1 引言

　　中小功率激光加工機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，因此能針對這些用戶群體設計出方便、實用及低價的激光加工數據控編程軟件，一直是激光加工能否在該行業廣泛應用而急需解決的課題。

　　目前，國內外研制的激光加工機用于二維切割與雕刻的數控編程，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控系統軟件，如英國的APS或以色列的CASMATE等；將AUTOCAD等專用軟件或機械加工(銑床、線切割等)數控系統軟件移植到激光加工的數控編程上。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控編程，但此類軟件價格昂貴，增加了研制者的整機成本；第二種方式是以機械等專用系統軟件編程界面并配以硬件轉換接口電路，可用于一般的數控激光加工，由于行業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計軟件環境下，設計出一種能夠滿足激光加工特點要求的數控驅動軟件(類同于打印機驅動軟件)，一定會使用戶在激光加工機數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數控軟件的設計思路就在于此。

2 設計方案

　　將廣告、裝飾及裝璜行業使用非常普遍的矢量繪圖平面設計軟件CorlDRAW系統作為操作平臺，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換成滿足激光加工的驅動程序并輸出，完成了激光加工數控驅動軟件設計，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系統中生成的PLT繪圖文件格式沒有繪圖路徑自動排序的功能(按先內后外原則)；

　　(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換為步進脈沖信號，由PC計算機并口輸出，直接驅動電機運行。

3 有關算法

　　(1)激光加工路徑自動排序的算法(先內后外原則)

　　程序將PLT文件讀入，根據下筆和抬筆的動作，將激光路徑分為切割和空程兩種，每一次切割形成一個輪廓。對每個輪廓找到其最小的X值、最大的x值、最小的y值及最大的y值。對每個輪廓進行判斷，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

　　根據上述的計算結果，可以形象比喻成一棵包含關系的樹，先對樹的次序排列，再對每個輪廓在該樹上均處于某個層次上進行排列。我們定義，根為第一層，其下為第二層，這樣每個輪廓均可得到一個層次號，層次號越高則越處于內部。

　　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，勢必導致加工效率的低。下，因為多字加工時會跳字加工，從而導致多余的空走。事實上如果不是錯誤的話，每個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圖形的最外層，其層號為1)的里面一層，這樣完全可以一個字一個字的加工，因此我們定義的力n-c_軌跡是對每個處于第二層上的輪廓進行順序加工，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行排序加工，先大后小。

　　(2)速度均衡處理

　　實際加工時，按照一段一段直線來運行。如果對于每一段直線均采取同樣的加工速度，勢必導致步進電機的運行丟步。因為當加工路徑出現銳角時，電機加速度要求過高，必然導致丟步。如果對于每一段直線均采取加速、勻速、減速3段方式執行的話，有如下缺點：首先是加工質量下降，由于電機行走速度不穩，導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當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，根據當前的速度(即當前要加工直線的起點的速度，也是上一段直線加工結束時的速度)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能保持較均勻的速度，而加工銳角路徑時又能夠加減速，從而保證步進電機的正常運行而不會產生丟步。

　　如圖3所示，我們定義在一個直線段的終點的速度與本直線段下一直線段的夾用成一函數關系。根據對各種步進電機的矩頻特性曲線及負載大小情況，我們提供了多種函數，以適應不同的機械結構和電機參數。以下舉幾個例子：

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)加工路徑時要根據不同的電機特性進行加減速處理，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。

　　根據上述的數學模型，應用c語言編制了激光加工運行程序，經過反復實驗取得了理想的效果。

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

4 結束語

　　新型的激光加工數控軟件在實用性方面做了進一步改進，如增加了自動回零定位、局部重復加工及動態運行速度的調整等功能。該軟件現已裝備在天津市激光技術研究所生產的多臺中小功率激光加工設備上，并受到用戶的一致好評。