Mechatroniczne pozycjonowanie wiązki lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obiektów trójwymiarowych w szkle

Transkrypt

1 Aademia Górniczo-Hunicza im. Sanisława Saszica w Kraowie Wydział InŜynierii Mechanicznej i Roboyi mgr inŝ. Roman Trochimczu Rozprawa doorsa Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Promoor dr hab. inŝ. Mare Gawrysia prof. nzw. Poliechnii Białosociej Kraów 8

2 Sładam gorące podzięowania Panu prof. dr hab. inż. Marowi Gawrysiaowi mojemu promoorowi za opieę nauową liczne dysusje oraz za umożliwienie mi przeżycia życiowej przygody ineleualnej jaą jes napisanie rozprawy doorsiej Panu prof. dr hab. inż. Świaosławowi Karpowiczowi za inspirację nauową do zajęcia się problemayą laserowej obróbi szła Panu dr Vladimirowi Kononovu oraz pracowniom firmy Lois TII Panu dr Vladimirowi Zharsiemu z firmy Ruchservomoor oraz pracowniom firmy CS&IE Daa Consuling w Mińsu Szczególne podzięowania sładam Moim rodzicom órzy zapewnili mi wyszałcenie oraz duchowe wsparcie w racie pisania ej rozprawy

3 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Sreszczenie W rozprawie przedsawiono wynii opracowanych eoreycznie podsaw zwięszania wydajności isniejących urządzeń laserowych do grawerowania obieów rójwymiarowych w szle. Kręgosłupem rozważań jes mecharoniczny model sysemu grawerującego. Model en uazuje wielopłaszczyznowość zagadnień w laserowym urządzeniu obróbczym. Opracowany wielobryłowy model pozycjonera sprowadza laserowe urządzenie obróbcze do przypadu ogólnego óry pozwala zasosować meody analizy znane w roboyce. Przedsawiono analizę aparau ruchowego pozycjonera. Sanowi ona podsawę oncepcji arezjańsiego aparau ruchowego pozycjonera oparego na napędach bezpośrednich oraz oncepcji biegunowego aparau ruchowego. Wyazano że wyorzysanie napędu planarnego pozwala zmniejszyć gabaryy pozycjonera oraz zwięszyć wydajność obróbi. Przeprowadzona analiza biegunowego aparau ruchowego daje podsawę do przyjęcia go jao racjonalnej alernaywy dla rozwiązań lasycznych. Tworzy ym samym nowy obszar zasosowań rozwiązań znanych w roboyce i mecharonice. Przeprowadzona analiza poznawcza procesu grawerowania obieów w szle oraz wyboru proponowanych rozwiązań daje podsawę do projeowania urządzeń wyorzysujących laser do innych celów np. urządzeń wspomagających zabiegi oulisyczne. Mecharonic posiioning of beam of impulse laser in device for forming hree-dimensional objec inside glass Absrac There is presened he resuls he heoreically bases of increase he produciviy eising laser device o forming hree-dimensional objecs in glass. A model of mecharonics sysem o laser engrave is he spine presened wor. Mulibody model of posiioning sysem is build. This permied accepable basis o creaed general case of laser device use of mehods of analysis well-nown in roboics. The new concep of Caresian planar posiioning sysem and polar posiioning sysem alernaive for he Caresian one is presened oo. Planar drive permis o reduce size posiioning sysem and enlarge he efficiency of laser engraving. The polar posiioning sysem configuraion presened allow he coss decreasing of he presen sysems consrucing wih eeping previously esablished precision creaes he same new area of applicaion of soluions well-nown in roboics and mecharonic. Presened analysis of laser device for glass engraving and choice proposed soluions les he basis o design new laser device for eample device for he oculisic inervenions. Rozprawę zrealizowano w ramach pracy własnej nr W/WM// ema: Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w sysemach formowania rójwymiarowych obieów w szle Poliechnii Białosociej

4 Spis reści Spis reści Sreszczenie / Absrac.... Wprowadzenie.... Przegląd urządzeń do formowania obieów punowych laserem impulsowym...7. Najważniejsze problemy projeowania sysemów do formowania obieów w szle.... Mecharoniczny model sysemu do laserowej obróbi szła...5. Ogólny model mecharonicznego sysemu działaniowego Komponeny mecharonicznego modelu do obróbi szła Rola pozycjonowania w sysemie Komponen mechaniczny sysem wyonawczy Apara ruchowy pozycjoner Formowanie punów sruury osobliwości powsawania miropęnięć Ogólna charaerysya maeriału obrabianego szła Laser impulsowy narzędzie obróbcze.... Komponen eleroniczny sysem informacyjny...5. Dysreyzacja obieów punowych dwu- i rójwymiarowych...5. Programowanie przemieszczeń aparau ruchowego.... Badania esperymenalne wydajności po zasosowaniu splajnów do programowania przemieszczeń Konrolery sysemu pozycjonującego....5 Sensory położenia...8. Serowanie Oprogramowanie Sculpor Analiza aparau ruchowego pozycjonera Analiza możliwych uładów pozycjonujących Charaerysya napędów z przeładnią śrubową używanych do budowy arezjańsiego aparau ruchowego Model maemayczny napędu silnia roowego z przeładnią śrubową Charaerysya pozycjonera planarnego Analiza onsrucji napędu bezpośredniego działania Zasada działania elemenarnego modułu eleromagneycznego Model maemayczny jednofazowego modułu eleromagneycznego.

5 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 7.8 Osobliwości procesu wywarzania napędów planarnych Koncepcja urządzenia laserowego z napędem planarnym Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym Ogólne założenia Pozycjonowanie ognisa lasera Analiza przemieszczeń biegunowego aparau ruchowego podczas formowania olejnych punów odwzorowania Analiza przemieszczeń obieu obrabianego oraz ramienia obróbczego w proponowanej oncepcji Analiza wyboru proponowanych uładów Podsumowanie i wniosi... 9 Bibliografia... Spis załączniów na CD... 9

6 . Wprowadzenie. Wprowadzenie Grawerowanie laserem jes obecnie jedną z najlepszych echnologii opisywania różnorodnych przedmioów na porzeby przemysłu i relamy. Technia laserowa zapewnia niezwyłą rwałość oznaowania zarówno wewnąrz maeriału ja i na jego powierzchniach. Obiey dwuwymiarowe i rójwymiarowe wyonane w ai sposób są rwałe i czyelne. Znaowanie za pomocą lasera umożliwia ławą personalizację przedmioów. Nawe przy dużych seriach można ażdy przedmio opisać inaczej nadając mu olejny numer czy eż opisując nazwisa olejnych osób wszyso o bez porzeby przygoowania jaicholwie lisz czy maryc czyli bez ponoszenia olejnych oszów. Użycie lasera do grawerowania szła upraszcza proces wdrożenia produu i daje onrene orzyści rynowe. Procesowi laserowego grawerowania poddaje się różne rodzaje szieł m.in. szło buelowe szyby oienne ubi szlane popielniczi ip. Można dojść do wniosu że sysemy laserowego formowania obieów znacznie poprawiają jaość worzonych odwzorowań jednocześnie zmniejszając czas obróbi [ ]. Poza ym pozwalają na obróbę podpowierzchniową bez naruszenia zewnęrznych powierzchni maeriału przy warunu jego przezroczysości co saje się niemożliwym w rozwiązaniach lasycznych. Zanim podejmie się próbę sworzenia onrenego odwzorowania należy wziąć pod uwagę pewien ważny aspe. Chodzi mianowicie o jaość i właściwości różnych szieł. Cechy e mogą należeć do szeroiego sperum i częso nie można przewidzieć suu oddziaływania wiązi laserowej na dany obie szlany. Dzięi możliwości szybiej zmiany usawień paramerów uładu pozycjonującego ja i eż samego emiera lasera impulsowego zmniejsza się czas esperymenowania z nieznanymi produami szlanymi. Duże możliwości daje u przede wszysim usawienie odpowiedniego ypu odwzorowania órego szały oraz wielość można zmieniać w dowolnym edyorze graficznym. W zależności od lasy obieu grawerowanego dobiera się również wielość sysemu grawerującego zaresy prędości i przyspieszenia przemieszczeń sysemów pozycjonujących ogniso wiązi laserowej czy eż moc samej wiązi. Inne wymagania sawia się urządzeniom grawerującym obiey płasie np. szyby oienne inne obieom przesrzennym np. bueli i inne opaowania szlane. Przez odpowiedni dobór paramerów obróbi oraz wielość obrabianego obieu można isonie wpływać na wydajność jaość i osz obróbi.

7 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Rozprawa powsała jao owoc zaineresowań auora laserową obróbą maeriału. U podsaw pracy leży próba odpowiedzi na dwa podsawowe pyania: Ja można zwięszyć wydajność laserowej obróbi szła? Ja w jedną spójną całość ująć różnorodne omponeny urządzenia obróbczego i zachodzące pomiędzy nimi relacje? Praca będzie się opierać na podejściu mecharonicznym i sysemowym. Oferuje ono racjonalne meody i narzędzia do opymalizacji ego rodzaju rozwiązań echnicznych. Pracę worzy dziesięć rozdziałów. Przedsawiająca one mecharoniczne aspey laserowych urządzeń grawerujących szło lub inne przezroczyse dieleryi. W rozdziale pierwszym wprowadzającym spróbowałem przedsawić genezę i ogólną problemayę pracy. W rozdziale drugim doonana zosanie analiza wybranych ofer rynowych urządzeń do formowania obieów punowych laserem impulsowym. Przeanalizowane zosaną ypy podsawowe paramery i cechy użyowe prezenowanych rozwiązań. W rozdziale rzecim zosaną scharaeryzowane problemy projeowania i budowy laserowych sysemów formowania obieów w szle. Posawiona zosanie eza pracy oraz oreślony cel ogólny i cele szczegółowe jaie chcę osiągnąć. Rozdział czwary poświęcony będzie sysemowemu podejściu do analizy urządzenia mecharonicznego. Zbudowany zosanie model mecharonicznego sysemu działaniowego do obróbi laserowej szła. Model en sanowi ręgosłup całej pracy. Poazuje powiązania pomiędzy omponenami sysemu i daje jednocześnie możliwość prześledzenia relacji między nimi. Uazuje eż różne poziomy jego synezy. W rozdziale ym oreślona zosanie również rola pozycjonowania w sysemie. W rozdziale piąym scharaeryzowane zosaną omponeny mecharonicznego sysemu wyonawczego. Zdefiniowane zosanie pojęcie aparau ruchowego pozycjonera w urządzeniach do formowania obieów laserem. Omówione zosaną ogólne właściwości szła jao maeriału poddawanego obróbce laserowej. Przedsawione zosaną fizyczne podsawy procesu formowania punowego elemenu sruury worzonego odwzorowania wraz ze zdefiniowaniem osobliwości procesu. Opisany zosanie laser impulsowy wyorzysywany w procesie grawerowania obieów. W rozdziale szósym scharaeryzowany zosanie eleroniczny sysem informacyjny urządzenia. Przedsawione zosaną meody dysreyzacji obieów oraz syneza przemieszczeń programowych aparau ruchowego. Uazane zosaną przeprowadzone przez auora badania esperymenalne powierdzające wzros wydajności obróbi dzięi zasosowaniu rzywych ypu splajn w algorymach serowania napędami aparau ruchowego. Oreślone zosaną wysępujące ypy uładów serowania i opisane ich podsawowe omponeny: onroler sysemu 5

8 . Wprowadzenie pozycjonującego sensory położenia oprogramowanie serujące laserową obróbą szła. W rozdziale siódmym przeprowadzona zosanie analiza możliwych aparaów ruchowych sosowanych w urządzeniach do formowania obieów laserem. Analiza a doyczyć będzie onsrucji modelu maemaycznego i osobliwości procesu echnologicznego. Rozdział en również przedsawia opracowaną oncepcję urządzenia laserowego z napędem planarnym. Rozdział ósmy o proje oncepcji urządzenia z biegunowym aparaem ruchowym. Przedsawione zosaną założenia ogólne scenariusze przemieszczeń obieu i ramienia obróbczego. Przeanalizowana zosanie onsrucja aiego aparau. Przedsawione zosaną wzory maemayczne niezbędne do przejścia z arezjańsiego opisu punu w obiecie obrabianym do ąów obrou ramienia i sołu obróbczego. Rozdział dziewiąy o wsępna analiza wyboru proponowanych uładów pozycjonowania planarnego i biegunowego. Punem wyjścia będzie szywność onsrucji óra bezpośrednio przełada się na doładność i wydajność obróbi laserem impulsowym. W rozdziale dziesiąym sformułowane zosaną wniosi ońcowe oraz przedsawiony zosanie plan dalszych badań nad poprawą aparau ruchowego pozycjonera i zwięszeniem wydajności obróbi laserem impulsowym. Rozprawę uzupełnia spis lieraury oraz załącznii na płycie CD. W załączniach zamieszczono szczegółową charaerysyę oprogramowania Sculpor opis srypów do dysreyzacji obieów opis urządzenia ELS- i użyego lasera impulsowego abele z wyniami z przeprowadzonego esperymenu oraz przyłady rzeczywisych realizacji rójwymiarowych obieów w szle z oreśleniem paramerów obróbi.

9 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle. Przegląd urządzeń do formowania obieów punowych laserem impulsowym Urządzenia do laserowej obróbi maeriału wewnąrz jego sruury bez naruszenia zewnęrznych powierzchni sładają się z lasera impulsowego i współpracującego z nim mechanizmu pozycjonującego. Pozycjonowanie może doyczyć ylo lasera ylo maeriału obrabianego lub jednego i drugiego [57]. Z analizy ofer handlowych wynia że isnieją dwa podsawowe sposoby pozycjonowania laserowej wiązi obróbczej rys. [59]: nieruchoma głowica laserowa a ruchomy sół obróbczy; nieruchomy sół obróbczy a ruchoma głowica laserowa. Rys.. Podsawowe ypy urządzeń do laserowego grawerowania obieów wewnąrz szła a z ruchomą głowicą obróbczą b z nieruchomą głowicą obróbczą W przypadu nieruchomego lasera emier lasera generuje wiązę a przemieszczany jes sół pozycjonujący XY na órym umieszczone są elemeny poddawane obróbce oraz uład soczewe supiających wiązę lasera w osi Z. W drugim przypadu isoą jes pozycjonowanie głowicy obróbczej. Wewnąrz niej znajduje się odpowiednio dobrany zespół zwierciadeł odbijających. Złożony sysem serowania wiązą opiera się na precyzyjnym uładzie galvo zapewniającym dużą prędość i powarzalność procesu obróbi [8]. Wiąza oddziałuje na nieruchomo usawione w płaszczyźnie roboczej elemeny szlane. Poza pozycjonowaniem samej wiązi pozycjonowana jes również głowica emiująca wiązę służąca do przemieszczania zgrubnego. Umożliwia o obrabianie więszych powierzchni i sosowane jes zazwyczaj w sysemach obrabiających wielogabaryowe obiey dwuwymiarowe np. przy obróbce połaci szyb oiennych. 7

10 . Przegląd urządzeń do formowania obieów punowych laserem impulsowym We wdrażaniu echnologii laserowych do obróbi i znaowania maeriałów znaczącą pozycję zajmuję niemieca firma Viro Laser oferująca sysemy grawerowania laserowego Virolu rys. [8]. Każdy z oferowanych sysemów poralowych opary jes na onsrucji ruchomej głowicy obróbczej. Charaeryzują się one wysoą dynamią cichą pracą napędów liniowych przemieszczających głowice obróbczą oraz wysoowydajnym serowaniem ompuerowym [8 89]. a b c Rys.. Sysemy formowania obieów D i D firmy VITRO Laser a Virolu C b Virolu M c Virolu L Rys.. Porównanie wielości obrabianych powierzchni przez rodzinę sysemów VITRO Innym rozwiązaniem jes D Porrai Crysal Laser Engraving Sysem firmy China Rui Feng Corporaion rys. [9]. Sosowany jes do grawerowania obrazów rójwymiarowych wewnąrz ryszałów szła. Jao źródło odwzorowań D wyorzysuje się specjalną amerę. Tabela. Specyfiacja D Porrai Crysal Laser Engraving Sysem Paramer / Model YF- Hz YF- Hz Typ lasera Nd:Yag Nd:Yag Długość wiązi laserowej 5nm 5nm Moc serwonapędu W W Masymalny obszar obróbi 8mm 8mm 9mm 8mm 8mm 9mm Prędość obróbi -5 punów/min - punów./min Moc blou zasilania uładu lasera KW KW Liczba użyych laserów Czas nieprzerwanej pracy sysemu godzin godzin Masymalny prąd pracy A A 8

11 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Umożliwia ona wyonanie foografii rójwymiarowej i przesłanie jej do dalszej obróbi do ompuera obsługującego sanowiso wywórcze. Sysem podobnie ja we wcześniejszym przyładzie opary jes na zjawisu supiania wiązi laserowej worzącej niezniszczalne odwzorowanie wewnąrz ryszału szła lub innego przezroczysego diele- Rys.. Foografia D Porrai Crysal Laser Engraving Sysem rya. W abeli przedsawiono specyfiacje urządzeń z wyróżnieniem dwóch modeli Hz i Hz [9]. Firma China Rui Feng Corporaion w swojej ofercie handlowej ma również urządzenia grawerujące z rodziny D Crysal Laser Inner Engraving Machine 5 i 5C rys. 5 [9]. W sład omplenego sysemu wchodzą: uład lasera Nd:YAG sysem pozycjonujący XYZ eleroniczny sysem serowania oraz oprogramowanie serujące. Urządzenie umożliwia grawerowanie wewnąrz przezroczysych maeriałów różnego rodzaju lier logoypów oraz rzeczywisych obrazów rójwymiarowych. Wszysie operacje sysemu są w pełni serowane przez ompuer lasy PC. Użyowni może zdefiniować najważniejsze paramery procesu obróbi j. rozmiar oraz zagęszczenie punów z jaich ma sładać się odwzorowanie czy eż pozycję jaą ma ono zajmować wewnąrz ryszału. Oprogramowanie serujące acepuje plii wejściowe w formaach: *.df *.bmp oraz dowolny forma grafii dwuwymiarowej. To samo oprogramowanie seruje również wszysimi sanami urządzenia. Zaawansowana onsrucja uładu lasera umożliwia odpowiedni dobór wielości pola grawerowanego przy sosunowo dużej prędości obróbi. Sysem laserowy sosowany jes przy przemysłowej producji wyrobów szlanych i ryszałowych szło buelowe powłoi szlane inesopy elewizyjne. Wszysie wymienione obiey mogą być znaowane np. odem idenyfiującym parię wywarzanego produu. a b Rys.5. Urządzenia D Crysal Laser Inner Engraver: a yp 5 b yp YAG-5C 9

12 . Przegląd urządzeń do formowania obieów punowych laserem impulsowym Poza ym urządzenie umożliwia obróbę różnorodnych deoracji szlanych produów promocyjno-relamowych ryszałów arysycznych oien bądź luser poddawanych procesowi znaowania i zaawansowanej deoracji serii produu. Wśród cech użyowych sysemu formowania wyróżnić można: wysoą powarzalność przy długim czasie nieprzerwanej pracy z dużą prędością grawerowania; funcję przewarzania grafii; elasyczne oprogramowanie pozwalające zamodelować różnorodne szały i formy grawerowanych odwzorowań. Sysem jes serowany przez ompuer lasy PIV ze specjalnym oprogramowaniem przeznaczonym do procesu grawerowania. Przesuwanie obieu szlanego jes w pełni zsynchronizowane z wiązą worzącą pojedynczy pun. Pun en powsaje wsue loalnego doprowadzenia maeriału do wysoiej emperaury. Odwzorowania można modelować za pomocą różnych rodzajów edyorów graficznych np. D SudioMAX Auocad Adobe Phooshop i wielu innych. Serownie ruchem charaeryzuje się wysoą precyzją przy znacznych prędościach obróbi. W abeli przedsawiono specyfiację urządzenia [9]. Paramer Tabela. Specyfiacja D Crysal Laser Inner Engraving Laser Hz Typ lasera Nd:Yag Długość wiązi laserowej 5nm Obszar obróbi 9mm lub mm Rozdzielczość obróbi dpi Prędość obróbi - punów/min Powarzalność ±µm Sysem pozycjonujący Servo D opare na napędach Panasonic Czas nieprzerwanej pracy sysemu > godzin/na dzień Liczba obróbczych głowic laserowych lub 8 Zasilacz emiera lasera W Sysem chłodzenia chłodzenie wodą Jeszcze innym przyładem sysemu grawerującego oparego na laserze impulsowym jes Inravolume Glass Laser Maring Sysem liewsiej firmy ESKMA Co rys. [85]. Na ompleny sysem sładają się: laser Nd:YAG sysem pozycjonujący XYZ eleroniczny sysem serowania oraz oprogramowanie serujące. Wszysie operacje sysemu są w pełni serowane przez ompuer lasy PC będący jego inegralną częścią z odpowiednim oprogramowaniem. Użyowni może wpływać na rozmiar obieu oraz liczbę punów z jaich się on słada oraz na pozycję jaą będzie zajmować odwzorowanie wewnąrz szła. Wysoa zdolność supiania ognisa wiązi obróbczej z odpowiednio dobraną mocą suuje powsaniem wyraźnych miropęnięć óre worzą sruurę formowanych obieów [9]. Sysem sosuje się do nanoszenia odów oraz serii produu oraz personalizacji różnego rodzaju przemysłowych szieł np. uwe alerzy szlanych. Wśród innych zasosowań wyróżnić można arysyczne ozdabianie

