 2、使用大功率激光可以完成如雕刻、打标、切割等功能 3、使用彩色液晶屏提供实时监控与人工控制功能 4、构建了图文转换系统，能够加工的图形文件，并转换为数控信息 5、通过增强的虚拟现实便于用户进行实时监控与操作——其制造成本比市面同类产品低30%以上，且精度、易用性更高推广目标主要为个人、小型研发团队、实验室、教学演示、需要小批量加工的机构。
同类课题研究水平概述
- 国内多有中小型机构进行研究，主要是中、微型数控机床为主，但缺乏高品质产品，一般仅用于PCB等柔性材料加工，且加工精度与稳定性较低。而诸如打标等进一步功能则此类设备价格昂贵，一般都在数万元以上，而激光类精加工设备更贵，市场价格一般在5万元以上。国外以德国、日本数控技术最为先进，其加工设备的精度和复杂程度是国内目前难以抗衡的，但今年如华科等高校、企业在此方面有所突破。但主要研究目标仍以中高端系统为主，在低端方市场供需问题依然严重。 当前以目标主要为个人、小型研发团队、实验室、教学演示、需要小批量加工的机构微型激光雕刻/切割机研究组织和机构逐步增多，但主要以小作坊式研究方式，目前仅纯机械加工微型设备小有产出，一般市场价格在5000元左右，但其加工范围与精度依然受到限制。激光类微雕设备目前市面上还主要以小功率半导体激光为主，如微型印章雕刻机等，但在大功率激光如CO2激光器的应用上几乎处于空白。因此本系统所研制的产品具有填补空白的意义与价值。
