H-bot機構雷射加工控制之研究

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姓名

徐翊芳(Yi-Fang Hsu) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

H-bot機構雷射加工控制之研究

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摘要(中)

隨著科技不斷進步，雷射加工機台除了講究精度及速度外，減少機台體積以及降低各馬達負載亦是一大目標，本研究中選用之H-bot機構則有別於業界大部分使用的XY平台或是龍門式平台，具有輕量化、以及馬達負載低等優點。
為了能順利完成雷射加工，本研究利用C#設計了簡易的使用者介面，能將輸入的二維點陣圖進行前處理並轉換成加工碼，然後藉由STM32微控制器讀取加工碼，並設計相關電路，加以控制馬達驅動器及雷射，最終達成雷射加工一途。
實驗方面則比對各種路徑模式之效果，並且藉由軟體上的設計、改進，修正因機構產生的各種誤差，像是圖像的波紋以及齒輪的背隙造成的瑕疵，以及研究不同雷射功率與造成的灰階之間的關係，最後比對與機器手臂雷射加工的結果圖差異。

摘要(英)

With the advancement of technology, the laser processing machine is the usual manufacture. In addition to the accuracy and speed of laser processing machines, reducing the size of the machine and a load of the motor is also an important issue.
Different from the XY platform or gantry platform, which is often used in industry, the H-bot mechanism used in this study has the advantages of lightweight and low motor load. This research designed a user interface that can pre-process the input 2D bitmap and convert it into Gcode, which lets the microcontroller STM32 read. Besides, we design relevant circuits to control the motor driver and laser. Finally, achieve laser processing.
The effects of four path modes are analyzed in this research. Through the design and improvement of the software, various problems caused by the mechanism are corrected. In addition, the relationship between the gray scale and different laser power are tested. Finally, we compare the difference between the laser processing results and the robot’s results.

關鍵字(中)

★ H-bot
★ 雷射
★ STM32
★ 圖像比對

關鍵字(英)

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章緒論 1
1-1前言 1
1-2研究動機與目的 1
1-3文獻回顧 2
1-4內容架構 3
第二章基礎理論 4
2-1 雷射 4
2-1-1 雷射概述 4
2-1-2 雷射原理 5
2-1-3 雷射的數位及類比模式 6
2-2 脈衝寬度調變 7
2-3 影像處理 8
2-3-1 影像灰階化 8
2-3-2 影像二值化 8
2-4 GCODE簡介 9
第三章硬體架構與設備簡介 10
3-1 H-bot機構 10
3-2 步進馬達介紹 12
3-2-1 XY軸步進馬達-AZM69AK 12
3-2-2 Z軸步進馬達-AZM46MK 13
3-2-3 馬達驅動器-AZDKD 14
3-3 STM32微控制器 15
3-4 雷射 16
第四章研究方法 17
4-1 H-bot機構座標推導 17
4-1-1 基本公式推導 18
4-1-2 單馬達控制-斜向45o移動 20
4-1-3 雙馬達控制-垂直/水平移動 21
4-1-4 雙馬達控制-斜向其餘角度 21
4-1-5 H-bot座標轉換流程 22
4-2電路設計 23
4-2-1 馬達驅動電路 23
4-2-2 單晶片板電路與設定 27
4-2-3 雷射驅動電路 29
4-3 研究整體架構 30
4-4 GCODE生成介面 31
4-5 馬達及雷射控制介面 33
第五章實驗結果與討論 36
5-1路徑模式實驗 36
5-2 波紋校正實驗 39
5-2-1預留緩衝空間 39
5-2-2緩衝空間等速化 40
5-3 背隙補償研究 41
5-4 灰階上下限實驗 44
5-5 成果比較 48
第六章結論與未來展望 51
6-1結論 51
6-2 未來展望 51
參考文獻 52

參考文獻

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指導教授

黃衍任(Yean-ren Hwang)

審核日期

2020-7-23

推文