激光打標機主要用于金屬、非金屬固體材料表面刻劃出字符和圖形，在許多行業(yè)中都有著廣泛的應用。例如，在活塞環(huán)上打出工廠的商標；在程控電話機的塑料接插件上打上編號；在集成電路上打上型號及廠標等。沒有激光打標機，通常使用鋼印或印刷做上標記，這種方法易破壞工件，且易受到非法廠家的假冒。而激光打標機，不僅打標美觀，且具有較強的防偽性。目前，進口的激光打標機功能先進齊全，但價格昂貴；國內(nèi)也有類似產(chǎn)品，雖然價格低廉（進口產(chǎn)品的五分之一），但功能單一，可靠性也不盡人意。

　　激光打標機數(shù)控系統(tǒng)控制原理

　　激光打標機由激光電源、激光器、兩座標工作臺及數(shù)控系統(tǒng)四部分組成。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的程序及打標工藝參數(shù)，控制工作臺作相應的移動。在走到某一字符或圖案點處便發(fā)出激光打標機命令，激光器接收到該命令后發(fā)射出脈沖激光，激光束通過光學反射鏡組聚焦在被加工物表面。在強功率激光作用下，使物體表面熔融或蒸發(fā)而形成痕跡。這些點陣組合起來就是要刻劃的字或圖案。原理圖如圖1所示。根據(jù)工作臺的移動方式，激光打標機可分為三類：

　　1、掃描式打標；

　　2、筆順式打標；

　　3、路徑優(yōu)化式打標。

　　圖1激光打標機原理圖

　　系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

　　激光打標機數(shù)控系統(tǒng)的控制器選用以8031單片微機為例，硬件框圖如圖2所示。

　　圖2數(shù)控系統(tǒng)硬件構(gòu)圖

　　系統(tǒng)軟件包括用戶圖標編輯、用戶自定義圖案庫生成、打標計算及控制、圖標程序管理、工件計數(shù)、程序校驗等，如圖3所示。本文對如何用單片機語言編寫系統(tǒng)軟件不做贅述，主要對前三種功能的實現(xiàn)方法進行討論。

　　圖3系統(tǒng)軟件

　?。?）圖標程序編輯

　　由于系統(tǒng)采用單片機控制，數(shù)碼管顯示，所以圖標程序采用格式化提示性輸入。一個圖標程序由若干字段組成，每個字段又由該字符（或圖案）的所有打標信息組成。例如要打標"1998"，字符1、9、9、8組成了該程序的各個字段。一個字段包括6個信息元素：（1）字符標識符，（2）字符類型，（3）X坐標，（4）Y坐標，（5）點間距，（6）重打次數(shù)。采用該結(jié)構(gòu)并按提示方式編輯圖標程序，易輸入、修改，不易出錯。

　　（2）自定義圖案

　　用戶需要打標特殊文字或圖案時，由于內(nèi)部字庫無法提供，所以采用自定義圖案方式生成自己的圖案庫，每個自定義圖案包括三部分信息：（1）字符類型，（2）字符標識符，（3）點陣代碼。點陣代碼的輸入按圖案點陣從左到右、從上到下順序進行，每次輸入一個字節(jié)的點陣。圖案較大時，可以分塊定義。

　?。?）打標控制

　　根據(jù)圖表程序按字符標識符和字符類型調(diào)入字符點陣，并構(gòu)成字符位圖，由位圖經(jīng)過路徑優(yōu)化轉(zhuǎn)化成工作臺的到達指定位置并輸出打標信號，完成一點打標。其中路徑優(yōu)化是打標控制需要解決的關(guān)鍵問題。

　　眾所周知，路徑優(yōu)化是一世界性難題，目前尚無最優(yōu)解，最鄰近算法是最廣泛采用的方法，編程簡單、容易理解，可靠性也較高，可以獲得良好的結(jié)果。由于該算法近似精度為a≤1/2（InN+1），算法計算復雜性為0（nXn），所以這種方法有時也可能很差，達不到優(yōu)化目的，在數(shù)據(jù)點較多時，具有較高的計算發(fā)雜性。作者以最鄰近算法為基礎(chǔ)并依據(jù)點陣位圖，將其演化成本文的算法。該算法的步驟如下：

　?、佟⑽粓D中找出第一個點（I，J）,并轉(zhuǎn)換成位移量，同時將該店在點陣位圖中設(shè)置為零。

　?、凇⒃冢↖，J）的相鄰點（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）按順序找出下一個打標點（I,J）(i和j的取值為1、2、3…,受點陣位圖邊界控制)。將（I,J）轉(zhuǎn)換成位移量，同時將該店在點陣位圖中置為零。

　?、?、判斷點陣位圖中是否還有為1的位，仍有為1的位時，則以（I,J）為新的起點，返回步驟②，否則優(yōu)化完成。在步驟②中，由于圖案點陣是按字節(jié)從左到右、從上到下順序排列，所以該算法可以最快找到最鄰近點，無須遍歷所有點。因此大大提高了優(yōu)化速度，這在本文打標的實時控制中尤其重要。