13 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle szyb luser worzenie elemenów promocyjno-relamowych. Główne paramery sysemu przedsawia abela [9]. Rys.. Inravolume Glass Laser Maring Sysem firmy ESKMA Co Tabela. Specyfiacja Inravolume Glass Laser Maring Sysem Paramer Obszar obróbi Rozmiar punów jaość znaowania Prędość obróbi Powarzalność Wejściowe formay odwzorowania Wymagania co do obieu obrabianego Zasilanie Zużycie wody Sysem chłodzenia Gabaryy sysemu WSD Typ lasera Nd:YAG 5nm 5mm mm opcjonalnie 5-7µm przy min. odległości pomiędzy nimi 5µm >punów/se ±7µm *.df *.bmp *.pc ma. rozmiar mm jedna powierzchnia musi być w pełni przezroczysa V/5Hz < l/min przy emperaurze 5 C chłodzenie wodą 55mm

14 . Najważniejsze problemy projeowania sysemów do formowania obieów w szle. Najważniejsze problemy projeowania sysemów do formowania obieów w szle Zacznę od najważniejszego wymagania producyjnego. Można je sformułować nasępująco: masymalna wydajność obróbi przy zachowaniu wysoiej jaości powierzchni obieu formowanego. Wydajność najprościej można zwięszyć przez podwyższenie częsoliwości roboczej lasera. Ale nie zawsze jes o możliwe. Przyładem powierdzającym powyższe swierdzenie była nowa generacja sysemów grawerujących ELS Engrave Laser Sysem produowana przez firmę białorusą Lois TII [88]. We wsępnych badaniach przeprowadzonych przeze mnie w Mińsu z inspiracji prof. S. E. Karpowicza oazało się że w sysemach z laserem 5- hercowym wyorzysywanych było 9 impulsów. Po podwyższeniu częsoliwości do herców sysem wyorzysywał ylo impulsy [57]. Wniose: prose podwyższanie częsoliwości lasera nie prowadzi do isonego wzrosu wydajności. Rozwiązania rzeba szuać w poprawie mechanizmu pozycjonowania wiązi. Ale u eż mogą wysąpić problemy. Przyładem może być wprowadzenie nowej generacji laserów impulsowych ypu Nd :YAG pracujących z częsoliwości roboczą Hz. Sysem pozycjonujący maeriał obrabiany orzymał więszy zares przemieszczeń oraz więsze warości masymalnych prędości i przyspieszeń. Znacząco jedna wzrosły gabaryy pozycjonera i całego sysemu formowania co doprowadziło do dużych sił bezwładności []. Wibracje i wzros poziomu hałasu powodowały przedwczesne zużycie omponenów sysemu oraz silnie pogorszyły jaość formowanego obieu. Powyższy przyład jasno poazuje że należy szuać innych dróg zwięszenia wydajności urządzenia niż prose podwyższanie częsoliwości i prędości przy zachowaniu isniejącej onsrucji uładu pozycjonującego. Pierwszą drogą może być opracowanie odpowiednich algorymów serowania radycyjnym pozycjonerem arezjańsim. Drugą przejście z pozycjonowania arezjańsiego na biegunowe. Oprócz podwyższenia częsoliwości lasera i poprawy charaerysy pozycjonera na jaość obróbi laserowej ego ypu wpływają: jaość szła poddawanego obróbce obecność wrąceń pęcherzy powierza nisa przezroczysość; zby duża lub zby mała energia wiązi lasera; odległość między sąsiadującymi punami óre worzą sruurę formowanego obieu;

15 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania rójwymiarowych obieów w szle zby duża warość przyspieszenia z jaim pracują napędy pozycjonera aparau ruchowego; błędy procedury sorowania punów na órych budowana jes rajeoria procesu obróbi. Jeżeli ażdy z ych warunów jes spełniony i dalej oazuje się że jaość obróbi jes niezadowalająca o nasuwa się wniose doyczący algorymów serowania. Sanowiso do obróbi laserowej jes uładem mecharonicznym. Ważne są nie ylo omponeny sprzęowe ale i oprogramowanie. Dla danej lasy obieów należy więc opracować jednoliy algorym ich dysreyzacji o znaczy zamiany rasrowego obrazu na obraz sworzony z punów wyonywanych przez laser rys. 7. Rys. 7. Przyład rójwymiarowego obieu uformowanego laserem wewnąrz szła Począowo badania nad podwyższeniem wydajności i jaości isniejących urządzeń laserowych miały doyczyć ylo sfery programowej algorymów serowania i algorymów dysreyzacji obieów. Dlaego sformułowana zosała nasępująca eza pracy: Isnieje algorym dysreyzacji óry pozwala uzysać oreśloną jaość grawerowanego obieu niezależnie od jego rodzaju dwuwymiarowy rójwymiarowy i isniejących urządzeń grawerujących. Jedna wraz z olejnymi eapami prowadzonych badań oazywało się że eza a ujmuje rozparywane zagadnienia zby wąso. Dlaego zdecydowałem się ją rozszerzyć do nasępującej posaci: Główna eza pracy Wydajność laserowego grawerowania punowego można zwięszyć przez mecharoniczne podejście do pozycjonowania narzędzia lasera i grawerowanego maeriału oraz przez zasąpienie pozycjonera arezjańsiego pozycjonerem biegunowym.

16 . Najważniejsze problemy projeowania sysemów do formowania obieów w szle Cele pracy ogólny i szczegółowe Ogólnym celem pracy jes opracowanie i uzasadnienie eoreycznych podsaw zwięszenia wydajności isniejących urządzeń laserowych do formowania obieów rójwymiarowych w szle. Cele szczegółowe są nasępujące: Zbudowanie mecharonicznego modelu sysemu grawerującego. Zbudowanie wielobryłowego modelu pozycjonera. Analiza aparau ruchowego pozycjonera. Opracowanie oncepcji urządzenia z arezjańsim aparaem ruchowym oparym na napędach bezpośrednich. Opracowanie oncepcji biegunowego aparau ruchowego. Opracowanie algorymów programowania przemieszczeń dla olejnych punów obróbi przy wyorzysaniu splajnów.

17 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle. Mecharoniczny model sysemu do laserowej obróbi szła W rozdziale ym przedsawiony zosanie ogólny model mecharonicznego sysemu działaniowego. Na jego podsawie zbudowany zosanie model sruury laserowego urządzenia do grawerowania obieów oraz scharaeryzowane zosaną jego omponeny. Oreślona zosanie również rola pozycjonowania w sysemie i przyjęa hierarchia opisu zagadnienia pozycjonowania w laserowym urządzeniu formującym obiey w szle.. Ogólny model mecharonicznego sysemu działaniowego Model mecharonicznego sysemu działaniowego zaproponował GAWRYSIAK []. Oparł się na sysemowej eorii echnii ROPOHLa [9]. Sruura zgrubna mecharonicznego sysemu działaniowego obejmuje rzy podsysemy rys. 8. Rys. 8. Zgrubna sruura mecharonicznego sysemu działaniowego Pierwszym jes mechaniczny sysem wyonawczy óry przewarza maeriał i energię czyli wyonuje pracę w wąsim sensie. Drugim jes eleroniczny sysem informacyjny. Tu przebiegają funcje działaniowe óre informację przyjmują przewarzają i wydają dalej oraz omuniują się z innymi sysemami działaniowymi. Trzecim jes sysem oreślania celów óry wewnąrz sysemu 5

18 . Mecharoniczny model sysemu do laserowej obróbi szła wywarza cele jao masymy działania. Na schemacie ym srzałi oznaczają że cele nie zawsze sawia się dowolnie; zależą one również od informacji jaie sysem działaniowy uzysał o zewnęrznych warunach ooczenia i o własnych możliwościach działania. Teraz można sprecyzować funcję informacyjną i funcję wyonawczą i ponownie posulować insancje cząsowe óre odpowiadać będą analizowanym funcjom cząsowym. W en sposób powsaje coś w rodzaju eoreycznej hierarchii mecharonicznego sysemu działaniowego; sysemy cząsowe rys. 8 [] można wedy raować jao podsysemy a sysemy cząsowe ych podsysemów rys. 9 jao pod-podsysemy []. Rozład funcjonalny sysemu informacyjnego odpowiada podejściu cyberneycznemu. Za pobieranie informacji z ooczenia i z mechanicznego sysemu wyonawczego odpowiada sysem sensoryczny zwany czasami po prosu sensoryą. Rys. 9. Doładna sruura mecharonicznego sysemu działaniowego

19 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Przeazuje on informację do sysemu miroprocesorowego przewarzania informacji óry ocenia i ransformuje informację orzymywaną oraz opracowuje informację nową. Ponieważ porównuje on również isniejący san ooczenia i ondycję sysemu z posawionymi celami i wyprowadza z ego nowe polecenia dla sysemu wyonawczego spełnia więc funcję regulaora []. Sysem miroprocesorowego przewarzania informacji przejściowo współpracuje z sysemem zapamięywania informacji. Ten osani przechowuje informację wcześniej orzymaną jao doświadczenie i przygoowuje ją przez procedury celowe lub sojarzeniowe; sysem en zapamięuje również zdefiniowane cele. Ponieważ wszysie e informacje są przynajmniej częściowo powiązane w uporządowane wzorce można mówić o modelu wewnęrznym óry w przybliżeniu odwzorowuje ooczenie sysemu i jego san. Jeżeli sysem przewarzania informacji ma wiele możliwości działaniowych o mogą być one i ich ażdorazowe sui najpierw odegrane w modelu wewnęrznym. O ile sysem sensoryczny pracuje seleywnie o yle model wewnęrzny wpływa również na wybór sposrzeganych informacji. Oprócz ego sysem informacyjny ma podsysemy wejścia i wyjścia służące sysemowi celów człowieowi do wprowadzania i wydawania informacji. Jes o a zwany inerfejs człowie-maszyna órego najbardziej rozpowszechnioną posacią jes dziś lawiaura wejście i eran wyjście. Podobnie ja sysem informacyjny również sysem wyonawczy ma podsysemy peryferyjne ja wejście masy wejście energii oraz wyjście masy i wyjście energii. Nie one są jedna najważniejsze i dlaego nie umieściliśmy ich na rysunu. Isoę mechanicznego sysemu wyonawczego worzą czery podsysemy: roboczy ruchowy podpierania i prowadzenia oraz aoryczny. Sysem roboczy częso nazywany parą roboczą wyonuje bezpośrednią przemianę energii lub maeriałową zmianę przedmioów pracy. Pożądane do ego ruchy i siły orzymuje od sysemu ruchowego aparau ruchowego óry e ruchy wywarza przez przewarzanie energii. Apara ruchowy o radycyjne ułady inemayczne maszyn lub sruury mechaniczne budowli budynów urządzeń insalacji wszeliego rodzaju; innymi słowy powiązane ze sobą człony inemayczne z ciała sałego ułady wielociałowe []. Jeżeli sysem roboczy i/lub sysem ruchowy zachowują się w niepożądany sposób o czym sysemowi informacyjnemu donosi sensorya o zachowania e są orygowane przez sysem aoryczny działający bezpośrednio na apara ruchowy a przez o na parę roboczą. Z eleronicznego sysemu informacyjnego aorya orzymuje rozazy serownicze mówiące o ym ja ma zaingerować nasawić siłowo bądź ruchowo w sysem roboczy. Do ego porzebna jes jej energia pomocnicza óra zwyle pochodzi z ego samego źródła co energia podsawowa. Energia pomocnicza porzebna jes również sysemowi informacyjnemu; jes ona jedna ilościowo znioma w porównaniu do energii pomocniczej w aoryce. 7

20 . Mecharoniczny model sysemu do laserowej obróbi szła Wreszcie sysem podpierania i prowadzenia zapewnia wszysim rzem powyższym sysemom niezbędne wzajemne ułożenie przesrzenne podparcie prowadzenie i zamocowanie oraz przenosi reacje do ooczenia.. Komponeny mecharonicznego modelu do obróbi szła Aby przedsawić najważniejsze aspey związane z mecharonicznym ujęciem urządzenia do laserowego grawerowania obieów rójwymiarowych w szle opracowałem model sruury mecharonicznej aiego urządzenia rys.. Rys.. Sruura mecharonicznego laserowego urządzenia do grawerowania obieów wewnąrz szła 8

21 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Model en opiera się na modelu mecharonicznego sysemu działaniowego przedsawionym w rozdziale.. Uazuje on połączenia pomiędzy omponenami sysemu i daje jednocześnie możliwość prześledzenia relacji między nimi. Po odrzuceniu ludziego podsysemu oreślania celów w prosy sposób daje się on rozparywać jao mecharoniczny sysem rzeczowy. Zaproponowany przeze mnie model sanowić będzie ręgosłup niniejszej rozprawy. Uworzy on inerdyscyplinarną płaszczyznę na órej można znaleźć wspólny cel do działania specjalisów z różnych dziedzin aby można było budować opymalizować omponeny sładowe sysemu mecharonicznego [58 59]. Dzięi niemu ażdy z elemenów sładowych modelu będzie mógł być oddzielnie rozparywany i modyfiowany w zależności od bieżących porzeb. W eleronicznym sysemie informacyjnym rozparuję ompuer PC obsługujący urządzenie z oprogramowaniem Sculpor serującym laserową obróbą szła. Oprogramowanie orzymuje informacje dane z dwóch źródeł: z onrolera serującego pozycjonerem aparau ruchowego i z onrolera sysemu laserowego oraz danych wprowadzonych przez operaora sysemu formowania obieów przewarza informacje do posaci odpowiednich sygnałów serujących i informacyjnych. Są nimi dane wyjściowe dla operaora oraz dane niezbędne do wyworzenia sygnałów serujących onrolerami urządzenia. Oprogramowanie zawiera się w dwóch bloach: algorymów serowania napędami oraz algorymów dysreyzacji obieów. Informacje o charaerze procesu i jego paramerach uzysiwane są z procesora przewarzającego informację. Na ich podsawie opracowywane są odpowiednie działania doyczące sfery wsępnego przewarzania informacji o formowanym obiecie oraz wypracowanej rajeorii obróbi przy oreślonych ryeriach. Rozwinięciem bloów algorymów serowania napędami są zasosowane do budowy oprogramowania algorymy definiujące profile prędości i przyspieszenia pozycjonera. Wyróżnić u można przede wszysim nasępujące profile: rójąny rapezoidalny opary na rzywej wielomianowej rzeciego sopnia splajn. Rozwinięciem blou algorymów dysreyzacji obieów są rzy sosowane w oprogramowaniu Sculpor meody dysreyzacji: dzielenia obieu na secje wypełniania rójąów przez puny oraz wiąze równoległych. Blo onrolera sysemu pozycjonującego rozparywany może być jao omponen będący w posaci ary onrolera władanej bezpośrednio w złącze ISA ompuera PC lub oddzielnej ary podłączonej do ompuera przez złącze RS. Konroler uzysuje informacje o sanie aparau ruchowego pozycjonera z uładu sensorycznego. Na ich podsawie przewarzana jes informacja orzymana przez miroprocesor i worzone są nowe dane i rozazy do serowania silniami pozycjonera. Uwzględniane są przy ym również ryeria doyczące generowania rajeorii obróbi na zdysreyzowanym obiecie. Sensory pozycjonera oraz sensor zliczający powsałe defey puny sruury obieu rozmieszczone są wewnąrz orpusu sanowisa. Pierwszy 9

22 . Mecharoniczny model sysemu do laserowej obróbi szła powiązany jes z onrolerem sysemu pozycjonującego. Informuje o bieżącej pozycji jaą osiągnął apara ruchowy pozycjonera. Drugi zaś powiązany jes z onrolerem sysemu laserowego. Jego zadaniem jes wygenerowanie informacji o posępie procesu do onrolera serującego uładem lasera obróbczego. W mechanicznym sysemie wyonawczym wyróżnić można dwa aory: impulsowy laser obróbczy oraz silnii pozycjonera będące częścią aparau ruchowego XYZ. W rozparywanym modelu w zależności od ypu laserowego urządzenia grawerującego modyfiacji podlegałyby bloi silniów pozycjonera oraz powiązanego z nimi aparau ruchowego. Zaprezenowany model rys. właściwy jes dla przypadu urządzenia z nieruchomym emierem laserowym a ruchomym sołem obróbczym. Jeżeli model by doyczył przypadu: maeriał zamocowany na nieruchomym sole roboczym a ruchoma głowica laserowa o wedy dodaowo w omponenach mechanicznego sysemu wyonawczego rzeba byłoby uwzględnić pewne zmiany. Doyczyłby one uwzględnienia dodaowych silniów pozycjonujących poza ognisiem wiązi silnii od uładu zwierciadeł odbijających wiązę również samą głowicę obróbczą w osiach globalnego uładu XYZ. Apara ruchowy pozycjonera i laser obróbczy wraz ze szlanym elemenem poddawanym grawerowaniu worzą parę roboczą [57]. W uładzie ym zaznaczono przepływ masy na órą oddziałuje energia dosarczona z aparau ruchowego energia przemieszczenia ja i energia powsała na wsue oddziaływania supionej wiązi laserowej. Dla czyelności modelu zaniedbano wydzielanie do ooczenia energii powsałej przy procesie laserowego formowania. Sysemem podpierania i prowadzenia w przypadu laserowego sysemu formującego jes orpus urządzenia w órym rozmieszczone są wymienione wcześniej omponeny dzięi czemu można uzysać auonomiczną zwarą onsrucję.. Rola pozycjonowania w sysemie Opis sysemowy laserowego urządzenia grawerującego szło pozwala mi przyjąć że pozycjonowanie wiązi obróbczej i obieu obrabianego powsaje w wyniu swego rodzaju sprzężeń relacji. Zachodzą one pomiędzy: informacjami danymi uzysiwanymi z procesu obróbi a wprowadzonymi przez operaora sysemu formowania energią dosarczoną do sysemu do omponenów sprzęowych a wyworzoną przez e omponeny energia przemieszczenia pozycjonera energia wiązi obróbczej maeriałem szlany obie obrabiany óry zmienia swoją posać pod wpływem działania wiązi obróbczej. Jeżeli e waruni nie są dosaecznie spełnione o obróba nie zachodzi lub jes niepełna.

23 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Jaość formowanego w szle odwzorowania a ym samym jaość produu finalnego zależy przede wszysim od ego jaie będzie pozycjonowanie. Ta cecha znacząco przyczynia się do rynowej onurencyjności wywarzanego produu. Wśród wielu czynniów wpływających na jaość pozycjonowania można wymienić jego płynność szybość doładność. Wsue niepłynnego pozycjonowania zn. przejścia od jednego punu do olejno formowanego z różnymi i ze znacznymi warościami prędości i przyspieszeń uładu pozycjonującego powsaną znaczne siły bezwładności. Wpływa o na zużycie omponenów mecharonicznego urządzenia grawerującego ja i na jaość formowanej powierzchni obieu. Z punu widzenia możliwości obróbczych urządzenia isone saje się masymalne wyorzysanie charaerysy roboczych omponenów sładowych. Dlaego pozycjonowanie powinno być dosaecznie szybie. W przypadu rozparywanym w pracy jes o uworzenie masymalnej liczby punów sruury w założonym oresie sałym acie lasera 5Hz Hz lub więcej. Gdy pozycjonowanie nie będzie wysarczająco doładne olejno formowane puny sruury będą naładać się na siebie lub eż znajdować się w różnych odległościach od siebie. Wsue ego albo zosanie zniszczona sruura obieu przez powsanie pęnięcia odbiegającego znacznie rozmiarem i formą od pozosałych punów sruury albo zaburzona zosanie forma worzonego w szle odwzorowania. Moim podsawowym celem jes zwięszenie wydajności obróbi. Sąd onieczne saje się szersze spojrzenie na procesy i omponeny związane z mechanicznym sysemem wyonawczym ja i eż z eleronicznym sysemem informacyjnym oraz sprzężenia zachodzące pomiędzy nimi. Opisując pozycjonowanie w sysemie laserowym przyjąłem nasępujące założenie: szło obie obrabiany i laser narzędzie obróbcze ineresują mnie ylo na yle na ile jes o porzebne do pozycjonowania oraz samej obróbi procesu pęania. Nadrzędnym pojęciem jes pozycjonowanie realizowane przez apara ruchowy pozycjonera oraz algorymy pozwalające na podniesienie wydajności procesu formowania. W związu z a przyjęym założeniem sworzyłem hierarchię óra zachowana jes w dalszej części mojej pracy:. Pozycjonowanie nadrzędne pojęcie związane z wiązą obróbczą i maeriałem obrabianym.. Formowanie punów sruury obieu powsawanie miropęnięć.. Szło obie obrabiany.. Laser narzędzie obróbcze.

