主要應(yīng)用于金屬、非金屬等固體材料表面的刻字、制圖等，在許多行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。舉例來說，在活塞環(huán)上打上工廠商標(biāo)，在程控電話的塑料插座上打上號碼，在集成電路上打上型號和廠標(biāo)等等。無激光打標(biāo)機(jī)，一般用鋼印或印刷品作上標(biāo)記，這種方法容易損壞工件，而且容易被非法廠家假冒。而且激光打標(biāo)機(jī)，不但打標(biāo)美觀，而且防偽性也很強(qiáng)。當(dāng)前，進(jìn)口激光打標(biāo)機(jī)功能先進(jìn)、齊全，但價格昂貴；國內(nèi)也有類似的產(chǎn)品，雖然價格較低(占進(jìn)口產(chǎn)品的五分之一)，但功能單一、可靠性差。

數(shù)控激光打標(biāo)機(jī)控制原理

它主要包括四個部分：激光電源、激光器、兩個標(biāo)記臺和數(shù)控系統(tǒng)。NC系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的程序和標(biāo)記的工藝參數(shù)來控制工作臺的運(yùn)動。當(dāng)進(jìn)入一個字符或圖案點(diǎn)時，就會發(fā)出激光標(biāo)記指令，激光收到指令后，就會發(fā)射出脈沖激光，激光通過光學(xué)反射鏡組聚焦在被加工物的表面。由于強(qiáng)激光的作用，物體表面在熔化或蒸發(fā)后形成了痕跡。這幾個點(diǎn)陣結(jié)合在一起就是要刻畫的文字或圖案。示意圖如圖1所示。激光打標(biāo)機(jī)按工作臺的運(yùn)動方式可分為三類：

掃描式標(biāo)記標(biāo)記；

二筆順標(biāo)記；

三是路徑優(yōu)化型標(biāo)記。

圖1激光打標(biāo)器示意圖

軟、硬件設(shè)計

采用8031單片機(jī)作為激光打標(biāo)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的控制單元，硬件結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 NC系統(tǒng)硬件構(gòu)成

該系統(tǒng)的軟件包括：用戶圖標(biāo)編輯，用戶定制圖案庫的生成，打標(biāo)的計算和控制，圖標(biāo)的程序管理，工件的計數(shù)，程序的檢查等，如圖3所示。文章就如何用單片機(jī)語言來編寫系統(tǒng)軟件不作贅述，主要討論了前三種功能的實現(xiàn)方法。

圖表3系統(tǒng)軟件

(1)編輯圖標(biāo)程序

因為是由單片機(jī)控制，數(shù)碼管顯示，所以程序采用了格式提示式輸入。一種圖標(biāo)程序由多個字段組成，每一個字段又包含字符(或圖案)的所有標(biāo)記信息。舉例來說，要打標(biāo)“1998”，字符1,9,9,8組成程序的不同字段。有6個信息元素的字段：(1)字符標(biāo)識符，(2)字符類型，(3) X坐標(biāo)，(4) Y坐標(biāo)，(5)點(diǎn)距，(6)重打次數(shù)。使用這種結(jié)構(gòu)，按提示方式編輯程序圖標(biāo)，易于輸入，修改，不易出錯。

(2)定制模式

當(dāng)用戶需要打特殊字或圖案時，由于內(nèi)部字庫不能提供，因此使用定制圖案來創(chuàng)建他們自己的圖案庫，每個定制圖案包含三個信息部分：(1)字符類型，(2)字符標(biāo)識符，(3)點(diǎn)陣碼。點(diǎn)陣碼的輸入按照模式點(diǎn)陣碼從左到右，從上到下的順序進(jìn)行，每一次都是一個字節(jié)。當(dāng)模式比較大時，可以分塊定義。

(3)標(biāo)記控制

利用繪圖程序，將字符點(diǎn)陣按照字符標(biāo)識符和字符類型調(diào)進(jìn)字符點(diǎn)陣，并組成字符位圖，由位圖經(jīng)過路徑優(yōu)化轉(zhuǎn)換為到達(dá)指定位置的工作臺，輸出打標(biāo)信號，完成一點(diǎn)打標(biāo)。其中，路徑優(yōu)化是標(biāo)號控制所要解決的關(guān)鍵問題。

路徑優(yōu)化問題是一個世界性的難題，目前還沒有最優(yōu)解，最接近算法是應(yīng)用最廣泛的算法，它編程簡單，易于理解，可靠性高，并且能得到很好的求解結(jié)果。因為算法的近似精度為 a≤1/2 (InN+1)，且算法的計算復(fù)雜度為0 (nXn)，因此，該算法也有優(yōu)化效果不佳、數(shù)據(jù)點(diǎn)較多、計算復(fù)雜度較高等缺點(diǎn)。本文基于最接近法，并根據(jù)點(diǎn)陣圖理論，對該算法進(jìn)行了改進(jìn)。這個算法的步驟如下：

首先，在位圖中找到第一個點(diǎn)(I, J)，然后將其轉(zhuǎn)化為位移量，同時把位移量設(shè)為點(diǎn)的零。

2.在相鄰點(diǎn)(I, J)(I+ i, J)、(I-i, J)、(I, J+ j)、(I,J-j)、(I+ i, J+ j)、(I-i, J, J+ j)、(I-i,J-j)、(I+ i,J-j)、(I+ i,J-j)等位置按次序找到下一個打標(biāo)點(diǎn)(I',J')(i, j)(1,2,3…，由點(diǎn)陣圖邊界控制)。把(I',J')轉(zhuǎn)化為位移量，同時在點(diǎn)陣位圖上把位移量設(shè)為零。

③，如果點(diǎn)陣位圖中仍然存在1，那么如果仍然存在1，那么以(I',J')作為新的起點(diǎn)，返回步驟②，否則優(yōu)化就完成了。第二步，由于圖形點(diǎn)陣是按照字節(jié)從左到右、從上到下的順序排列的，因此該算法能最快地找到最接近的點(diǎn)，而不需要遍歷所需的任何一點(diǎn)。從而極大地提高了優(yōu)化的速度，這在本文的打標(biāo)實時控制中尤為重要。