24 5. Komponen mechaniczny sysem wyonawczy 5. Komponen mechaniczny sysem wyonawczy W rozdziale ym chcę scharaeryzować omponeny należące do mechanicznego sysemu wyonawczego. Wychodząc z modelu z rozdziału. zdefiniuję apara ruchowego oraz podsawowe właściwości pozycjonera. Omówię właściwości mechaniczne cieplne i opyczne szła jao obieu poddawanego laserowemu grawerowaniu óry wraz z wiązą lasera worzy parę roboczą. Oreślę również fizyę podsaw procesu powsawania punowego elemenu sruury formowanego w szle odwzorowania. Poza ym przedsawię podsawowe pojęcia związane z fizyą laserów w nawiązaniu do aora obróbczego. Na ej podsawie scharaeryzuję przyładowy uład lasera. 5. Apara ruchowy pozycjoner Isonym omponenem mechanicznego sysemu wyonawczego jes apara ruchowy pozycjonera. Dzięi energeycznemu oddziaływaniu na podsysem związany z maeriałem obrabianym umożliwia on ierowanie energii powsałej od laserowej wiązi obróbczej w dowolny pun przesrzeni formowanego obieu. Aby o energeyczne oddziaływanie aparau ruchowego zrealizować onieczne jes dosarczenie dodaowej energii do uładu. Energię ę doprowadzają napędy silnii pozycjonera. W zależności od zasosowanego ypu uładu pozycjonera oraz oniecznych mocy napędów prayczne realizacje pozycjonera mogą mieć różną posać. Zawsze jedna w rzeczywisej onsrucji są one powiązane z sysemem sensorycznym oraz odpowiednimi onrolerami serowniami sysemu pozycjonującego. Komponenem wiążącym wymienione podsysemy jes nadrzędne oprogramowanie serujące generujące rajeorię w zależności od specyfiacji zadania. Pozycjoner aby mógł podołać posawionym zadaniom przez operaora sysemu formowania musi przemieszczać się być serowany według założonych schemaów. W przypadu laserowego grawerowania podsawowym zadaniem pozycjonera jes aie przemieszczanie laserowej wiązi obróbczej w przesrzeni obieu obrabianego aby oddana zosała możliwie najdoładniej forma przesrzenna zamodelowanego odwzorowania.

25 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Isonym zagadnieniem przy projeowaniu czy eż doborze pozycjonera do onrenego zadania jes spełnienie wymagania doyczącego możliwości realizacji zadanych rajeorii o wysarczającej gładości przebiegu. Nieprawidłowo zaprojeowany apara ruchowy na sue gwałownego pobudzania zespołów napędowych może wnosić powsawanie drgań rezonansowych w całym łańcuchu inemaycznym. To bezpośrednio przełada się na jaość formowanego odwzorowania. W więszości przypadów obróbi w czasie órej zachodzi ona narzędzia efeora z elemenami ooczenia należy uwzględnić wysępowanie sił dodaowych órymi narzędzie efeor działa na o ooczenie. W najprosszym przypadu można o zdefiniować w ai sposób że wzdłuż jednego ierunu serowanie może mieć charaer siłowy naomias w pozosałych dwóch ierunach może mieć charaer pozycyjny. Wedy do serowania aim pozycjonerem można wyorzysywać lasyczne meody serowania pozycyjnosiłowego. Ponieważ obróba laserem nie niesie za sobą sił związanych z onaem do serowania pozycjonerem można użyć lasycznych meod serowania pozycyjnego. W dalszej części pracy przeanalizowane zosaną sruury ypowego aparau ruchowego sosowanego w urządzeniach do laserowego grawerowania szła oraz przedsawione zosaną meody serowania pozycyjnego z wyorzysaniem wielomianów rzeciego sopnia. 5. Formowanie punów sruury osobliwości powsawania miropęnięć W laserowej obróbce maeriałów wyróżniamy dwa podsawowe przypadi: laserowe cięcie maeriałów oraz meodę loalnego ermopęnięcia sruury pęnięcia na wsue procesów cieplnych. Proces cięcia laserowego realizuje się poprzez całowie przecięcie maeriału lub orzymanie na jego powierzchni ścieże worzących sruurę dealu. Uworzenie loalnego ermopęnięcia sruury jes procesem mniej energeycznym. Wyorzysuje się je przy rozdzielaniu maeriałów ruchych przez wyorzysanie ermonaprężeń órych warość przeroczyła przedział wyrzymałości maeriału w obszarze naświelonym przez wiązę laserową. Szerszy opis zachodzących zjawis znaleźć można m.in. w nasępujących pozycjach lieraurowych [9 ]. Na ich podsawie opracowana zosała dalsza cześć podrozdziału. Proces cięcia laserowego opiera się na aich mechanizmach ja: wyparowanie orzymanie sanu płynnego z ubywaniem maeriału z obszaru obrabianego reacjach chemicznych spalanie ermodesrucja. Inne mechanizmy leżą u podsaw procesu ermopęania. Termopęanie realizuje się za pomocą laserów o działaniu ciągłym ja i impulsowym. Mówiąc o laserowym rozdzieleniu maeriałów ruchych w warunach ich ermopęania należy rozumieć proces obejmujący nagrzanie punowe wiązą laserową maeriału i uzysanie w związ-

26 5. Komponen mechaniczny sysem wyonawczy u z ym znacznych warości naprężeń powsałych wraz z wysoim gradienem emperaury. Po przeroczeniu warości naprężenia loalnego orzymuje się pęnięcie punowe. Koniecznym waruniem pojawienia się pęnięcia punowego w maeriale jes nagrzanie do emperaury przewyższającej przedział wyrzymałości cieplnej jedna nie dochodzącej do emperaury opnienia T C. W przypadu ermopęania laserowego przedział wyrzymałości cieplnej wyrazić można nasępująco: σ ν T * E gdzie: σ przedział wyrzymałości maeriału na rozerwanie; α T współczynni liniowego rozszerzenia emperaurowego; * E moduł Younga; ν współczynni Poissona. Przy loalnym emperaurowym oddziaływaniu na szło jego wyrzymałość cieplna przy ochładzaniu zwięsza się do 5 raza po zrównaniu z wyniiem orzymanym ze wzoru a przy loalnym nagrzaniu mającym miejsce przy ermopęnięciu do razy. Dlaego eż aby orzymać wiarygodny wyni oreślający przedział wyrzymałości cieplnej szła należy prawą cześć równania pomnożyć przez liczbę. Termopęnięcie charaerysyczne jes dla ruchych maeriałów aich ja ceramia szło ip. Z powodu małej przewodności cieplnej ruchych maeriałów obszar zniszczenia maeriału ruchego w órym zachodzą znaczące ermonaprężenia jes bardzo mały. Dla zagwaranowania powsania defeu ważne jes aby obrabiany loalnie obszar doprowadzić do emperaury przegrzania z dosaecznie dużą prędością. Prędość rozchodzenia się naprężeń w głąb maeriału zależy od prędości wymiany ciepła od przewodności ciepła. Małe warości przewodności cieplnej ruchych maeriałów warunują niewielie prędości rozprzesrzeniania się naprężeń cieplnych w porównaniu z możliwymi prędościami przemieszczeń wiązi laserowej w danej płaszczyźnie. Prowadzi o do opóźnienia powsania defeu w sosunu do rajeorii przemieszczeń samej wiązi. W przypadu powsania defeów ermopęnięć w sruurze szła wyróżnia się dwa procesy. Pierwszy począowe sadium charaeryzuje się zniomo małą prędością rozchodzenia się pęnięcia o m/s. Drugi szybie sadium prędość rozchodzenia się pęnięcia w szle jes sała i dochodzi do warości 5-% prędości rozchodzenia się poprzecznych sprężysych fal dla szła prędość a równa jes * m/s. Przy ermopęaniu laserowym najwięszą rolę odgrywają prędości pęnięć powsające w sadium drugim. Dlaego ważne jes aby przyłożyć do maeriału aie porcje energii cieplnej óre znacznie przewyższają energię formowania się nowej powierzchni przy oniecznym poziomie prędości ujawnienia α T

27 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle pęnięcia dla szła prędość niszczenia jes rzędu - m/s; odpowiada energii ujawnienia nowej powierzchni więszej od 8- J/m. Dla dosaecznie szybiego zniszczenia maeriału onieczne jes zapewnienie masymalnej warości naprężeń. Czym e naprężenia będą więsze od sałego ermicznie przedziału ym więsze będzie prawdopodobieńswo orzymania defeu. Gradieny emperaur worzące się w ruchym maeriale pod wpływem wiązi laserowej powinny być masymalnie duże. Gradien emperaurowy charaeryzuje się dwoma współczynniami: masymalną emperaurą nagrzania i minimalnym zaresem nagrzewanego maeriału. Paramery e zależą od oncenracji energii i prędości z jaą przemieszczana jes wiąza laserowa w zależności od właściwości obrabianego maeriału. Porzeba zapewnienia masymalnego gradienu emperaury w szle nałada oreślone ograniczenia na wymienione współczynnii. Obszar nagrzewanego maeriału powinien być minimalny proces nagrzania powinien odbywać się z dosaecznie dużą prędością a masymalna emperaura nagrzania szła nie powinna przewyższać emperaury płynięcia przy órej naprężenia w szle szybo zmniejszają swoją warość. Dlaego najbardziej dogodne jes aby proces ermopęania szła przebiegał z masymalną emperaurą płynięcia maeriału odniesioną do przedziału właściwości ermicznych. Na rys. przedsawiłem formy powsałego defeu w sruurze szła [5]. Foografie punowych elemenów sruury formowanego obieu wyonałem z wyorzysaniem mirosopu prześwieleniowego NU firmy CarlZeiss Jena oraz aparau Nion Digial Camera CoolPIX 95 przy powięszeniu 5. Rys.. Foografie formy punowych defeów worzących sruurę formowanego obieu Czym więsza warość opóźnienia począu pęnięcia w odniesieniu do położenia przemieszczającej się wiązi po powierzchni szła ym mniejsze jes prawdopodobieńswo powsania go za wiązą w szczególności gdy szło posiada w swojej sruurze niejednorodności i defey. Zewnęrzne mechaniczne oddziaływania mogą wpłynąć na odsępswo w órąś sronę od rajeorii przemieszczenia wiązi laserowej. Dlaego eż wielość odsępswa pęnięcia należy zadawać równaniami opisującymi zadaną rajeorię i doładność podziału. 5

28 5. Komponen mechaniczny sysem wyonawczy Aby echnologię ermopęnięcia można było realizować w prayce niezbędne jes zapewnienie masymalnego ermonaprężenia w szle po orze obróbczym lasera. Można o zrealizować wiązą szybo nagrzewającą do masymalnej emperaury. Termonaprężenia wzrasają wraz ze zwięszeniem emperaury do chwili iedy nie zosanie osiągnięa emperaura opnienia. Przy bardzo wysoiej emperaurze szło rozmięa i zmniejszają się warości naprężeń. Czyli dla najbardziej efeywnego laserowego ermorozszczepiania masymalna emperaura szła winna równać się emperaurze opnienia. Uzupełnienie przedsawionego opisu sanowić mogą publiacje [ 9]. Proces formowania punu sruury obieu charaeryzuje się pewnymi osobliwościami echnologicznymi [9]. Może zdarzyć się że powsające pęnięcie będzie wyprzedzać wiązę formującą albo przesuwać się w bo od przemieszczającej się wiązi jeżeli płaszczyzna rozdzielająca znajduje się nie po środu. Prowadzi o do nieonrolowanej zmiany sruury obrabianego maeriału. Kiedy odległość odchyłi pęnięcia równa jes olejnej wielości grubości rozdzielającego maeriału zrealizowany jes warune ermopęnięcia jaościowego [9]. Pęnięcie powsaje na ścięciach posiadających dużą ilość różnych defeów miropęnięć odprysów zadrapań. W aim przypadu rudno jes zagwaranować że na sąsiadujących liniach rozdzielenia nie pojawią się gruboziarnise defey mogące przeszadzać przy realizacji pęnięcia od srony płaszczyzny olejnego worzonego przez wiązę laserową punu. Na nieórych odległościach od brzegu formowanej płaszczyzny ierunowość pęnięcia przeszadza przemieszczającej się wiązce laserowej. Pęnięcie w ym przypadu zosaje srzywione. W celu usunięcia aiego srzywienia uwzględnia się nasępujące paramery: zmianę sopnia supienia wiązi z przejściem na srawanie na głównym odcinu wcześniejsze naniesienie zadrapań leie obłupywanie brzegów syczność czynnia chłodzącego. Można zmniejszyć prędość przemieszczenia wiązi laserowej na głównym odcinu zwięszając ym samym sopień oddziaływania jej na szło. Prowadzi o do bardzo doładnego rozdzielenia. Osobliwie rudno uworzyć pęnięcie na wsue procesów cieplnych na sraju szła. Na sończonym odcinu linii rozdzielenia ermopęnięcie odciąża się. Częso uaj pęnięcie wyprzedza wiązę laserową co prowadzi do zaracenia onroli nad realizowanym procesem. Dla usunięcia przyczyny srzywienia linii ermopenięcia można zwięszyć prędość przemieszczania wiązi laserowej na sończonym odcinu rozdzielenia albo eż należy zmniejszyć jej moc. Pozwala o wyeliminować wyprzedzenia i zapewnić onrolę nad rozprzesrzeniającymi się ermopęnięciami na całej linii rozdzielenia. Wraz z pojawieniem się szczeliny w wyniu ermopęnięcia zachodzi rozchodzenie się rozdzielonych rawędzi. W maeriał wniają oddziaływania mechaniczne powodujące jego dalsze rozłamywanie. Dla serowanego procesu ermopęania po zadanym onurze pojawiające się oddziaływania powinny rozładać się symerycznie w sosunu do płaszczyzny rozdzielenia. Symeria aa jes zachowana auomaycznie jeżeli rozdzielenie realizuje się po środu próbi.

29 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Symeria sił zosaje naruszona jeżeli od próbi oddziela się wąsi płasi maeriał. W przypadu ym ermopęnięcie w sruurze szła przyjmuje położenie nachylone w sosunu do ierunu działania wiązi laserowej. Dosyć częso pojawia się również srzywienie pęnięcia w sronę oddzielającej wąsiej płaszczyzny z odłamywaniem jej części. W ym wypadu ermopęanie jaościowe saje się łopoliwe. Dużą rolę przy procesie formowania punu sruury odgrywa sama forma wiązi laserowej. Dla zapewnienia jaości procesu ermopęania ważne jes aby ślad zosawiany na obrabianej powierzchni maeriału przez wiązę laserową posiadał formę elipsy wyciągnięej w ierunu rozdzielenia. Wobec ego ważnym paramerem jes średnica wiązi laserowej óra powinna być w przybliżeniu równa grubości ściani szła. Waro również zaznaczyć że proces laserowego ermopęania efeywnie jes realizowany w przypadu iedy w szle pojawiają się wysarczające warości naprężeń cieplnych. W przeciwnym wypadu rozdzielenie sruury szła za pomocą promieniowania laserowego saje się urudnione. Przy naładaniu się isniejących wysoich warości naprężeń w szle procesów ych realizować się nie udaje. 5. Ogólna charaerysya maeriału obrabianego szła Szłem nazywamy subsancję bezposaciową w sanie sałym z jej podsawową formą zw. sanem szlisym. Subsancją znajdującą się w sanie szlisym jes o ciało sałe jednorodne ruche w mniejszym lub więszym sopniu przezroczyse. San szlisy zajmuje jaby pośrednie miejsce między sanem rysalicznym a ciełym. Sprężysość posaci upodabnia szło do ciał sałych rysalicznych a bra symerii w sruurze i wyniająca sąd izoropowość swarza podobieńswo do cieczy []. Wszysie subsancje w sanie szlisym charaeryzują się iloma wspólnymi cechami a mianowicie []: przy ogrzewaniu nie opią się a ja ryszały lecz sopniowo mięną przechodząc ze sanu ruchego w san ciągliwy o dużej lepości i w ońcu w san cieły przy czym nie ylo lepość ale i inne właściwości fizyochemiczne zmieniają się w sposób ciągły bezsoowy; są izoropowe j. ich własności są jednaowe we wszysich ierunach; opią się i rzepną w sposób nieodwracalny a więc wyrzymują wielorone rozgrzewanie do sanu sopienia a po ochłodzeniu w jednaowych warunach ponownie osiągają począowe właściwości jeżeli nie nasąpi rysalizacja lub liwidacja. Ponieważ subsancje w sanie szlisym orzymuje się w drodze przechodzenia sopów o są one uładami measabilnymi. Zapas energii wewnęrznej subsancji szlisej jes więszy od zapasu energii wewnęrznej odpowiedniej sub- 7

30 5. Komponen mechaniczny sysem wyonawczy sancji rysalicznej. Dlaego w sprzyjających warunach emperaurowych subsancje szlise wyazują endencję do rysalizacji. Proces rysalizacji szieł w emperaurze poniżej emperaury liwidusu jes procesem egzoermicznym i przebiega samowolnie. Do głównych właściwości mechanicznych charaeryzujących szła można zaliczyć: gęsość wyrzymałość na: zginanie rozrywanie uderzenie i ścisanie; wardość ruchość sprężysość. Wśród wymienionych isonym paramerem óry należy uwzględnić przy obróbce jes ruchość szła. Oreśla ona właściwość lub san maeriału w órym odszałcenie niszczące nieznacznie ylo przewyższa odszałcenia sprężyse i w órym odszałcenia plasyczne rwałe są nieznaczne w porównaniu z odszałceniami sprężysymi a same odszałcenia sprężyse są również niezby duże. Kruchość jes sanem zależnym od emperaury szybości narasania obciążenia i rodzaju odszałceń sanu powierzchni zmęczenia maeriału wsue wieloroności obciążeń niejednorodności naprężeń wewnęrznych i sładu chemicznego szła. Do głównych właściwości cieplnych charaeryzujących szła można zaliczyć: ciepło właściwe przewodność cieplną rozszerzalność cieplną odporność ermiczną. Wśród wymienionych właściwości isonymi do uwzględnienia przy laserowej obróbce paramerami są: ciepło właściwe współczynni przewodności cieplnej oraz odporność ermiczna. Warość ciepła właściwego szieł zwięsza się wraz ze wzrosem emperaury. Szczególnie szybo zwięsza się ona w zaresie anormalnym. W sanie supionym ciełym warość ciepła właściwego dalej wzrasa ale z mniejszą szybością. Warość przedsawionych paramerów zależy w głównej mierze od sładu chemicznego szła. Tleni SiO AlO BO MgO LiO podwyższają ciepło właściwe naomias szła zawierające duże ilości PbO i BaO mają nisie ciepło właściwe i dla różnych szieł ma ono warość od do J/gK przy czym niższe warości obserwuje się dla szieł o więszej szywności szieleu []. Współczynni przewodności cieplnej oreśla ilość ciepła óra przenia w ciągu seundy przez m powierzchni przedmiou szlanego o grubości m przy różnicy emperaury ściane przedmiou wynoszącej K w granicach od 8 do 5 W/mK. Wielie znaczenia dla przepływu ciepła ma sopień przezroczysości szła zwłaszcza w wyższej emperaurze. Dla przemysłowych warunów formowania i użyowania szła przewodność cieplna ma znaczenie zasadnicze. Mała przewodność cieplna szła przejawia się głównie w małej odporności na zmiany emperaury i w zdolności szła do harowania się. Przewodność cieplna wywiera wpływ na echnologiczną przydaność szła nie ylo w zaresie emperaur formowania; ma ona również decydujące znaczenie dla szybości odprężania szła. Mała przewodność cieplna jes jedną z ważniejszych przyczyn powsawania naprężeń w szle przy formowaniu. Na przewodność cieplną silniejszy wpływ ma sruura niż sład chemiczny szła. Można jedna ogólnie swierdzić że zwięszenie liczby wiązań o dużej energii więsza szywność szieleu powoduje zwięszenie przewodności cieplnej. Wzros zawarości SiO 8

31 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle zasępowanie CaO przez BaO NaO przez KO poprawia przewodność cieplną [8]. Odporność ermiczną szła oreśla się przez pomiar najwięszej różnicy emperaury jaą mogą wyrzymać - nie pęając. W odróżnieniu od innych właściwości cieplnych odporność ermiczna szła jes cechą szła zależną od inensywności przeazywania ciepła na powierzchni szła jaości ej powierzchni oraz wymiarów geomerycznych. Dlaego eż rozróżnia się odporność ermiczną szła jao worzywa oreślaną na znormalizowanych próbach oraz odporność ermiczną wyrobu szlanego oreślaną na goowych wyrobach. Odporność ermiczna szła jes sompliowanym zespołem podsawowych właściwości szła z órych najważniejszymi są [8]: współczynni rozszerzalności; san powierzchni; wyrzymałość na rozciąganie w warswach powierzchniowych. Odporność ermiczna zależy od sładu chemicznego szła w sposób oreślony wpływem sładu na współczynni rozszerzalności cieplnej i na właściwości mechaniczne szła. Szło wyrzymuje ooło 8 razy więsze zmiany emperaury przy nagłych nie supionych ogrzaniach niż przy nagłych oziębieniach. Wyłumaczenie ego zjawisa opiera się na facie znacznie więszej wyrzymałości szła na ścisanie niż na rozciąganie; uwzględniając małą przewodność cieplną szła ławo sobie uprzyomnić że przy nagłym ogrzewaniu zimnego szła warswy zewnęrzne są ścisane podczas gdy przy nagłym sudzeniu gorącego szła warswy powierzchniowe są rozciągane a wnęrze szła podlega wedy ścisaniu. Jeżeli cyliczne wahania emperaur nie są wielie o ich wpływ można pominąć jednaże dla dużej wielości wpływ en gwałownie rośnie z częsością wahań emperaury. Przy ogólnej charaerysyce szieł należy również poruszyć ema ich właściwości opycznych. Do podsawowych cech opycznych szła należą: współczynni załamania świała absoluny względny dyspersja całowia i cząsowa oraz współczynni dyspersji. Przy oddziaływaniu promieniowania eleromagneycznego na szło zachodzą zjawisa óre ujawniają pewne cechy szła oreślane jao właściwości opyczne. Jeżeli srumień promieniowania monochromaycznego o naężeniu I pada na wypolerowaną płyę szlana o ulega nasępującym zmianom: cześć srumienia o naężeniu I ρ odbije się; cześć zosanie pochłonięa I α ; cześć przejdzie przez szło I τ. A zaem I I I I. ρ α Cechy szła óre deerminują e zmiany oreśla się współczynniami: τ 9

32 5. Komponen mechaniczny sysem wyonawczy odbicia pochłaniania I ρ R I I A α I Iτ przepuszczalności T. 5 I Zjawisa owarzyszące padaniu promieniowania eleromagneycznego na szło przedsawiono na rys. []. I α α I ρ I α β I τ Rys.. Przepuszczalność załamanie i odbicie świała na powierzchni granicznej szło - powierze Współczynnii e mogą być wyrażone częściami jedności lub w procenach i zachodzi między nimi nasępujący związe: R A T lub R A T % Każdy z ych współczynniów zależy od długości fali; dla więszości szieł echnicznych zawierają się one w nasępujących granicach: R~ od 8 do 9% A~ od 5 do 7% T~ od 8 do 9% 7 Współczynni odbicia świała zależy od ąa padania wiązi świała. Im więszy jes ą padania ym więszy jes współczynni odbicia. Wpływ sładu chemicznego szła na odbicie pochłanianie i przepuszczanie świała jes zróżnicowany. Odbicie świała zależy przede wszysim od współczynnia załamania świała a zaem e pierwiasi óre podwyższają współczynni załamania zwięszają aże współczynni odbicia. Współczynni odbicia świała można znacznie zmniejszyć przez sosowanie powło przeciwodblasowych np. CaF przy czym współczynni załamania dla powłoi powinien być zbliżony do pierwiasa wadraowego ze współczynnia załamania dla szła podsawowego. Przepuszczalność i pochłanianie świała w mniejszym sopniu zależą od sładu podsawowego szła. Duży wpływ na e wielości mają pierwiasi barwiące órych niewiela zawarość w isony sposób wpływa na warość współczynnia pochłaniania przepuszczalności i gęsości opycznej.

33 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 5. Laser impulsowy narzędzie obróbcze Nowoczesna echnia laserowa pozwala na onsruowanie urządzeń wyorzysujących zjawiso wzmocnienia promieniowania przez emisję wymuszoną w ośrodu. Wygenerowane w en sposób świało cechuje duża spójność i monochromayczność. Oprócz ego jes ono w dużym sopniu solimowane co zapewnia uzysanie dużej gęsości powierzchniowej mocy emiowanego promieniowania. Urządzenia wyorzysujące lasery znalazły zasosowanie w wielu gałęziach przemysłu i usług m.in. w eleronice eleomuniacji merologii diagnosyce medycynie. Sosowanie urządzeń laserowych i sam proces ich wdrażania do życia codziennego niesie za sobą sawianie nowych zadań podnoszenie jaości produów będących nasępswem ich użycia oraz szuanie właściwych sfer możliwego ich wyorzysania. Lasery są najbardziej znanymi narzędziami eleronii wanowej. Silna oncenracja energii świelnej w bardzo małym ącie bryłowym i małych przedziale widmowym czyli duża ierunowość i monochromayczność promieniowania odróżnia je w zasadniczy sposób od zwyłych źródeł świała [9 7]. Należy dodać do ego jeszcze zdolność laserów do oncenrowania dużej energii w małych odcinach czasu. Podsawą eleronii wanowej jao naui jes zjawiso emisji wymuszonej órego isnienie posulował Alber Einsein w 9 rou [8]. W uładach wanowych z dysrenymi poziomami energeycznymi wsępują rzy ypy przejść między sanami energeycznymi: przejścia wymuszone polem eleromagneycznym przejścia sponaniczne i bezpromienise przejścia relasacyjne. Spójność generacji i wzmacniania w eleronice wanowej wynia z właściwości emisji wymuszonej. Promieniowanie sponaniczne przejawia się w szumach inicjuje procesy wzmacniania i wzbudzenia drgań a aże wraz z bezpromienisymi przejściami relasacyjnymi spełnia ważną rolę przy wywarzaniu i podrzymywaniu ermicznie niezrównoważonego sanu generacji. Uład wanowy może przechodzić poprzez przejścia wymuszone z jednego sanu energeycznego do drugiego rys. [] zarówno przez pochłonięcie energii pola magneycznego jes o przejście z dolnego poziomu energeycznego na górny ja i przez wypromieniowanie energii eleromagneycznej jes o przejście z górnego poziomu na dolny. Przejścia wymuszone mają ila ważnych właściwości. Po pierwsze prawdopodobieńswo przejść wymuszonych jes różne od zera ylo dla zewnęrznego pola o częsoliwości rezonansowej dla órego energia wanów h ν hω porywa się z różnicą energii między dwoma izolowa-

34 5. Komponen mechaniczny sysem wyonawczy nymi sanami dwoma poziomami o energiach odpowiednio E i E gdzie indes odnosi się do wyższej energii do niższej. n E W wym W wym W spon n E Rys.. Schema uładu dwóch poziomów o energiach E>E i o obsadzeniach n i n odpowiednio. Prosymi srzałami zaznaczono przejścia z góry w dół z prawdopodobieńswem W wym i z dołu do góry z prawdopodobieńswem W wym a srzała falisa przejścia sponaniczne z prawdopodobieńswem W spon Warune en odpowiada posulaowi Bohra hν hω E E. 8 Po drugie wany pola eleromagneycznego wypromieniowane w przejściach wymuszonych są aie same ja wany wymuszające e przejścia. Oznacza o że zewnęrzne pole eleromagneyczne i pole wyworzone przy przejściach wymuszonych mają jednaowe częsoliwości fazy polaryzacje i ieruni rozchodzenia się. Są one więc nierozróżnialne. Po rzecie prawdopodobieńswo przejść wymuszonych w jednosce czasu jes proporcjonalne do gęsości energii pola zewnęrznego w jednosowym przedziale widmowym widmowej gęsości objęościowej energii ρ ν [J/cm*Hz] W wym B ρ ν 9 W wym B ρ ν gdzie: B i B oznaczają współczynnii Einseina odpowiednio dla wymuszonej absorpcji i emisji a olejność indesów i wsazuje ierune przejścia. Emisja wymuszona jes więc induowana promieniowaniem zewnęrznym. Pełna ożsamość promieniowania wymuszonego czyli wórnego i wymuszającego czyli pierwonego prowadzi do spójności emisji i wzmacniania w eleronice wanowej. Duże znaczenie w eleronice wanowej odgrywa ryb impulsowy. O impulsowym rybie pracy możemy mówić wedy gdy czas działania promieniowania na uład wanowy jes mały w porównaniu z charaerysycznym dla danego uładu czasem relasacji. Reżim sacjonarny o reżim pracy generacji naświelania rozciągający się na czas znacznie dłuższy od czasu relasacji. Tryb impulsowy obejmuje wszysie pozosałe przypadi. Do realizacji laserów wyorzysujących czeropoziomowy mechanizm działania pompowania opycznego

35 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle najczęściej wyorzysuje się jon Nd rójwarościowy jon neodymu óry ławo wbudowuje się do różnego rodzaju maryc. Wśród ych maryc najbardziej użyeczne oazały się ryszały granau irowo-aluminiowego YAl5O YAG i różne szła. Pompowanie przenosi jony Nd ze sanu podsawowego I9/ do jednego z ilu dość wąsich pasm spełniających rolę poziomu górnego. Pasma e są uworzone przez ila nałożonych na siebie sanów wzbudzonych órych położenia i szeroości zależą od rodzaju marycy. Energia wzbudzenia jes szybo przeazywana z ych pasm wzbudzanych na measabilny poziom F/ co zosało poazane na rys. []. Czas życia ego poziomu wynosi ms w YAG. Najwięsze prawdopodobieńswo odpowiada przejściu laserowemu F I λ µ m. Przerwa energeyczna między sanami I / i I9/ wynosząca ooło cm - zapewnia czeropoziomowy schema pracy lasera neodymowego. / / F/ I5/ ~cm - I/ I/ I9/ Rys.. Poziomy energeyczne jonu neodymu Im bliżej poziomu F/ leżą pasma pochłaniania ym jes więsza wydajność generacji. Dla Nd w ryszałach YAG wysępuje silne pasmo pochłaniania w czerwieni co jes ważną zaleą ego ośroda. W ryszałach YAG poszerzenie niejednorodne wynosi ooło 7nm. Wyniiem silnego poszerzenia niejednorodnego jes mniejsze wzmocnienie dla szieł neodymowych niż dla granau aywowanego neodymem i bogasza w przypadu laserów szlanych sruura modowa. Oprócz ego w przypadu szła jes możliwe osiągnięcie znacznie więszych do % sężeń cenrów aywnych. W ryszałach YAG jes możliwa aywacja do sężeń 5% przy sechiomerycznej zamianie jonu Y przez Nd. Warune dodaniej inwersji ma posać w > w a jego spełnienie oznacza że dolny poziom laserowy jes opróżniany w wyniu przejść bezpromienisych szybciej niż jes obsadzany wsue przejść z górnego poziomu laserowego. Próg pojawienia się inwersji jes a nisi że praycznie znia jeśli ylo są spełnione waruni czeropoziomowości cylu pompowania opycznego a więc jeśli poziom dolny przejścia laserowego położony jes o E >> T wyżej od poziomu podsawowego. Lasery neodymowe na szle i na granacie mają zasadniczo różne zaresy zasosowań. Wobec dużego przewodnicwa cieplnego i jednorodności lasery na granacie można ławo uruchomić w reżimie pracy ciągłej lub impulsowej. Osiąga

36 5. Komponen mechaniczny sysem wyonawczy się przy ym średnie moce rzędu iluse waów. Szło neodymowe wobec dużych objęości i bardzo dużego sężenia jonów aywaora dobrze magazynuje energię. Lasery neodymowe pracują w najróżniejszych rybach generacji od ciągłego do róoimpulsowego w órym długość impulsu sięga 5ps. Osiąga się o meodą synchronizacji modów przy dużej szeroości linii wzmocnienia charaerysycznej dla szieł laserowych. Wyróżniają się one również dosonałymi paramerami energeycznymi []. Przyładową onsrucję lasera impulsowego wyorzysywanego do budowy urządzenia do grawerowania szła omówiłem szerzej w załączniu C.

37 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle. Komponen eleroniczny sysem informacyjny W rozdziale ym scharaeryzowane zosaną omponeny należące do eleronicznego sysemu informacyjnego. Wychodząc z modelu przedsawionego w rozdziale. rozparzony zosanie blo algorymów dysreyzacji obieów. Opisane zosaną meody sosowane do zamiany zamodelowanego odwzorowania na uporządowany zbiór punów na órym budowana będzie rajeoria obróbi. Najpierw przeanalizowane zosaną ogólne meody i założenia rozwiązywania zadań przy planowaniu rajeorii w punach oru orzymanego po przeprowadzonej dysreyzacji zamodelowanego odwzorowania. W rozdziale ym przedsawione zosaną również wynii przeprowadzonych badań esperymenalnych wydajności urządzenia grawerującego po zasosowaniu splajnów do programowania przemieszczeń. Jao rozwinięcie blou algorymów serowania napędami poazane zosaną meody opracowane przez zespół nauowy prof. Karpowicza wśród órych omówię m.in. meodę synezy przesunięć programowych opara na rozwiązaniu odwronego zadania dynamii. Kryeriami w pozosałych z przedsawianych będą: sałe prędości przemieszczania sałe odcini przyspieszania i hamowania oraz przemieszczanie napędu meodą programowania dynamicznego. W rozdziale ym przeanalizowana zosanie również sruura uładów serowania oware i zamnięe i elemenów sładających się na nią. Scharaeryzowane zosaną onrolery spoyanych ypów sysemów pozycjonujących sensor położenia oraz oprogramowanie Sculpor sosowane do serowania. To osanie zaware jes w bloach modelu mecharonicznego: blou algorymów serowania napędami oraz blou algorymów dysreyzacji obieów. Scharaeryzowana zosanie sruura ego oprogramowania oraz lasy doumenów używanych do opisania i obróbi obieów punowych.. Dysreyzacja obieów punowych dwu- i rójwymiarowych Do procesu dysreyzacji uworzonych obieów wyorzysuje się meody óre zamieniają rasrowy obraz w pamięci ompuera nieprzezroczyse powierzchnie oreślone granice i zajmowane obszary ec. na obraz sworzony z punów wyonywanych przez laser. Orzymany wyni aiej ransformacji 5

38 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny powinien spełniać warune doładnego odwzorowania punów zamodelowanego wcześniej obieu. Operacja formowania obieów rójwymiarowych opara jes na worzeniu loalnych defeów o rozmiarach miromerów impulsami nagrzewającymi lasera. Ta powsałe loalne miropęnięcie sruury szła wizualnie odwzorowuje obie punowy rys. 5. Dlaego forma odwzorowania jai zosanie wyorzysany do wyworzenia złożonej sruury obieu musi być sprowadzony do uporządowanego zbioru punów. X-Y X-Z Rys. 5. Foografie punowych defeów w płaszczyźnie XY z lewej XZ z prawej Trzeba jedna mieć na uwadze pewne ograniczenia óre wyniają z samego charaeru procesu. Chodzi u przede wszysim o: częsoliwość użyego lasera i wyniający z ego czas obróbi; wymiary defeu punu; odległość pomiędzy sąsiadującymi defeami. Jedynym z głównych problemów wyboru odpowiedniego algorymu dysreyzacji jes dopasowanie liczby i wielości punów óre mają odwzorowywać zamodelowany wcześniej obie. Zależność oniecznego zbioru punów od wybranego ypu algorymu uazana jes rys. [9 5]. W danym przypadu wyjściowa figura geomeryczna była przecięa płaszczyznami prosopadłymi do osi Z. Orzymano przy ym dwuwymiarowe onury. Wyorzysano przy ym funcję dzielenia rzywych. Widać wprawdzie przerwy pomiędzy przecinającymi się płaszczyznami włą- od wybranego algorymu dysreyzacji Rys.. Zależność oniecznej liczby punów czając płaszczyznę Z ale w płaszczyźnie XY obie przedsawiony jes jao pełne odwzorowanie pierwone. Do rozwią-

39 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle zania ego problemu można zbudować oreślony algorym dysreyzacji. Przeprowadza się wedy przypadowy wybór małego obszaru przesrzeni. Przed aą operacją obróbi punów niezbędne jes ich posorowanie albo eż zebranie w grupy dla podwyższenia prędości przeprowadzanych operacji. Innym problemem óry należy uwzględnić podczas dysreyzacji jes zw. gubienie informacji o sruurze obieu. Wynia ono z niewłaściwego oreślenia paramerów wyorzysywanego algorymu. Może o zachodzić w przypadach niepoprawnego oreślenia ąa nachylenia płaszczyzny przecinającej przy wyorzysaniu meody dzielenia obieu na secje. Powodem może być również niewłaściwy wybór odległości między punami. Na przyład przy rozbiciu płaszczyznami figury ypu walec równolegle do jego podsawy sama podsawa nie będzie przedsawiona przez zbiór sończony z powodu brau onurów przecinających. Można o rozwiązać maemaycznie. Chodzi u o analizę sruury obieu poddawanego dysreyzacji z uwzględnieniem najbardziej pasującej meody i maemaycznych paramerów dla osiągnięcia doładnego odwzorowania obieu. Sosowane doychczas oprogramowanie wyorzysuje rzy meody dysreyzacji [8 9 5]: meodę dzielenia obieu na secje; meodę wypełniania rójąów przez puny; meodę wiąze równoległych. Poniżej zaprezenowana zosanie ażda z nich... Meoda dzielenia obieu na secje Meoda opiera się na sandarowej operacji wyorzysywanej w programie D SudioMAX. Załada się że obie słada się z secji warsw óre sanowią o ym że jes on przedsawiany jao szereg złożonych zamnięych onurów. Rys. 7. Graficzne przedsawienie meody dzielenia obieu na secje 7

40 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny Dla ażdej warswy przeprowadzana jes analiza rzywej powsałej w wyniu przecięcia jej z płaszczyzną warswy przecinającej. Te zamnięe onury są przybliżane nasępnie przez rójąy. Na podsawie opisanego oru punu przy warunu równomiernego rozłożenia ich na orzymanej rzywej uzysuje się przeransformowany model punowy. Graficzne przedsawienie idei meody poazuje rys Meoda wypełniania rójąów przez puny Meoda opiera się na pojęciu głównej sruury środowisa D Sudio- MAX. Obie odzwierciedlany jes przez rójąy. W ażdym z orzymanych rójąów wsawia się puny przy zapewnieniu warunu jednaowej odległości między punami sąsiadującymi. Przez o nasępuje zapełnienie całego onuru sanowiącego obie rys. 8. Zaleą meody jes dosyć duża prędość w porównaniu z meodą przedsawioną poprzednio. Algorym en również posiada pewne niedogodności. Po pierwsze ażdy z rójąów oddzielnie jes wypełniany przez puny co w sruurze geomerycznej może przejawiać się oncenracją punów na linii łączenia rójąów sąsiadujących ze sobą. Można wprawdzie zrezygnować z zapełniania punami rawędzi rzeba jedna przy ym brać pod uwagę pojawiający się problem nieobecności granic obieu worzonego z punów. Druga niedogodność wynia z zaobserwowanego zjawisa że iedy mamy złożoną sruurę wyjściową obieu o powierzchnie są odwzorowywane przez rójąy a małe iż niejednoronie rozmiary rójąa są mniejsze od rozmiaru wsawionego wewnąrz punu. d - minimalna odległość między punami; jedyny paramer Rys. 8. Graficzne przedsawienie meody dysreyzacji dzielenia wypełniania rójąów przez puny Pozosałe oznaczenia: obie wyjściowy sworzony w D SudioMAX; powięszony obszar sruury obieu uporządowany zbiór rójąów; wybrany róją w olejnej ieracji; powięszony wido rójąa wybranego dla operacji wypełnienia; 5 jeden z wielu punów worzących zbiór danych wyjściowych 8

41 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Uwzględniając przedsawione wady algorymu należy swierdzić że jes on jedna podsawowym algorymem do orzymywania pierwszych przybliżających odwzorowań óre nie powodują uray informacji o formowanym obiecie... Meoda wiąze równoległych Meoda a opara jes na pozysiwaniu punów przez wiązi równolegle przeniające zamodelowany obie. Jednym z paramerów ego algorymu jes weor normalny do powierzchni rzuowania. Jes on prosopadły do powierzchni i przenia obie. Wiązi przeniają obie przy założonej od siebie minimalnej odległości od punów bazowych worząc sruurę sąsiadujących ze sobą wadraów. Podaje się przy ym paramer d minimalna odległość między wiązami będący długością bou wadrau. Nasępnym roiem jes przypisanie punów uzysanych przez przeninięcie wiąze rys. 9. Wyorzysuje się w ym celu wywołanie sandardowej funcji InersecRay paieu D SudioMAX [ 9]. d - minimalna odległość pomiędzy punami paramer algorymu n - weor płaszczyzny rzuującej; Rys. 9. Graficzne przedsawienie meody dysreyzacji wiązami równoległymi Pozosałe oznaczenia: obie wyjściowy zamodelowany w programie D SudioMAX; jeden z wielu punów orzymanych przy przenianiu wiąze zbiór danych wyjściowych; wiąza rzuująca przeniająca; omóra macierzy rzuującej płaszczyzny bazowej; 5 płaszczyzna bazowa. Wadą ej funcji jes znajdowanie ylo jednego punu przeniania na wiązce przeniającej. Do znajdowania wszysich pozosałych punów obieu wyorzysuje się wyluczenie ze sruury obieów danych rójąów i powórne wyonywanie wyżej wymienionych roów. Funcja InersecRay do- 9

42 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny srzega ylo e rójąy óre zwrócone są do niej w ierunu normalnym [9]. Powórne przejście algorymu ujawnia drugą cześć pozysiwanych punów obieu... Oprogramowanie realizujące dysreyzację obieów Nasępnym eapem przygoowania odwzorowania do dalszej obróbi jes jego zamiana na olejny zbiór punów. Chodzi u o zbiór na podsawie órego oprogramowanie serujące procesem grawerowania wygeneruje odpowiednią rajeorię obróbi szła. Wyorzysuje się do ego celu specjalnie napisany sryp loisbi.ms [ 87] apliowany dla oprogramowania D SudioMAX w.. i późniejszych służący do zamiany isniejącego formau pliu oprogramowania do formau *.cf rozumianego przez oprogramowanie serujące obróbą. Techniczne szczegóły ej apliacji zamieszczono w załączniu B.. Programowanie przemieszczeń aparau ruchowego Jaość obieu formowanego za pomocą lasera wewnąrz szła lub innego dielerya zależy od: algorymu dysreyzacji obieu; jaości mechanicznych elemenów aparau ruchowego; oprogramowania serującego aparaem ruchowym; odpowiednich algorymów wyorzysywanych do odwzorowania warości prędości i przyspieszeń poprzez maemayczny opis rzywych z jaimi nasępuje przemieszczenie współrzędnościowego uładu pozycjonującego... Ogólne założenia i meody Planowanie rajeorii mecharonicznego sysemu przemieszczeń prowadzi do usalenia orów jego isonych elemenów w celu uzysania zamierzonego ruchu. Sosuje się przy ym ryeria zapewniające funcjonalność sysemu uwzględniające waruni doyczące czasowych przebiegów: przemieszczeń dróg prędości i przyspieszeń ruchu dla ażdego sopnia swobody. Generowanie rajeorii odbywa się w czasie rzeczywisym przez ompuację puny rajeorii są obliczane z pewną prędością zwaną częsoliwością zadawania rajeorii. Podczas analizy możliwych warianów programowania przemieszczeń należy brać pod uwagę głównie ograniczenie sawiane przez uład obróbczy lasera. Dla zaprogramowania przemieszczeń lasera z punu sarowego do punu oń-

43 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle cowego rozłożonych na rajeorii obróbi uwzględnić należy fa iż ażdy olejny pun musi zosać uformowany w acie lasera impulsowego np. z częsoliwością pracy 5 Hz lub więcej. Wynia o z warunu całowiego wyorzysania możliwości oferowanych przez laser a aby nie racić informacji i wyorzysywać masymalnie energię jego impulsów. Warune jednaowej odległości między punami orzymanymi po dysreyzacji obieu nie jes już a oczywisy. A o dlaego że puny są równooddalone od siebie ylo w przesrzeni lub płaszczyźnie obieu. Na nich buduje się rajeorię obróbi. W zależności od ypu i rodzaju odwzorowania może oazać się że olejno formowany pun znajduje się nie w odległości założonej dla całego zbioru punów ale w znacznie więszej lub czasem znacznie mniejszej niż załadane przemieszczenie. Dlaego podczas programowania przemieszczeń sysemu pozycjonującego należy zaimplemenować w oprogramowanie serujące odpowiednie moduły. Pozwolą one po analizie całego obieu odpowiednio dobierać profile prędości i przyspieszeń w zależności od warunów ograniczających rajeorię przemieszczeń. Przy niewielich odległościach pomiędzy olejno formowanymi punami odpowiednie jes wyorzysanie rójąnego symerycznego profilu prędości. Uład ma wedy ylo jedną fazę przyspieszania i hamowania. Profile rapezowe symeryczne z w powodu ławości fizycznej realizacji sają się uniwersalne dla równych odległości między punami generowanej rajeorii. Kiedy jedna odległości sają się więsze i uład pozycjonujący musi przyładowo wyonać nawró zasosowanie wymienionych profili będzie powodować znaczne drgania i wibracje całego urządzenia spowodowane dużymi siłami bezwładności. Wedy uzasadnione jes wyorzysanie rzywych ypu splajn gdzie przy ym samym przemieszczeniu pozycjonera obserwuje się znaczny spade warości przyspieszeń. Oazuje się że niejednoronie w przypadu oreślonego ypu obieu opymalne rozwiązanie można orzymać ylo przez połączenie wszysich wymienionych profili przyspieszeń i prędości rójąarapezusplajn. Jednym z możliwych sposobów zadawania przemieszczenia jes szczegółowe podawanie sewencji pożądanych położeń między punami począowymi i ońcowymi orzymanymi po procesie dysreyzacji obieu. Aby orzymać płynny ruch należy wraz z przesrzennymi ograniczeniami ruchu również oreślać jego charaerysyi czasowe. Nierównomierne lub gwałowne ruchy powodują drgania oraz przedwczesne zużycie mechanizmów i wpływają z czasem na jaość wywarzanego produu. Oprogramowanie serujące pozycjonerem wyorzysuje do odwzorowania przemieszczeń rzy podsawowe profile prędości i przyspieszeń w punach oru: symeryczny rapezowy profil prędości symeryczny rójąny profil prędości odwzorowanie przez rzywe ypu splajn rys.. Dlaego przedsawię je nieco bliżej opierając się na nasępujących publiacjach [ ].

44 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny Jeżeli rajeoria lub odwzorowujące profile prędości i przyspieszeń są podane w punach dysrenych powsałych po procesie dysreyzacji zamodelowanego wcześniej obieu D lub D o problem planowania rajeorii lub planowania oru może zosać sprowadzony do aprosymacji funcji przy danych miejscach podparcia. W ym celu przedział czasowy [ T ] jes rozładany przez zasadniczo monoonicznie rosnącą sewencje punów dysrenych i z i > i i... N na N przedziałów czasowych [ i i ]. Trapezowy profil prędości jes szczególnie ważny. Jes częso wyorzysywany w echnice z powodu ławości realizacji. Jego isoną wadą jes nieciągły przebieg przyspieszenia. Dla symerycznego rapezowego profilu prędości przyjmuje się że s s ; s T s. Waruni brzegowe formułuje się nasępująco: s s s T s s& s& T. Rys.. Profile prędości i przyspieszeń Trapezowy profil prędości ma profil przyspieszenia w szałcie blou: am dla s faza przyspieszania a dla s T s am dla T s T faza hamowania.

45 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Przez dwurone różniczowanie i uwzględnienie warunów brzegowych orzymuje się sąd dla parameru oru: s am dla s s s am s ams dla s T s dla T T. s s amt amt am Czas przełączania w zależności od a m może być obliczony z: s s T T s s s st s ±. a a m Z warunów ych ławo daje się wyprowadzić ważny przypade graniczny rójąny symeryczny profil prędości mający ylo jedną fazę przyspieszania i jedną hamowania. Bra jes w nim przejazdu a ja w przypadu profilu rapezoidalnego z warością przyspieszenia równa zero. Sosując en profil orzymuje się szybie przejazdy uładu pozycjonującego ale eż przy dużych warościach przyspieszeń do m/s laserowy sysem formowania obieów wprawiany jes w znaczne drgania powodując również wzros poziomu hałasu. Tego ypu zasady ruchu wyorzysujące rójąny profil prędości oreślane są jao ruchy bang-bang [5]. Obowiązuje dla niego zależność s T /. Z ej osaniej zależności orzymuje się wedy m T s s s s lub T. 5 a m a m Najbardziej sprzyjającym warianem rozładu jes zasosowanie rzywych ypu splajn óre użyo do serowania profilem prędości. Profil ai zapewnia mniejsze warości przyspieszeń i równomierne narasanie prędości órej warość jes mniejsza niż w przypadu wymienionych wcześniej profili. Dogodnym mechanizmem jes zasosowanie inerpolacji splajnami rzeciego sopnia co oznacza że rzywa słada się z odcinów opisanych wielomianem rzeciego sopnia [8 7]. Krzywa a we wszysich punach osobliwych musi być dwuronie różniczowalna. Krzywą wielomianową rzeciego sopnia opisuje się weorowym odwzorowaniem paramerycznym: P u A u Au Au A gdzie a u b * Wprowadzając u u a / u b dowolny segmen ubiczny można * przedsawić jao odwzorowanie parameru u zmieniającego się w przedziale

46 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny [ ]. Segmen ubiczny opisany współczynniami A A A A może być również zdefiniowany przez podanie jego punów ońcowych P P i P P oraz weorów pochodnych P i P sycznych do rzywej w ych punach. Współczynnii A A A A w funcji P P P P można wyznaczyć ze wzorów: A A A P A P P P P P P P P P. 7 Na ej podsawie zależność można przedsawić w posaci P u u u P u u P u u u P u u P 8 lub inaczej: gdzie: P u h P h u P h u P h 9 P u h h h h u u u u u u u u u u u u. u Współczynnii h u h u h u h u oreślone dla przedziału u noszą nazwę ubicznych funcji bazowych Hermie a [9 7]. Reprezenacja Hermie a ma bezpośrednią inerpreację geomeryczną: szał rzywej zależy od punów ońcowych i weorów pochodnych P i P sycznych do rzywej w ych punach [8]. Zaleami przedsawionego wyżej posępowania jes przede wszysim jego prosoa oraz fa dwuronego różniczowania rzywej. Do niedogodności można zaliczyć fa że loalne zmiany punów inerpolacji mają wpływ na przebieg całej rzywej oraz wraz ze wzrosem liczby punów inerpolacji zwięsza się czas wsępnych obliczeń. Użycie w oprogramowaniu serującym Sculpor zosanie ono doładniej omówione w dalszej części pracy mechanizmu splajnu zreduowało szumy i wibracje powsające podczas normalnego rybu pracy urządzenia do laserowego formowania rójwymiarowych obieów. Poza ym co jes bardzo isone z punu widzenia esploaacji zwięszyła się żywoność samego sysemu. Znacznie zmniejszyło się zużycie elemenów współrzędnościowego uładu pozycjonującego [5].

47 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle.. Syneza przesunięć programowych na podsawie rozwiązania zadania dynamii odwronej Wiadomo że przesunięcie w mechanizmie wieloosiowym można opisać uładem równań różniczowych drugiego rzędu orzymanych z zasady Lagrange a. W ogólnym ujęciu można zapisać o w posaci: X& f... u... u i n i i n r gdzie: X... n jes weorem fazowych współrzędnych mechanizmu u u... u r jes weorem serowania. Uład opisany równaniem zapisywany będzie w dalszej części rozważań w formie weorowej [ 5]: X & f u i n lub X& f u i i gdzie: f f... f n weor prawych części a X & weor lewych części uładu. Zadanie synezy programowych przesunięć mechanizmu wieloosiowego sprowadza się do usalenia serowania u u óre spełnia nieóre wymagania echniczne u U U zadany zbiór w R i dla órych odpowiada rozwią- n zanie równania spełniającego dodaowy warune: ω... m m n n lub ω m innymi słowy przesunięcie przebiega po rzywej lub powierzchni opisanej równaniami. Uład równań nazywamy programowym [5]. Zadanie synezy przesunięć programowych w ogólnym przypadu jes niejednoznaczne. Dlaego można je sprowadzić do budowy równania u u opisującego programowe przesunięcie óre sprowadza do minimum nieóre funcjonały. Można przyładowo rozparzyć zadanie synezy opymalnego po prędości programowego przesunięcia óre sprowadza do minimum ryerium: J min na zbiorze rozwiązania uładu przy ograniczeniach fazowych: ω i i m 5 Ta samo można rozparzyć zadanie z minimalnym raceniem zasobów serowania: 5

48 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny J u d min. Dane zadania są zadaniami opymalnego serowania z ograniczeniami fazowymi na przedziale. Dzięi znanym warunom opymalizacji w posaci zasady masimum dla aich zadań eoreycznie aie zadania można rozwiązać. Jedna w prayce rozwiązanie aich zadań jes bardzo rudne przez obecność ograniczeń fazowych na całym przedziale [ ]. Waruni opymalności i sysem sprzężony mieszczą regularne miary. Fa en zmusza do rozparywania innych podejść do rozwiązywania przyładowych zadań a w szczególności podejścia oparego na rozwiązaniu odwronego zadania dynamii. Różniczowe równania przesunięcia dla naszego przypadu można przedsawić w posaci: & p... b... u i m 7 i i n i n i gdzie:... n uogólnione współrzędne fazowe uładu; u u... u n weor serowania. Przepiszemy uład do formy weorowej: & p u b i m. 8 i i i i n Naszym zadaniem jes budowa serowania u u aiego że u R i odpowiadające jemu rozwiązanie uładu 8 spełniałoby waruni dodaowe: ω r. 9 Jeżeli jes rozwiązaniem spełniającym program 9 o ω n sąd wynia warune: lub d ω r d n i ω i ω [ p u b ] i i i przy założeniu że spełnia warune 9. Osanie wierdzenie jes równoważne warunowi: n i ω i [ p u b ] i i i ω R ω r gdzie: R dowolna funcja aa że R.

49 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 7 Równanie jes więc onieczne i wysarczające do realizacji programu 8 wzdłuż rozwiązania uładu 8 i może być wyorzysywane dla obliczenia porzebnych serowań u u i i n i. Przez n r uład oreśla serowanie niejednoznacznie i dlaego można dodaowo minimalizować nieóre funcjonały na swobodnych serowaniach. Oczywise jes że zadanie o przedsawia sobą zadanie warunowej minimalizacji óra może być rozwiązania meodami bazującymi na nieoznaczonych współczynniach Lagrange a []... Przesunięcia programowe ze sałą prędością Jao przyład zosanie rozparzony uład rzyosiowy zbudowany z liniowego silnia roowego. Konieczne jes oreślenie oddziaływań serujących przy órych realizuje się przesunięcie wyonawczego elemenu po paraboli ze sałą prędością V. Zbudowane zosaną różniczowe równania przesunięcia uładu wychodząc z meody Lagrange a []. Energia ineyczna uładu K będzie równa. S m S m m m S h m J J J K & & & & ϕ ϕ Sąd orzymamy uład równań różniczowych przesunięcia S b u m S m S S b u S m m b u S m m S J Z & & && & && & & & && && ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ gdzie: i J h m J J J J i Z momeny inercji więzów w sosunu do ich cenralnych osi; h odległość od osi obrou do środa mas więza ; S S ϕ współrzędne uogólnione. Dany uład można zapisać w sandardowej formie:. 5 S S S S S S && && && & & & ϕ ϕ ϕ 5 Sąd orzymamy: m m b u m m b u m J m b u & & & & & &

50 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny 8 gdzie:. u u u u u u & & & Załadamy że porzebujemy zrealizować przesunięcie po paraboli o równaniu 5 b h ze sałą prędością ν ν S S & & gdzie ϕ. W związu z powyższym programowe przesunięcie opisać można równaniami:. 5 ν ω ω ω h b 7 Ta ja ϕ o równania przesunięcia zosają uproszczone i można zapisać je w nasępującej posaci: 5 u u β α β α & & & & & & 8 gdzie:. m m b m m m m b β α β α Przy warunu serowanie u oreślane jes jednoznacznie 5 m b u. W dalszej części rozważań przyjmiemy że wielości serujące U przyjmują odpowiednio duże warości. W równaniu dlaego aby rozwiązanie uładu 8 spełniało równanie ω onieczne jes aby: i i i f ω ω 9 gdzie: i f prawe części. Aby zrealizować olejno 9 onieczne jes aby i i i R f ω ω gdzie: R. Dla zrealizowania ω wzdłuż rozwiązania onieczne jes aby i i i R f ω ω gdzie: R. Wobec ego dla realizacji programu 7 dosaeczne jes spełnienie równań i j.: 5 R u u R u b u β α β α β α β α

51 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 9 gdzie:. 5 ν R R b R R Rozwiązując ułady z uwzględnieniem U i U orzymamy: [ ] [ ] b R b R b b R U β α α α α β [ ] 5 5 b R b R U β α α Zauważamy że w pierwszym przybliżeniu można przyjąć R R... Przesunięcia programowe z odcinami przyspieszania sałą prędością i hamowaniem Rozparzymy uład dla órego zachodzi porzeba realizacji przesunięcia po paraboli []: 5 b h z prędością zmieniającą się według profilu rapezoidalnego: τ τ τ τ a V a V 5 gdzie: V sała prędość; a sałe przyspieszenie przy przesunięciu po paraboli; T czas w órym pun przebiega przez parabolę j. 5 τ τ τ τ b. Wobec ego program przesunięcia zadaje się równaniami:. 5 V h b ω ω Widać że a V j. zależy od wielości zadanych prędości V i przyspieszeń a. Znajdziemy długość poonywanego przez pun odcina paraboli: [ ]. ln ln b b b b d d d b d b d l b b b b b b ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ 7

52 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny 5 Długość odcina na órym zachodzi przesunięcie z przyspieszeniem a :. a V a V a a l 8 Według symerii odcine hamowania będzie równy: a V l l 9 Wobec ego główny odcine paraboli na órym nasępuje przesunięcie ze sałą prędością ma długość: a V l l l l l 5 W sumie można znaleźć czas przejścia punu po paraboli:. a V V l a V V l a V a V V l a V τ 5 Znajdziemy serujące oddziaływania przy zadanych dla rozparywanego przypadu wielościach prędości V i przyspieszenia a. Oczywiście pierwsze równanie zosaje niezmienione. Ponieważ: 5 i i ω ω ω 5 τ τ τ τ ω a a 5 o w równaniu w prawej części onieczne jes dodanie sładnia ω. Osaecznie uład dla oreślenia u i u przyjmuje formę: 5 u u u b u γ β α β α β α β α 5 gdzie: a V V l V l a V V l a V l a V V a / / / / / γ 55

53 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 5 Sąd poszuiwane serowania: [ ] [ ] [ ] b b u b b b b u m b u β γ α α β γ α α α α β 5 Wobec ego przesunięcie po paraboli 5 b h z prędością wyrażoną w posaci τ τ τ τ a V a V 57 z punu 5 do punu: 5 b realizuje się równaniem 5 gdzie a V V l V l a V / / / / τ τ [ ] ln b b b b l 58 Ponieważ paramery b i a wybiera się dowolnie orzymuje się niesończenie wiele równań realizujących dany program. Dlaego można rozparzyć zadanie opymalnej szybości działania w sosunu do paramerów V i a sprowadzając o do nasępującej posaci: min / / a V V l τ 59 przy ograniczeniach: w U U gdzie: U wyznaczamy z warunu 59 i zależy od a V i w óre wyznaczamy z zależności Przesunięcia programowe z opymalną prędością W puncie ym rozparzony zosanie uład z rzema sopniami swobody ai sam ja w puncie.. []. Załadamy przyładowo że onieczne jes przydzielenie oddziaływań serujących realizujących opymalne prędości prze-

54 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny 5 suwania po paraboli. W puncie.. poazano że zadanie sprowadza się do realizacji przesunięcia zadanego równaniami ; ; ; ; 5 u u β α β α & & & & & & przy wypełnieniu programu: 5 h b ω gdzie: i i a β oreślono w puncie... Na podsawie punu.. serowania u i u realizujące program można znaleźć z zależności: 5 R u b β α β α gdzie: ω R R dowolna funcja aa aby R R. Ponieważ równanie nie ma jednoznacznego rozwiązania rozparzymy je przy zależności dopełniającej:. min u u J β Osanie zadanie równoznaczne jes: [ ] min 5 u u b R J β α α 5 [ ] P Q Pu u u J gdzie:. 5 5 b R Q b P α α β Sąd można orzymać: [ ] P Q P QP Q Pu Q u P QP u β β β 7 gdzie: P i Q oreślono w. Sąd osaecznie zapiszemy:. P QP u P Q u β 8

55 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 5 Przedsawimy funcje R w posaci m u R ω gdzie u - odcinami nieprzerwana funcja. Podsawiając warości u i u oraz R do orzymamy uład 9. W związu z ym zadanie opymalnej szybości działania sformułowane będzie nasępująco: po rajeorii uładu 9 przejść z punu do punu b w najrószym czasie. Posawione zadanie oazuje się ypowym zadaniem eorii procesów opymalnych i może być rozwiązana za pomocą odpowiednich meod bazujących za zasadzie masimum Ponriagina []. [ ] [ ] b b b u b b u m m β β α α ω β α β α α ω α & & & & 9 Przypade zadania opymalnej szybości działania dla przesunięcia po paraboli z odcinami przyspieszenia sałą prędością i hamowaniem rozwiązywane jes w nasępnym puncie... Przesunięcia programowe z odcinami przyspieszania sałą prędością i hamowaniem oraz opymalizacją prędości Poniżej rozparzony będzie współrzędnościowy uład z rzema sopniami swobody ai ja w przyładzie z punu... Konieczne jes oreślenie oddziaływań serujących przy órych realizuje się przesunięcie po paraboli z odcinami rozpędzania sałej prędości i hamowania []. Ja wynia z przedsawionych wcześniej zależności zadanie sprowadza się do realizacji przesunięcia zadanego równaniami: ; ; ; ; 5 u u β α β α & & & & & & 7 gdzie... i i β i α są sałe przy dopełniających warunach przydzielonych programem przesunięcia:. 5 V h b ω ω 7

56 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny 5 Przy ym: T T T a T V a V τ τ τ τ 7 gdzie: a V τ. W przypadu..5 dla oznaczenia serowań u i u realizujących właściwe przesunięcie wyorzysuje się uład: 5 R u u R u b u γ β α β α β α β α 7 gdzie: a v v l v l a v v l a v l a a a / / / / / / δ δ γ 7 [ ] ln b b b b l 75 gdzie: i R R i i i ω dowolne funcje aie że R R i i. Przyładowo... m i i i i U R ω 7 gdzie U i odcinami nieprzerwana funcja w puncie.. dla prosoy było przyjęe i R i. Z równania orzymuje się nasępujące warości serowań u i u : { 5 b R U α α β [ ] [ ] b R b R b β γ α α 77 [ ] 5 5 b R R b U β γ α α 78 Podsawiając do orzymamy uład

57 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 55 [ ] b U U b b U b U b b U m m m m m γ ω ω α α α β γ ω α α ω α α ω α & & & & 79 Waruni począowe oreślono przy: b T 8 W związu z powyższym można sformułować nasępne zadanie opymalnej szybości działania: dla uładu 79 należy wybrać serowania i U i ; m oraz paramery aie aby przejść z punu do punu b w minimalnym czasie T. Z drugiej srony było poazane że w rozparywanym zadaniu: a V V l T 8 znane są warości paramerów a V ograniczonych w przedziałach:. V V a a 8 Z zależności 8 wynia że T min orzymuje się przy a a. Wobec ego a V V l T funcja jednej zmiennej na ] [ V. Ponieważ orzymujemy: la V a V l T v 8 o minimum orzymuje się w puncie:. > V la if V V la if la V 8 Sąd minimalny czas T oblicza się z nasępujących zależności:

58 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny T Przy la > V mamy * l la l przy la V. 85 la a a l V T V a *. Wobec ego możliwe są dwa opymalne rozwiązania w zależności od ego przy jaim realizują się warunu. Przy la V a l * T przesunięcie słada się z dwóch równych odcinów rozpędzenia i hamowania. * l V Przy la > V T przesunięcie słada się z rzech odcinów: V a rozpędzenia przemieszczenia ze sałą prędością i hamowania. W dowolnym przypadu warości: la if la V a a V 8 V if la > V są opymalnymi warościami paramerów a i V przy rozwiązywaniu zadania opymalnej szybości działania niezależnie od weora serowań U i. Wobec ego można przyjąć U i a a la V V m i. if if la la V > V 87 Aby orzymać rozwiązanie zadania opymalnej szybości działania rozwiązuje się dwa przypadi ze zmianą przebiegu prędości...7 Przesunięcia programowane meodą programowania dynamicznego Ogólna idea meody programowania dynamicznego [] sprowadza się do ego że odcine na órym opymalizuje się rozwiązanie rozbija się na aą liczbę małych odcinów aby rozwiązanie zadania w ażdym rou było ja najprossze. S X T min F X U d 88 U 5

59 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle minimalna warość funcjonału i znalezione funcje serujące U * oraz odpowiadająca jej rajeoria opymalna X *. Wybrany zosanie na rajeorii X * jaiś pośredni pun. Orzymamy dwa oresy czasu: [ ] i [ T ]. Zgodnie z zasadą opymalności Bellmana odcine rajeorii od do T również będzie opymalnym i można go rozparywać jao samodzielną rajeorię z waruniem począowym X. τ T S X min. F X U d U F X U d 89 τ Jeżeli U dosarcza minimum całemu funcjonałowi J o będzie również dosarczać minimum całce F X U d. T Wedy: τ [ X ] S X min τ F X U d S τ U 9 gdzie: S [ X ] minimalna warość funcjonału na odcinu [ T ]. Rozparzymy uproszczoną meodę oniecznego warunu opymalności serowania dla zadania sacjonarnego z zamnięymi ońcami j. jeżeli X i X T są usalonymi. Załadamy że dosaecznie mała wielość za czas funcja X ma przyros X. X S X τ X X S[ X τ ] S[ X X ] S X X 9 X można znaleźć wychodząc z nasępujących równań różniczowych: S S X f U τ S τ S X f X U X 9 [ X ] τ τ F X U dτ F X U τ S min F X U τ S X f X τ U X X U Ta ja S X ] jawnie zależy od oddziaływań serujących o: [ S min F X U f X U U X 9 Zgodnie z zasadą opymalności Bellmana począowe warości X i U można zamienić na bieżące warości: 57

60 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny S min F X U f X U U X 9 przedsawiające sobą funcjonalne równania Bellmana F X U S U X f X U. U 95 Funcja S nie jes wiadoma i przy rozwiązaniu zadania sosuje się bezpośrednio podsawienie funcji S X. Jeżeli ryerium jaości jes w wadracie o funcję S można poszuiwać w posaci: T S X X K X 9 gdzie: K - macierz nieznanych współczynniów. Taa posać funcji S zapewnia sabilność rozparywanego uładu. Jeżeli różniczowe równania obieu serowania lub podcałowa funcja zależą jawnie od czasu lub onieczny san obieu nie jes usalony o funcjonalne równanie Bellmana przyjmuje posać gdzie: S X S X min F X U f X U U X 97 T S X X K X. 98. Badania esperymenalne wydajności po zasosowaniu splajnów do programowania przemieszczeń Aby oreślić wpływ paramerów zadanych uładowi pozycjonującemu na wydajność urządzenia grawerującego obiey w założonym przedziale czasu przeprowadziłem esperymen na urządzeniach do laserowego formowania szła. Pod uwagę zosały wzięe urządzenia pracujące z laserami 5 Hz i Hz. Jao obie obróbczy wziąłem pod uwagę odwzorowanie sładające się z 79 punów orzymanych po procesie dysreyzacji. W abelach załącznia F zamieściłem dane z przeprowadzonego esperymenu [5 55]. Uzysałem je zmieniając warość przyspieszenia współrzędnościowych uładów pozycjonujących wymienionych powyżej urządzeń w zaresie od m/s do m/s przy założonych prędościach pozycjonera 8 m/s lub m/s. Pod uwagę wziąłem czas obróbi oraz średnią ilość punów formowanych w ciągu jednej seundy dla założonych paramerów obróbi. Na ej podsawie sporządziłem wyresy rys. 58

61 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle - poazujące wpływ paramerów obróbi na czas obróbi i ilość formowanych punów w sałym przedziale czasu. Analizując wyresy orzymane dla urządzenia pracującego z laserem 5Hz rys. zauważyć można że zwięszenie prędości aparau ruchowego pozycjonera XYZ przy założonym przyspieszeniu w zasadzie nie wpływa na srócenie czasu obróbi. Jeżeli weźmiemy pod uwagę liczbę punów wyonywanych przez laser w ciągu seundy zauważyć można że serowanie prędością pozycjonera praycznie nie wpływa na wydajność obróbi. Jeżeli jedna zaczniemy zmieniać warości przyspieszenia załadając sałą prędość przemieszczenia obserwuje się wzros wydajności urządzenia formującego. Wzros przyspieszenia od warości m/s do 75 m/s zwięsza wydajność do o. punów a przełada się o również na srócenie czasu obróbi o ooło seund przy formowaniu ego samego odwzorowania. Najbardziej gwałowna zmiana czasu obróbi wysępuję w przedziałach przyspieszenia od m/s do 5 m/s. Powyżej przyspieszenia 5 m/s zmiana czasu obróbi jes mniej znacząca rzędu seund. Przy aich warościach z 5 impulsów urządzenia laserowego wyorzysywane jes do obróbi 9. W celu zwięszenia wydajności obróbi szła zasosowano w urządzeniu laserowym uład lasera pracujący z częsoliwością Hz. Analizując orzymane dane swierdziłem że zmiana prędości zadanej dla aparau ruchowego pozycjonera XYZ w zasadzie nieznacznie wpływa na czas obróbi. Naomias zmiana przyspieszenia pozycjonera w przedziale od m/s do m/s umożliwia orzymanie w ym samym czasie do punów obieu więcej uzysując w efecie ooło 9 punów/s. Po przeroczeniu warości przyspieszenia równej 75 m/s na wsue powsających przy przemieszczaniu pozycjonera znacznych drgań i sił bezwładności całe urządzenie jes wprawiane w dość znaczące wibracje. Liczba obrabianych punów [pun/s] Liczba punów w orzących obie obrabiany - 79 Częsoliw ość lasera - 5Hz Przyspieszenie pozycjonera [m/s ] prędość pozycjonera 8 m/s prędość pozycjonera m/s Rys.. Wpływ prędości i przyspieszenia sysemu pozycjonującego na wydajność obróbi laserem 5Hz 59

62 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny Czas obróbi obieu [s] Liczba punów w orzących obie obrabiany - 79 Częsoliw ość lasera - 5Hz Przyspieszenie pozycjonera [m/s ] prędość pozycjonera 8 m/s prędość pozycjonera m/s Rys.. Wpływ prędości i przyspieszenia sysemu pozycjonującego na czas obróbi laserem 5Hz Z wyresu przedsawionego na rys. widać iż przejście do masymalnej warości przyspieszenia daje możliwość srócenia czasu obróbi do seund przy ym samym obiecie obrabianym. Po przeroczeniu warości przyspieszenia 75 m/s srócenie czasu obróbi już nie jes a znaczące. Liczba obrabianych punów [pun/s] Liczba punów w orzących obie obrabiany - 79 Częsoliw ość lasera - Hz Przyspieszenie pozycjonera [m/s ] prędość pozycjonera 8 m/s prędość pozycjonera m/s Rys.. Wpływ prędości i przyspieszenia sysemu pozycjonującego na wydajność obróbi laserem Hz Liczba punów w orzących obie obrabiany - 79 Częsoliw ość lasera - Hz Czas obróbi obieu [s] Przyspieszenie pozycjonera [m/s ] prędość pozycjonera 8 m/s prędość pozycjonera m/s Rys.. Wpływ prędości i przyspieszenia sysemu pozycjonującego na czas obróbi laserem Hz

63 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Opymalny ryb pracy urządzenia ze względu na ilość obrabianych punów oraz czas obróbi przy małym wpływie wibracji na jaość obrabianej powierzchni uzysuje się przy warości przyspieszenia o. 75 m/s gdzie jeseśmy w sanie uzysać o. 85 punów/s. Liczba punów worzących obie obrabiany - 79 Liczba obrabianych punów [pun/s] Przyspieszenie pozycjonera [m/s ] Laser 5 Hz Prędość pozycjonera 8 m/s Laser 5 Hz Prędość pozycjonera m/s Laser Hz Prędość pozycjonera 8 m/s Laser Hz Prędość pozycjonera m/s MAX w ydajność przed zasosow aniem splajnów dla lasera Hz MAX w ydajność przed zasosow aniem splajnów dla lasera 5 Hz Rys. 5. Wpływ prędości i przyspieszenia sysemu pozycjonującego na czas obróbi laserem Hz Liczba punów worzących obie obrabiany - 79 Czas obróbi obieu [s] Przyspieszenie pozycjonera [m/s ] Laser 5 Hz Prędość pozycjonera 8 m/s Laser 5 Hz Prędość pozycjonera m/s Laser Hz Prędość pozycjonera 8 m/s Laser Hz Prędość pozycjonera m/s Rys.. Wpływ prędości i przyspieszenia sysemu pozycjonującego na czas obróbi laserem Hz Na rys. 5 zamieściłem zbiorcze zesawienie uzysanych wyniów. Z wyresów można wywniosować że w momencie iedy zasąpimy w urządzeniu grawerującym laser pracujący z częsoliwością 5Hz laserem Hz o działanie aie pozwoli na zwięszenie wydajności o o. 8%. Zasosowanie mechanizmu splajnu w oprogramowaniu serującym obróbą pozwoliło zwięszyć wydajność o o. 7%. Naomias ja zwięszy się warość przyspieszenia na masymalną w przypadu urządzenia z laserem 5Hz wpłynie o na srócenie czasu obróbi o o. seund. W przypadu urządzenia z laserem Hz aie działanie przyniesie srócenie czasu obróbi o o. seund. W przypadu gdy uład 5 Hz

64 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny zasąpimy uładem Hz i usawimy masymalne warości prędości i przyspieszeń pozwoli o na srócenie obróbi nawe o 5 seund. W czasie przeprowadzania esperymenu przy serowaniu prędością i przyspieszeniem pozycjonera do oceny wydajności formowania laserowego swierdziłem że na czas obróbi ma również wpływ paramer usawiany w algorymie sorowania punów rajeorii SorKdz załączniu E. Algorym opiera się na zasadzie budowy soża z zadawanym ąem jego rozwarcia ąem sorowania [87]. Do oceny jego wpływu posłużyłem się ym samym odwzorowaniem co przy badaniach zaprezenowanych powyżej. Usawiona warość prędości i przyspieszenia pozycjonerów wynosiła odpowiednio: 8 m/s i 7 m/s. Zmiany ąa doonywałem w zaresie od do 8 sopni. Na podsawie ych paramerów oszacowałem czas obróbi oraz ilość formowanych punów/seundę. Z orzymanych w en sposób danych sworzyłem wyresy rys Liczba obrabianych punów [pun/s] Liczba punów w orzących obie - 79 Prędość pozycjonow ania - 8 [m/s] Przyspieszenie - 7 [m/s ] Ką sorow ania punów obieu [sopnie] Rys. 7. Wpływ doboru ąa sorowania punowego obieu liczbę orzymanych w procesie obróbi punów dla lasera Hz Liczba punów w orzących obie - 79 Prędość pozycjonow ania - 8 [m/s] Przyspieszenie - 7 [m/s ] Czas obróbi obieu obrabianego [s] Ką sorow ania punów obieu [sopnie] Rys. 8. Wpływ doboru ąa sorowania punowego obieu na czas obróbi dla lasera Hz

65 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Analizując orzymane wyresy można swierdzić że rajeoria obróbi usalana jes w ai sposób że najwyższą wydajność orzymujemy dla warości ąa pomiędzy a sopni. Wedy o orzymuje się przy formowaniu rójwymiarowego odwzorowania o. 8 punów/s naomias czas obróbi wynosi o. 9 seundy. Orzymany wyni wsazuje że poza serowaniem prędością i przyspieszeniem pozycjonera na wydajność procesu formowania ma również wpływ dobór paramerów algorymu generującego rajeorię w oprogramowaniu serującym procesem.. Konrolery sysemu pozycjonującego W ompuerowych uładach serowania isone jes zapewnienie odpowiednich połączeń pomiędzy sygnałami wejściowymi w posaci cyfrowej a analogowym aparaem ruchowym. To właśnie e połączenia decydują osaecznie o wyniowym ruchu uładu. Musi być przy ym zachowana zasada iż informacja cyfrowa jes raowana prioryeowo i nie nasępuje żadne mechaniczne jej przeszałcanie. Zagadnienie o zosanie poazane poniżej na przyładzie uładów z silniami roowymi... Kara serująca Ławy sposób serowania silniami roowymi sprawia że częso są one wyorzysywane w prayce do rozmaiych zasosowań. Kara serująca MPK- pozwala na serowanie właśnie aimi napędami w rybie pełnego rou i półrou oraz rybie micro-sep pierwsze dwa wymienione ryby są najczęściej wyorzysywane [5]. Nasuwa o pyanie w jaim celu sworzono ryb micro-sep?. Oóż mimo częsego sosowania dwóch z pierwszych wymienionych wyżej rybów oazuje się iż przy nieórych praycznych realizacjach uwypulają się ich niedosai szczególnie przy małych prędościach. Wedy o orzymywać można zw. ruch urywany. Powoduje o poza szybszym zużyciem elemenów sładowych obsługiwanego sysemu również znaczny wzros poziomu hałasu i wibracji. W związu z ym częso przechodzi się na ryb micro-sep. Kara serująca MPK- ma posać ary goowej do wsawienia w gniazdo ISA ompuera osobisego serującego procesem. Zawiera ona wszysie niezbędne omponeny do serowania rzema silniami roowymi oraz rzy ońcówi mocy. Sosuje się ją dla małych i średnich zaresów mocy i zazwyczaj łączy się w uładzie serowania z silniami roowymi. Główną cechą uładu jes serowanie w rybie micro-sep. Uład jes częso sosowany z powodu nisiej ceny oraz możliwości pracy w różnorodnych onfiguracjach sprzęowych i programowych [5].

66 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny Główne cechy ary [7]: możliwość jednoczesnego serowania w rzech osiach; możliwość definiowania rybu pracy od rou pełnego do rybu microsep; zinegrowany sysem chłodzący oraz uład ochrony przed przegrzaniem; zasilanie logii ary napięciem pobieranym z ompuera PC; serowanie napędami silniów roowych bipolarnych; napięcie zasilania napędów w zaresie od V do ma V dosarczane z zewnąrz; masymalna warość prądu A; przełączalne informacyjne wejścia izolowane opycznie; wolne wejścia do wyorzysania izolowane opycznie; wyjście V/A; możliwość programowania w języu wysoiego poziomu i serowania przerwaniami; możliwość insalacji w razie porzeby dodaowych ar przez zmianę usawień sysemowych ompuera obsługującego; wyjścia oraz zasilanie napędów informacyjne wejścia przełączalne podłączone są do 5-pinowego gniazda; możliwość podłączenia wejść i wyjść również przez gniazdo 9-pinowe. W celu poprawnego działania ary należy w ompuerze dodać również specjalną arę IRQ generującą odpowiednie przerwanie do obsługi onrolera... Driver ary serującej Koncepcja driver a serującego pozycjonerami opiera się na serowaniu ompuerem PC. Za pomocą sysemu przerwań onrolera realizuje się wszysie onieczne funcje do serowania procesem. Programowanie polega na poleceniach usalających przerwania z odpowiadającymi im paramerami. Wśród ych poleceń wyróżnić można funcje porzebne dla samego serowania aie ja: inicjacja definicje uładów odniesienia inerpolacja liniowa ołowa ip. W en sposób połączenie zwyłego ompuera PC z obsługującym sysemem MS- DOS ara onrolera serującego MPK- oraz zasosowany driver worzą ompleny sysem serowania [5]. Segmen przesunięcia opisywany jes jao rzywa órą zareśla narzędzie w czasie przesunięcia od punu począowego aż do punu ońcowego. Jeżeli rzywa zosała wcześniej zdefiniowana wyorzysuje się wedy inerpolację liniową lub ołową. Dodaowo wyorzysuje się zw. segmen PTP poino-poin. Z powodu isniejących bezwładności oraz ograniczeń prędości i przyspieszenia dla porzeb inerpolacji generuje się odpowiedni profil prędości i przyspieszenia w zależności od ypu użyego uładu. Robi się o a aby zapobiec przejazdowi narzędzia obróbczego poza pun oreślony w inerpolacji.

67 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Najławiejszym do uzysania przez silni roowy profilem prędości jes profil rapezoidalny. Z wyorzysaniem zasosowanej do sworzenia driver a inerpolacji możliwa jes zmiana prędości przejścia ilu segmenów przesunięcia w zaresie od % do % [7]. W zależności od wybranego narzędzia oraz profilu prędości może nasąpić szybie lub wolne zrealizowanie segmenu przesunięcia. Kompuer i ara serująca nie mogą działać jednocześnie. Kara ma priorye nad ompuerem serującym. Kompuer pracuje w le ary. Dlaego eż zaprojeowany driver wyonuje przesunięcie segmenu w le serowania ompuerowego. Dla więszości sygnałów przerwań driver jes aywowany na bardzo rói czas ponieważ zadania óre wyonuje wymagają również bardzo małego przedziału czasu. Czas może się wydłużyć ylo przy przesunięciu samego segmenu. W aim przypadu sygnał przerwania ma czas ylo na przeazanie driver owi paramerów jaie opisują segmen przesunięcia. Po ym program użyownia ponownie przejmuję onrolę nad procesem z poziomu PC i driver przechodzi w ryb pracy w le. Inerpolacja realizowana jes dla ażdej ze serowanych osi w rybie auomaycznym. Wychodzi się wedy z warości paramerów. Kiedy segmen przesunięcia dorze do ońca driver przechodzi do rybu dezaywacji óra wymaga inerwencji z poziomu użyownia. Program użyownia pozwala na omuniowanie się pomiędzy użyowniiem a driver em poprzez sysem zdefiniowanych przerwań. Można je moniorować wyświelając: bieżącą pozycję prędość ewenualnie zmianę ej prędości lub przerwania w obsługiwanym procesie. Program użyownia może również wyorzysywać dane porzebne do przygoowania danych opisujących nasępny segmen przesunięcia j. odczyanie danych i zamiana ich do odpowiedniego formau. Z ego powodu nie jes wsazane aby procesor serujący zajmował się ylo obliczaniem pozycji napędu pozycjonującego ewenualnie oreśleniem prędości olejnych przejść. Może o zwięszyć czas wsępnych obliczeń ompuera serującego. Może o również wpływać na ciągłość przejść do zaprogramowanych olejno punów przesunięcia. Przedział czasu pomiędzy dwoma olejnymi rozazami powinien zawierać się w granicach od 5 do ms [7]. Sysem formowania zazwyczaj używany jes do obróbi w przesrzeni obieu ze zdefiniowaniem onurów ewenualnie ścieżi narzędzia rajeoria obróbi laserem. Ława jes realizacja onurów prosych prosoąy oręgi ip. dzięi użyciu odpowiednich funcji wbudowanych w sam driver óre porafią podzielić dany onur na segmeny sładowe. W przypadu bardziej złożonych szałów więszości procedur nie daje się wyonać. Wedy zwyle używa się oprogramowania ypu CAD lub innego programu do rysowania i edycji szału aby orzymać wymagany onur. Program wedy samodzielnie rozdziela dane odwzorowanie na pojedyncze segmeny sładowe i na podsawie aiej geomerii orzymujemy pli ze zdefiniowaną ścieżą obróbi narzędzia. W momencie iedy posiada się inerpreaor zdalnego odczyywania onwersji na 5

68 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny funcje rozumiane dla driver a nie ma problemu z definicją ażdego żądanego onuru czy rajeorii. Wadą aiego podejścia jes używanie różnorodnych formaów zapisu pliu oprogramowania z rodziny CAD przyładowo HPGL- ADI- NCI- DIN- ip. Rys. 9. Sysem onrolera z różnymi onwererami i jednym inerpreerem Dlaego isnieje porzeba sosowania różnych inerpreaorów. Aby o pogodzić sworzono specjalny forma Isel Inermediae Forma rys. 9 [5]. Plii o różnych sruurach zmieniane są przez odpowiednie onwerery i dosarczane do driver a serującego. Isel Inermediae Forma jes w formaem napisanym w odzie ASCII. Każdy rozaz ma osobną linię. Każda z linii posiada numer i olejno insrucje i rozazy idenyfiujące od na podsawie órych generowany jes ruch zmiana narzędzia rozazy aywujące i dezaywujące pory ip... Konroler serujący pozycjonerami planarnymi Do porzeb serowania mecharonicznym uładem pozycjonującym wyorzysywanym w sysemie formowania obieów D i D w szle opracowany zosał onroler serujący napędami bezpośredniego działania Planar TM [5] [8]. Przeznaczony jes on do niezależnego serowania dwoma silniami roowymi działającymi do warości prądu równej 5A. Konroler posiada cyfrowe izolowane wejścia cyfrowych nie izolowanych z ampliudą jedyni cyfrowej do W oraz 8 cyfrowych nie izolowanych wyjść ypu owary oleor z masymalną warością prądu do 5mA. Dana onfiguracja pozwala na podłączenie sensorów położenia a aże wyorzysuje wejścia i wyjścia jao dosępne do programowania danego procesu serowania. Wśród głównych echnicznych paramerów charaeryzujących opracowany onroler można wyróżnić [8 8]:

69 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle uład oparo na cyfrowym sygnałowym procesorze ADSP8 firmy Analog Divices; równoległe czasowe serowanie dwoma roowymi uładami pozycjonującymi; języ wysoiego poziomu opisujący przemieszczenia; programowe zadawanie warości prędości i przyspieszeń przemieszczenia współrzędnościowego uładu pozycjonującego; możliwość obróbi zadań wejścia-wyjścia równocześnie z realizacją przemieszczeń; liniowa oraz ołowa inerpolacja; dwa driver y dwufazowych silniów roowych z masymalną warością prądu do 5A; elasyczne zadanie masymalnej warości prądu w fazie dla ażdego z silniów; opoizolowane wejścia cyfrowe; cyfrowych wejść z masymalnym naężeniem logicznej jedyni do W; 8 wyjść ypu owary oleor z dopuszczalnym obciążeniem do 5mA; driver silnia posiada ochronę przed róimi warościami obciążeń spadami warości zasilania oraz wpływami przeciążeń cieplnych; inerfejs łączący z ompuerem lasy osobisym lasy IBM ypu RS/ RS85 z prędością przesyłu do 57 bi/s przy zasosowaniu opoizolacji; zasilanie od 8W do W; robocza emperaura esploaacji onrolera: od do C; wymiary: 5 mm. Opracowany onroler może być sosowany w zaawansowanych echnicznie uładach złożonych z wielu napędów. Możliwości programowania paramerów saru i zarzymywania silnia oraz zasosowanie enoderów zapewniają niezależne i równoległe w czasie serowanie z uwzględnieniem warunu opymalizacji zadawanej rajeorii. Wyorzysanie specjalizowanej ary onrolera pozwoliło na opracowanie sysemu serowania zapewniającego uzysanie wysoich paramerów doładności pozycjonowania [5]. Spełniony jes zaem warune sosowania go w laserowych urządzeniach grawerujących... Inne rozwiązanie onrolera serującego pozycjonerami planarnymi Do budowy zamnięego uładu serowania pozycjonerem zbudowanym na bazie napędu planarnego opis w rozdziale.. wyorzysano specjalnie apliowaną do ego celu arę serującą UC 8 produowaną przez firmę Ruch Servomoor. 7

70 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny Wśród głównych echnicznych cech charaeryzujących prezenowany uład wyróżnić można [58 9]: możliwość serowania uładami pozycjonerów oparych na liniowych napędach roowych oraz napędami synchronicznymi; możliwość pełnego serowania w czerech servoosiach np. sysem poralowy X X Y Z ; programowa inerpolacja dla sensorów pracujących z rozdzielczością do 9; wejścia ypu RS- dla sinusoidalnych sensorów położenia; 8 analogowych wyjść bipolarnych Bi V dla zadawania warości prądu lub prędości w ażdej z osi; galwanicznie połączone wejścia V dla przełączniów rańcowych; możliwość podłączenia ilu ar do ej samej szyny..5 Sensory położenia Aby możliwy był wpływ na mechaniczne zachowanie się zespołów elemenów onsrucyjnych id. w zależności od sanu sysemu onieczny jes pomiar isonych wielości opisujących en sysem. Ja ażdemu sysemowi pomiarowemu a i sensorom sawia się wiele wymagań podsawowych óre umożliwiają pomiar. Przedsawiają się one nasępująco [5]: wewnąrz obszaru pomiarowego musi nasępować jednoznaczne i odwarzalne odwzorowanie wielości wejściowej w wielość wyjściową; wielość wyjściowa musi zależeć ylo od wielości wejściowej a nie od innych wielości; sysem pomiarowy musi wyazywać pomijalnie małe oddziaływanie zwrone na wielość mierzoną; liniowe odwzorowanie wielości wejściowej w wielość wyjściową; linearyzacja może nasępować również przez analogowe lub cyfrowe przygoowanie sygnału; nieczułość na załócenia eleromagneyczne; normalizacja sygnału wyjściowego; ławe zasilanie prądem; możliwość onroli funcji albo bezpośredni na sensorze albo przez zdalne odpyywanie próbowanie. Do głównych paramerów charaeryzujących sensory zaliczyć można [5]: zares pomiaru zares warości wejściowych óre mogą być odwzorowane na dopuszczalnym zaresie warości wyjściowych; 8

71 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle rozdzielczość paramer dający informację o ym ja bliso obo siebie mogą leżeć dwie warości pomiarowe aby w sygnale wyjściowym mogły być odbierane jeszcze jao dwie oddzielne warości pomiarowe; doładność pomiaru przy wymaganej doładności pomiaru ierować się należy wyłącznie celem pomiaru; regułą empiryczną dla sysemów mecharonicznych jes że doładność pomiaru powinna być ooło jeden rząd wielości lepsza niż wymagana doładność nasawiania aora..5. Konsrucja sensora położenia Elemen Halla KSY firmy Siemens [8] zasosowany do budowy sensora położenia dla sysemu przemieszczeń zbudowano na monoryszale GaAs rys.. Charaeryzuje się on: wysoą czułością wysoą emperaurą pracy małym współczynniiem błędu liniowości charaerysyi nisą inducyjnością omponenów małym gabaryem możliwością podłączenia z jednej srony do obwodu druowanego. Sprawia o iż nadaje się do zasosowania w uładach: pomiaru prądu i mocy; pomiaru warości pola magneycznego; serowania i onroli napędów prądu sałego z odczyem ąa obrou i aualnej pozycji; oreślania przesunięć i warości nacisu. a b * wymiary podane w [ mm ] Rys.. Elemen Halla KSY firmy Siemens a zasosowany do budowy sensora położenia b ogólny wido sensora W abeli zamieszczono wyaz paramerów charaeryzujących elemen Halla yp KSY gwaranowanych przez producena przy emperaurze pracy TA5 C [8]. We współrzędnościowym uładzie przemieszczeń sensor położenia jarzma w sosunu do zębowej geomerii saora przedsawia się jao inremenalny eleromagneyczny przeworni położenia zębowej magneycznej sruury biegunów sensora w odniesieniu do ferromagneycznych biegunów 9

72 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny saora. Konsrucyjnie sensor przeznaczony jes do bezpośredniego wsawienia do modułu napędu a jego uład magneyczny obliczony jes dla roboczej magneyczno - powierznej szczeliny mieszczącej się w przedziałach od µ m do 5 µ m. Zamieszczona w dalszej części rozprawy analiza onsrucji opracowana zosała m.in. na podsawie prac ŻARSKIEGO []. Informacyjny sygnał wyjściowym sensora usawiony jes jao sandardowy inerfejs sygnałów o przebiegu funcji sinus i cosinus o mocy W jednoznacznie przydzielających położenie jarzma w sosunu do zębowej sruury saora napędu z rozdzielczością µ m. Tabela. Paramery elemenu KSY Paramer Symbol Zares warość Temperaura pracy TA C Prąd dosarczany I ma Nominalna warość prądu dosarczanego IN 7 ma Czułość owarego obwodu KB V/AT Napięcie owarego obwodu Halla I IN B. T V mv Liniowość napięcia Halla B...5 T B... T FL ±. % ±.7 % Oporność wejścia B T R...9 Ω Oporność wyjścia B T R...5 Ω Temperaurowy współczynni napięcia owarego obwodu Halla I IN B. T Temperaurowy współczynni wewnęrznej oporności B T TCV TCR R ~. %/K ~. %/K Inducyjny achomer słada się z dwóch Π szałowych magneycznie mięich rdzeni pomiędzy órymi umieszczony jes magnes sały. Na rdzeniach ych umieszczone są uzwojenia. Niedogodnością aiego rozwiązania wynia z fau że sygnały informacyjne zależą nie ylo od położenia ale eż od prędości przemieszczania. Wobec ego sygnał wyjściowy aiego magneycznego sysemu posiada znaczny współczynni nieliniowego znieszałcenia. Wydzielając z dosaeczną doładnością z achomeru sładową pozycji orzymamy złożone sprzęowo i programowo zadanie. Znane są również urządzenia zawierające Π szałowy magneowód oraz magnes sały zrealizowane w posaci płasiej prosoąnej płaszczyzny rozłożonej na wewnęrznej sronie napędu. Niedosaami aich elemenów przy wyorzysywaniu ich jao sensorów położenia jarzma napędu liniowego jes zależność informacyjnego sygnału zarówno od prędości ja i położenia samego jarzma. Wszyso o wpływa na zwięszenie niedoładności rejesracji położenia jarzma współrzędnościowego sysemu przemieszczeń ponieważ przy zarzymaniu napędu informacyjny sygnał aiego sensora równy jes zero. 7

73 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Najbardziej odpowiednim do zasosowania we współrzędnościowych sysemach przemieszczeń jes sensor położenia jarzma napędu planarnego zawierający dwa Π szałowe magneowody boczniowane magnesem rwałym. Magneowody zrealizowane są z rzech części pomiędzy órymi wsawione są elemeny Halla []. Niedosaiem ego rozwiązania jes obecność hiserezy sygnałów informacyjnych co łumaczy przemagnesowanie Π szałowych magneowodów. Przemagnesowanie przejawia się w ym że sygnał informacyjny mimo że w mniejszym sopniu niż w wyżej wymienianych uładach zależy również od prędości przesunięć jarzma. Obecność szczeliny powierznej w órej wsawiony jes elemen Halla sprawia że ampliuda informacyjnego sygnału niemal o rząd wielości jes mniejsza od sałej sładowej. Fa en prowadzi do nisiej sabilności emperaurowej paramerów doładnościowych. Dla podwyższenia merologicznych paramerów sensora zapewnienia możliwości wyorzysanie sensora w liniowych planarnych sferycznych i cylindrycznych magneo-elerycznych napędach bezpośredniego działania proponuje się onsrucję sensora położenia jarzma napędu sładającą się z dwóch zesawionych Π szałowych magneowodów. Na biegunach rdzeni ażdego z magneowodów uworzone są zęby różnych grup współrzędnych óre równe są a ± 5 Z gdzie: a dowolna liczba całowia Z ores powarzalności zębów oraz dwa przewornii inducji magneycznej. W jedną z zesawionych części Π szałowych magneowodów olejno wbudowany jes magnes sały. Naomias przewornii inducji magneycznej onsrucyjnie wsawione są bliżej pary jednoimiennych biegunów magneycznych rdzeni pary magneowodów a że sygnał wyjściowy ych przeworniów jes wpros proporcjonalny do różnicy magneomoorycznej siły ych biegunów magneycznych. Sensor położenia dodaowo wyposażony jes w rzeci idenyczny do dwóch pierwszych magneowodów oraz przeworni inducji magneycznej w posaci elemenu Halla rys.. Magnes sały może być bezpośrednio wbudowany w grzbie Π szałowego magneowodu ja i również w jeden z jego rdzeni. Przesrzenne przesunięcie zębów pary jednoimiennych biegunów magneowodów położonych naprzeciw siebie może być rozwiązane onsrucyjnie przy magneycznym przesunięciu uwzględniając warune a ± 5 Z. Magnes sały zrealizowany jes z wysooefeywnych maeriałów dla przyładu ze sopu samarin - obal. Części rdzeni i grzbieów Π szałowego magneowodu mogą być zbudowane ze zwarego magneycznie mięiego maeriału na przyład elerosali co pozwala na leą zmianę przesunięcia zębów w płaszczyźnie równoległej ja i prosopadle w ierunu grzbieu magneowodu. Π szałowe magneowody mogą być rozmieszczone w zależności od onfiguracji jarzma: w płaszczyźnie - jeden za drugim w równoległych płaszczyznach przednich granic rdzeni ja również i w linii na płaszczyźnie zbiegającej się z przednimi granicami ich rdzeni. Powierzchnia opisująca grzebień zębów 7

74 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny biegunów magneycznych rdzeni Π szałowych magneowodów zrealizowana jes w posaci powierzchni saora napędu liniowego. Dla wyorzysania sensora w planowanym napędzie roowym Π szałowe magneowody można rozłożyć a że bieguny ich rdzeni leżeć będą na ołowym pierścieniu. Dla aich zasosowań sensor zrealizowano a aby płaszczyzna grzebienia zębów N S biegunów była w posaci ołowego wycina. Wariany zasadniczej onsrucji sensora położenia jarzma magneoelerycznego napędu roowego przedsawiono na rys. []. Zębowa sruura saora Magneowód sensora Kierune przemieszczania Magneowód sensora Magneowód sensora Kierune przemieszczenia Magneowód sensora Rys.. Budowa sensora położenia współrzędnościowego sysemu przemieszczeń bezpośredniego działania Bazowa onsrucja sensora położenia zawiera rzy zesawione Π szałowe magneowody w ażdy z órych bezpośrednio wsawiony jes magnes sały NS. Między magneowodami parami rozmieszczone są elemeny Halla HS wcześniej dobrane w zależności od prądów przesunięcia. Rys.. Schema sruuralny W odniesieniu magneycznym sensor Halla włącza się w przeciwfazie dla ompensacji w rdzeniach sałych sładowych srumieni magneycznych. Taie onsrucyjne rozłożenie elemenów Halla zapewnia pomiar różnych poencjałów magneycznych w sąsiadujących magneowodach wyłączając współfazowe 7

75 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle sładowe w procesie przesunięcia od dynamicznej zmiany magneycznopowierznej szczeliny w napędzie. Działanie proponowanego sensora rozparzone będzie na przyładzie zasosowania go w planarnym magneoelerycznym napędzie. Napęd planarny posiada ferromagneyczny zębowy saor oraz jarzmo. Saor zrealizowany jes w posaci arusza z ferromagneycznego maeriału ze żłobami górnej powierzchni wypełnionych maeriałem niemagneycznym. Żłobi rozłożone są w ierunu osi X Y uładu współrzędnych. Podczas pracy napędu na jego jarzmie umieszczone są rzy sensory położenia dwa dla przyładu wzdłuż współrzędnej X a jeden wzdłuż współrzędnej Y rys. [ 5]. Dwa sensory położenia na jednej z osi napędu pozwalają na pomiar różnicy wsazań na podsawie órej oreśla się przesunięcie jarzma napędu i wprowadza się orecję wyorzysując do ego celu niezależny algorym serowania. Praycznie sensory położenia już na eapie przygoowania jarzma napędu są na sałe wmonowywane w jego orpus. Aby X -owy Y -owy sensor nie rejesrował przemieszczeń w ierunu orogonalnym długość zębów wybierana jes po wielości całej liczby oresów rozłożenia zębów. Robocza szczelina między jarzmem a saorem zapewniona jes dzięi poduszce powierznej w ogólnym przypadu różnych ypów łożys aerosaycznych. Dla wyworzenia poduszi powierznej do jarzma dosarczane jes sprężone powierze. Siła przyciągania wyworzona przez magnesy sałe jarzma do saora przy ym równoważy się siłę odpychania wyworzoną przez sprężone powierze i przez o jarzmo pływa nad saorem. Jarzmo przemieszcza się wzdłuż saora w wyniu oddziaływania eleromagneycznego magnesów jarzma z zębową sruurą saora.. Serowanie Komponeny eleronicznego sysemu informacyjnego w połączeniu z omponenami mechanicznego sysemu wyonawczego óre będą szerzej omawiane w dalszej części pracy pozwalają poprzez zapewnienie odpowiednich połączeń między nimi oreślić sosowane ułady serowania pozycjonerami aparau ruchowego... Serowanie w uładzie owarym Schema sruuralny owarego uładu serowania współrzędnościowymi napędami pozycjonującymi laserowego sysemu formującego rójwymiarowe obiey przedsawiono na rys.. Tai rodzaj serowania realizuje się wyorzysując przedsawioną poprzednio arę serującą MPK-. Wsawia się ją bezpo- 7

76 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny średnio w por ISA ompuera z órego podawane są omendy serujące pracą uładu pozycjonującego. Kara serująca MPK- obsługiwana jes przez sysem operacyjny MS Windows ompuera PC. Wyjście z ary MPK- podłącza się do blou zasilającego ułady napędowe. Blo en pozwala na jednoczesne podłączenie rzech osi uładu pozycjonera. Pozwala o na realizację serowania w rzech wymiarach a co za ym idzie na wygenerowanie dowolnej rajeorii obróbi w przesrzeni obrabianego obieu szła. Programowalny rzy-anałowy imer Inerrup Generaing Board - firmy CS&IE umożliwia obsługę odpowiedniego przerwania wymaganego do pracy w momencie zainsalowania ary. Konieczne jes o dla zapewnienia wysoiej rozdzielczości imer a 5- µ s przy serowaniu w czasie rzeczywisym. Zainsalowany driver jes w pełni onfigurowalny dzięi apliacji dosarczonej razem z nim. Możliwe jes oreślenie liczby osi jaimi chce się serować od do oreślenie obszaru roboczego zadanie warości prędości i przyspieszenia dla normalnej pracy oraz przy inicjalizacji uładu. Dodaowo driver pozwala na łączenie części rajeorii zmniejszając przy ym warości prędości i przyspieszenia w zadanym cylu pracy pozycjonera. Dla zapewnienia płynnych przesunięć aparau ruchowego pozycjonera przy serowaniu z oreśloną rajeorią możliwa jes onfiguracja rapezoidalnego profilu prędości i przyspieszenia. Zainsalowany driver pozwala na przesłanie danych do wirualnego ploera w języu HPGL. Na ich podsawie generowane są omendy serujące pozycjonerem. Rys.. Schema uładu serownia owarego jednoosiowym pozycjonerem Driver bierze udział w procesie renderowania obieów razem z GDI Graphical Device Inerface sandard dla reprezenacji obieów graficznych oraz przesyłania ich na urządzenia wyjściowe np. ploery moniory ec.. Daje o dane w formacie HPGL. Implemenuje się je zgodnie z cechami oreślonych maszyn i urządzeń o różnej sruurze i funcjonalności zwyłego ploera bliższej peryferiom ompuerowym. 7

77 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Po zrenderowaniu srony driver wysyła dane w rybie on-line do peryferii Windows. Możliwe również jes przeierowanie danych do pliu lub do danych przewarzanych na bieżącą. Driver implemenowany jes dla ploerów Windows. Zawiera opcje dla rysowania ja i eż dla samego urządzenia. Driver pracuje z danymi w posaci weorowej. Dzięi narzędziu weorowej inensywności barwy odróżniana jes barwa oloru [87]. Dla sysemu laserowego grawerowania od srony użyownia można zdefiniować: prędość i przyspieszenie sysemu współrzędnościowego dla procesu obróbi oraz moc narzędzia wiązi laserowej dla ażdej z długości wiązi. Użyowni poza ym ma możliwość zdefiniowania ypu oraz rozmiaru przesrzeni roboczej... Zamnięy uład serowania z sensorem położenia Serowanie proponowanym do zasosowania w dalszej części pracy pozycjonerem planarnym w urządzeniu do laserowego grawerowania szła realizowane jes w zamnięym uładzie serowania. W pęli sprzężenia zwronego obrabiana jes informacja pochodząca z wbudowanego do uładu pozycjonera sensora parz rozdział.5. Schema sruuralny uładu serowania zbudowany jes na bazie procesora sygnałowego TMSCPCM przedsawiono na rys. [5 9]. Rys.. Schema sruuralny sysemu serowania W sład sysemu wchodzą: ara obliczeniowa na bazie ryszału TMSCPCM z peryferiami ROM i RAM o pojemności Mb deszyfraora adresów urządzenia wewnęrznej szyny sysemowej; 75

78 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny ary pozycjonującej inerfejsu z analogowo cyfrowymi przeworniami i liczniami wadraury; ara formowania zadania z przeworniami cyfrowo analogowymi; ara wzmacniaczy źródeł prądu; blo zasilania siłowego i sysemowego. Moc obliczeniowa procesora MFLOPs jes wysarczająca dla serowania czeroma osiami współrzędnych z elerycznym zamyaniem oleora lub dla sześciu osi uładu owarego. Przy ym główny cyl serowania mieści się w przedziale µ s. Wszysie programy serujące zapisywane są w pamięci RAM i po włączeniu onrolera przenoszone są do pamięci ROM z małym czasem dosępu. Po sarcie program przechodzi do rybu oczeiwania i inerpreowania wszysich dosępnych poleceń z inerfejsu RS - rys. 5 [5]. Po poleceniach sysemowych możliwe jes nasawienie paramerów regulaora oraz charaerysy pracy części sprzęowej. Po pojawieniu się poleceń przemieszczenia zachodzi najpierw obliczanie rajeorii z zadaną prędością i przyspieszeniem oraz budowane są rapezy inerpolujące zadaną prędość przemieszczeń na podsawie órych generowana jes obróba. Prądy fazowe na podsawie obliczeń przyrosów przeazywane są do przewornia cyfrowo-analogowego i dalej wzmocnione przeazywane do uzwojeń jarzma napędu bezpośredniego działania. Rys. 5. Algorym cylu głównego 7

79 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 77 Przy serowaniu fazowym przyrosy fazy serujących prądów orzymywane są według niżej przedsawionego algorymu []: ; / ; / ; / M M E M M B M M A V X X A V X X A V T 99 ; / ; ; / T A X X X X X V X X T T M B l l B M < < ; ; T T V X X X X X M l l < < / ; T T A T T V X X X X X M M E l < < gdzie: B X i E X - począowe i onieczne wielości przemieszczenia; M A i M V - masymalne wielości prędości i przyspieszenia; l X - obliczone wielości położenia według inerpolaora w i - ych inerwałach czasu; T - dysrene inerwały czasowe. Prąd w fazach A i B oreśla się według nasępującej zależności: / / cos / cos / / sin / sin K T X K T X I I K T X K T X I I Z l Z l M V Z l Z l M U π π π π gdzie: M I - warość ampliudy prądu fazowego; z T - ores nacięć; K - współczynni funcjonalnej orecji hodografu prądowego. Wejściowym serującym sygnałem dla inerpolaora przy ampliudowym serowaniu jes różnica między położeniem zadanym i bieżącą warością położenia oreślanym przez sensor położenia. Inerpolaor przy ym inerpoluje od począowej warości B X do ońcowej warości B X z obliczoną warością położenia l X według poniższego algorymu []:. / ; ; ; ; / ; ; / ; / ; / ; / T T A T T V X X X X X T T V X X X X X T A X X X X X V X X T T A V X X A V X X A V T M M l E l M l l M B l l B M M M E M M B M M < < < < < < Poniżej przedsawiono oznaczeniach zmiennych: F X - bieżące położenie z sensora; A I B I - prądy w fazach A i B; M I - wielość ampliudy prądu w przedziale 5A A;

80 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny I R n K D TZ - ores nacięcia 5 µ m; K - współczynni orecji rzeciej harmonicznej; K l - współczynni inegralny; K - współczynni wpros proporcjonalny; p K D - różniczowy współczynni. Regulaor PID dla obliczonej wielości prądu I R n w fazach ma posać: I R n Kl [ Xl n X F n ] K p[ Xl n X F n Xl n X F n ] [ X n X n X n X n X n X n X n X n ] l F l F l F l F 5 lub I n I R n [ Kl K p K D ][ X l n X F n ] [ K K ][ X n X n ] K [ X n X n ]. R p D l Prąd w fazach A i B przedsawić można zależnościami: I I A B I I R R sinπx cosπx F F / T Z / T Z F V K F V K F sinπx F cosπx D / T F Z / T Z l F F V / K F V / K ;. 7 Zależności funcjonalne oznaczone są jao: FV - orecja fazowa neuralnego oreora w zależności od prędości... π / ; V n X F n X F n - funcja prędości; K - współczynni oreślający wielość ampliudy funcji orygującej..7 Oprogramowanie Sculpor Oprogramowanie serujące procesem laserowej obróbi szła zaware jes w modelu mecharonicznego urządzenia przedsawionym w rozdziale. w posaci bloów: modeli maemaycznych algorymów serowania napędami pozycjonera oraz algorymów maemaycznych dysreyzacji obieów. Głównym zadaniem oprogramowania jes serowanie procesem obróbi na podsawie informacji danych dosarczonych przez operaora sysemu formowania obieów. W zależności od ego czy chcemy uformować obie dwu- czy rójwymiarowy wybiera się o ego celu odpowiednie edyory worzenia i edycji grafii. Przyładowo obiey dwuwymiarowe modeluje się w Corel PhooPain Adobe Phooshop oraz analogicznych. Warune onieczny jes ai aby odwzorowanie zapisane było w formacie *.bmp sandardowo czarno-białym punowym formacie dla sysemu Windows. Obiey rójwymiarowe przygoowuje się wyorzysując paie oprogramowania D SudioMAX w wersji. lub wyższej. Za 78

81 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle pomocą specjalnego oprogramowania scenariusza obie dzielony jes na warswy na órych naniesione są puny albo eż porywany siaą złożoną z punów a aby zgromadzenie punów odwzorowywało obie óry był pierwowzorem. Scenariusze umożliwiają między innymi [9]: rozbicie rzywych na puny z oreśleniem odległości między nimi w rybie ręcznym i auomaycznym do ażdego z elemenów oryginału; rozbicie obieów powierzchniowych na puny przy czym puny auomaycznie rozsawiane są ylo na powierzchniach a nie w obszarach obejmowanych przez nie; naniesienie punów wiązą naładającą siaę z równomiernym roiem między punami na powierzchni oryginału; espor punowych obieów do programu serującego procesem laserowego formowania obieów. Ta przygoowane dane wejściowe wyorzysywane są przez oprogramowanie serujące do budowania rajeorii obróbi szła przez wiązę laserową z zadanymi przez operaora paramerami. Oprogramowanie poza ym oddziałuje na pozosałe omponeny urządzenia grawerującego odpowiednio wpływając m.in. na sany aparau ruchowego pozycjonera XYZ oraz lasera obróbczego. Przewarza eż informację o procesie na podsawie danych orzymanych z uładu sensorycznego. Wymagania sawiane przed oprogramowaniem serującym procesem laserowego formowania obieów spełnia oprogramowanie Sculpor firmy CS&IE Daa Consuling [9 87]. Oprogramowanie o zosało specjalnie sworzone do serowania procesami obróbi laserowej i z ego powodu opiszę je w dalszej części pracy..7. Dlaczego oprogramowanie Sculpor? Oprogramowanie serujące Sculpor urządzenia do laserowego grawerowania szła słada się z dwóch podsawowych części: formowania odwzorowań dla grawerowania włączając w o przygoowanie edycję i budowanie omend serujących onrolerem urządzenia laserowego; bezpośredniego serowania urządzeniami wchodzącymi w sład sanowisa włączając w o możliwość nasawiania oraz serowania jego paramerami. Przy czym należy wymienić że cześć programowa realizuje nasępujące funcje: dysreyzację płasich odwzorowań odwzorowanie rasrowego obrazu do weorowego za pomocą worzenia geomerycznych obieów punów w ym punach przesrzeni w órych odpowiada częściom odwzorowania rasrowego przeszałcając nieóre przedziały jasrawości; 79

82 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny dyreyzację przesrzennych odwzorowań odwzorowanie rójwymiarowych obieów przez zgrupowanie punów óre swoim rozładem oddają zarys obieu; odwzorowanie orzymanego punowego obrazu z możliwością wpływania na nasawy paramerów obróbi; edycję orzymanego punowego obrazu z możliwościami przesunięcia obrou woół osi uładu współrzędnych a aże zmiany sali odwzorowania; nasawę paramerów części sprzęowej oraz serowanie laserowym urządzeniem oraz sysemem pozycjonującym w racie procesu echnologicznego. Oprogramowanie serujące Sculpor pozwala przy grawerowaniu obieów zmieniać nasępujące paramery: rozmiar szła w órym będzie wyonywany obie; pozycję obieu w rzech wymiarach w sosunu do globalnego uładu współrzędnych szła; obracać obie o zadaną warość ąa w sosunu do uładu współrzędnych szła lub innego przezroczysego dielerya; doładnie umieszczać obie w środu bryły szlanego półfabryau zachowując jednaową odległość od punów na rawędziach obieu do naprzeciwległych ścian szlanej bryły; odległość ognisowej soczewi obieywu. Rys.. Inerfejs użyownia programu Sculpor Oprogramowanie Sculpor na eranie ompuera odwzorowuje obie wewnąrz szlanego półfabryau w rzech płaszczyznach XY XZ YZ i całościowym widou formowanego odwzorowania w rzucie izomerycznym albo 8

83 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle perspeywie rys. a aże odwzorowuje salowaną siaę rójwymiarową w widou izomerycznym lub perspeywie albo dwuwymiarową przy widou w płaszczyźnie. Kro z jaim umieszczana jes siaa jes podawany przez operaora w milimerach. Dla serowania urządzeniami wchodzącymi w sład laserowego sanowisa do formowania obieów oprogramowanie związane jes z uładem pozycjonującym osiami XYZ na órego paramery bezpośrednio ma wpływ na obszar roboczy prędości i przyspieszenia przemieszczeń oreślenie punu zerowania oraz z uładem auomaycznego odczyu i zliczania liczby powsałych defeów w szle punów z órych worzone są powierzchnie worzące zamodelowany obie dzięi sensorowi umieszczonemu na współrzędnej Z. Puny zliczane przez sensor w procesie formowania obieu wyświelane są na eranie w posaci linii procenowego wyonania posawionego przed sanowisiem zadania. Wyni wyświelany jes w posaci danych saysycznych óre zapisują się do pliu i możliwy jes ich odczy po zaończeniu procesu grawerowania. W zaresie sysemów operacyjnych dla realizacji oprogramowania serującego wybrano szeroo sosowany sysem operacyjny Windows NT opracowany przez firmę Microsof [9]. Dla więszym możliwości była również wybrana plaforma Win óra umożliwia współpracę z innymi programami dla worzenia rójwymiarowej grafii oraz obróbi rójwymiarowej informacji. Do opracowania wybrano języ C i biblioei MFCL Microsof Foundaion Class Library óre są najbardziej odpowiednie pod względem mocy i możliwości dla opracowania ego ypu oprogramowania. Biblioea MFCL należy do fundamenalnych dla wszysich las sysemów operacyjnych z rodziny Microsof Windows opracowanych na podsawie języa C. Poprzez o możliwe jes wyorzysanie las obieów worzących ona programu umożliwiających sworzenie funcji menu oiene dialogowych a aże zapis sworzonych i obrobionych danych. Biblioea MFCL posiada sruurę zorienowaną obieowo dlaego eż ławo jes adapować dosępne lasy do realizacji posawionych zadań programowych worząc pisany przez programisę od elasycznym i dającym nowe możliwości echnologiczne realizowane przez sysem operacyjny. Włącza się w o programowanie pod sieci inerneowe z wyorzysaniem modułów AciveX i OLE [9]. Poza ym MFCL upraszcza pisanie programów obsługujących bazy danych przy jednoczesnym wyorzysaniu echnologii DAO Daabase Access Objec oraz ODBC Open Daabase Conneciviy a aże dla rozwiązań sieciowych echnologia Windows Soces. W en sposób sworzony program charaeryzuje się ym iż sandarowe lasy biblioe przypisane są do wszysich elemenów worzących oprogramowanie j. do pamięci pliów oien specjalnych elemenów serujące oraz elemenów inerfejsu użyownia. Przy ym nic nie ogranicza programisy w wyorzysywaniu pełnego paieu funcji sysemowych. Bi- 8

84 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny blioea wraz z pojawieniem się nowych wersji sysemów operacyjnych Microsof Windows współpracuje z wcześniejszymi wersjami jaie się pojawiły. Program Sculpor powsał w środowisu Microsof Visual Sudio. wyorzysując jego właściwości a przede wszysim: przyjazny inerfejs wysoiej jaości ompilaor sprzyjające środowiso do esowania sworzonego projeu. Głównymi problemami órych opracowanie niezbędne jes przy opracowaniu oprogramowania serującego są [9]: opracowanie modeli maemaycznych; oreślenie sruury danych; algorymizacja modeli z uwzględnieniem osobliwości wybranego insrumenu oraz przydzielenie sruury danych; przydzielenie sposobów współpracy omponenów części programowej związi między procesami inerfejs z częścią sprzęową. Dla opracowania oprogramowania serującego wyorzysano echnologię Doumen Wido óra wcześniej związana była wyłącznie z MFCL. Wyorzysując ą echnologię programisa na poziomie biblioe języa wardo może oddzielić dane od ich odwzorowania co pozwala sosować dowolną ombinację owarych oiene i odpowiadających im doumenów. Dane doumenu zapisywane są w przemiennej lasie uworzonej od CDocumen. Cały od związany jes z możliwościami zmiany ych danych realizacji różnego ypu algorymów doyczących ych danych. Dlaego eż dla ażdej lasy doumenów można sosować wiele ypów odwzorowania przedsawionych pooiem lasy CView. Technologia a pozwala od samego począu opracowania oprogramowania na niedopuszczenie do błędów związanych z pomyłami w odzie. Ja wiadomo jes o jeden z najczęściej popełnianych oncepcyjnych błędów w więszych opracowaniach oprogramowania. Przy ażdej ombinacji doumenów i odwzorowań isnieje jeszcze jeden omponen. Jes nim lasa odpowiadająca za ono właściciela w órym będę zaware wszysie odwzorowania dla danej ombinacji. Dużym plusem sosowania ej biblioei jes o że jes ona w posaci owarego odu z dużą zawarością omenarzy óry pozwala na eapie pisania zapobiec powsawaniu logicznych błędów. W więszej części realizuje się o w widou inerfejsu MFC przygoowanego odu oraz w zinegrowanym środowisu opracowywania. Wybór realizacji oprogramowania serującego urządzeniem do laserowego formowania rójwymiarowych obieów ściśle związany jes z jego częścią sprzęową. Możliwe są zaem dwa sposoby realizacji onrolera [9]: zewnęrzny onroler niedosaiem aiej realizacji jes obowiązowa porzeba uworzenia inerfejsu dla zbioru danych oraz obniżenie prędości wymiany informacji do prędości równej wewnęrznej szynie ompuera; wewnęrzny onroler ara do ompuera porzebuje slou rozszerzającego ompuer osobisy; przy ym wzrasa złożoność oprogramowania serującego i pojawia się porzeba opracowania driver a dla sysemu opera- 8

85 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle cyjnego. Opracowanie aiego driver a wpływa na ogólną sabilność sysemu operacyjnego dlaego eż wzrasają porzeby co do jaości opracowania. Z ego powodu czas opracowania i realizacji oprogramowania serującego znaczenie wzrasa. Omawiane w dalszej części rozprawy laserowe urządzenie grawerujące posiada zewnęrzny onroler sysemu pozycjonującego z własnym procesorem óry wyorzysuje prooół RS-C. Konroler podrzymuje buforowanie danych i wyonuje prosszą logię serowania onrolerem laserowego urządzenia w czasie wyonywania procesu echnologicznego. Serowanie silniami roowymi porzebuje wysoiej częsoliwości powyżej 8Hz. Częsoliwość lasera sysemu formowania obieów w szle odpowiada prędości pracy impulsowego lasera uwarunowane prędością pompowania - 5 lub punów na seundę. Dlaego inerfejsu RS-C nie oreśla się mianem wąsiego miejsca całego urządzenia. Ta ja od oprogramowania serującego nie wymaga się ryycznie wysoiej prędości działania o oddzielną porzebą jes szeroie sperum wyonywania operacji przy obróbce odwzorowań..7. Sruura oprogramowania Głównym modułem oprogramowania jes jego jądro. Realizuje ono czynności inicjalizujące wszysie obiey oprogramowania obiey OLE osobliwości inerfejsu i inne wyonuje obróbę paramerów w wierszach poleceń odczyuje paramery rejesru sysemowego i worzy odpowiednie ona dialogowe do nasaw paramerów sysemu. Oprócz ego jądro inicjalizuje dopełniający moduł DLL dla powiązania onrolera ze sanowisiem laserowym. Ważnym funcjonalnym bloiem oprogramowania są algorymy worzące i podrzymujące doumeny. Przez doumeny rozumie się bezpośrednie dane o obiecie w sosunu do órych przeprowadza się operacje modyfiujące. Blo przeprowadza inicjalizację wszysich paramerów niezbędnych do zapisu i serowania obieem przedsawionych jao zbiór punów do ys. i więcej. Zaleą specjalnie opracowanego algorymu pracy z wirualną pamięcią i serowania sronicowaniem fragmenacji jes wyeliminowanie problemu fragmenacji dużego zbioru punów. Algorymy zapisu i operowania doumenami są ściśle powiązane z bloiem filrów przeznaczonych dla onwerowania danych w celu przeszałcenia ich do wewnęrznego formau. Filry zaczynają działać w momencie odczyu danych z nośnia magneycznego a aże przy zapisie danych w dowolnym z obsługiwanych formaów. Do doumenu dodają się również nasawy realizowane w języu ODL Objec Descripion Languange óry o języ przeznaczony jes do opisu obieu jao syl omponenu modelu. Przygoowanie echnologiczne procesu laserowej obróbi obieu włącza w siebie jeszcze jeden ważny ro sorowanie punów [9]: 8

86 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny sysem powinien przejść przez wszysie puny przy warunu minimalnego sumarycznego przemieszczenia; począowo powinno obrabiać się najniższe puny poem wyższe ponieważ cześć dolna nie może być obrobiona w wypadu gdy pojawi się chociaż jeden pun defe powyżej gdyż energia wiązi laserowej formującej zosanie rozproszona na zrobionym wcześniej defecie i w rezulacie zgubi się informacje o danej części obieu. W związu z ym algorymy sorowania oazują się bardzo ważnym funcjonalnym bloiem. Oprogramowanie Sculpor auomaycznie zapamięuje wszysie wyorzysywane rodzaje maeriałów z ich współczynniami załamania w loalnej mirobazie danych. Baza a jes przedsawiona w posaci ablicy w órej realizowane są operacje wsawienia wyasowania i zamiany. Możliwe jes również wyorzysywanie innego pliu z goowymi paramerami używanych maeriałów. Funcjonalny schema bloowy opracowanego oprogramowania serującego przedsawiono na rys. 7 [9 58]. Rys. 7. Schema funcjonalny oprogramowania serującego Sculpor 8

87 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Dla lepszej esploaacji orzysa się z mechanizmów wielopooowej obróbi wyrysowania. W momencie iedy realizuje się wyrysowanie w buforze użyowni może przedłużać redagowanie odwzorowania. Przy worzeniu późniejszych zmian poo odświeżający główny adr odwzorowania zarzymuje się i serowanie przeazywane jes ylo a że uworzony poo oryguje w danym momencie odwzorowanie..7. Klasy doumenów wyorzysywanych do opisania i obróbi obieów Oprogramowanie Sculpor wyorzysuje nasępujące lasy doumenów do opisania i obróbi obieów [9]: lasa CsculporDoc; lasa odwzorowania CsculporView; lasa odwzorowania w perspeywie CISOView. Klasę CsculporDoc sworzono w oparciu o sandardową lasę MFC CO- LEServerDoc niosącą za sobą dużą ilość funcji doumenów oraz wszysie funcje loalnego serwera COM w posaci inerfejsu IDispach. Klasa opisuje obie zachowując dynamiczny zbiór nieograniczonej objęości mający przydzieloną wielość dla realizacji różnych modyfiacji. Oprócz zbioru zapisuje również dopełniającą informację o sruurze grawerowanego obieu: warości masymalnych i minimalnych współrzędnych we wszysich osiach uładu rozmiar przygoowanego obieu id. Klasa pozwala na dodanie nowych punów do zbioru isniejącego. Funcje za o odpowiedzialne przeprowadzają filrację informacji wejściowych i pozwalają podrzymywać jednolią zwięzłą formę danych opisujących obie. Klasa realizuje filrację dla odczyu informacji w rzech różnych formaach opisujących odwzorowanie [9]: binarny forma SCL pozwala na odczyywanie i zapis; esowy forma CFT onieczny dla ompaybilności z drugimi programami; forma rasrowy BMP mono olory. Dla poszczególnych formaów w danej lasie realizuje się dysreyzację dwuwymiarową. Operację aą można przeprowadzić z uwzględnieniem współczynnia sali obieu lub eż en paramer jes pomijany. Sosując dany forma można oreślić paramer algorymu przydzielony w wyniu przeszałcenia: płaszczyzny rzuowania oreślenie osi płaszczyzny w przesrzeni na órą należy przenieść dwuwymiarowy rasrowy obraz i współczynnia jasności poazującego jaa gęsość punów powinna być na danym wycinu obrazu aby z niej był wyworzony pun zbioru o oreślonym przeznaczeniu. Oreśla się również paramer odwracania barw obrazu. W ym przypadu pun będzie włącza- 85

88 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny ny przy osiągnięciu dosaecznej jasności onrasu. Przyład realizacji algorymu dwuwymiarowej dysreyzacji poazano na rys. 8. Rys. 8. Przyład zasosowania algorymu dwuwymiarowej dysreyzacji Rys. 9. Algorym odświeżania odwzorowania 8

89 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Klasa doumenów CSculporView różni się od sandardowej lasy CView. Obie lasy CSculporView posiada uprzywilejowany dosęp do obieów lasy CSculporDoc [9]. Wyorzysując en dosęp obie najpierw odczyuje zbiór danych obieu i wyorzysuje go do odwzorowania óregoolwie z widoów: z lewej srony z góry albo z przodu. Obie posiada paramery wyboru osi przesrzeni rójwymiarowej zgodnie z osiami współrzędnych ona w órym jes wyświelany. Rys.. Algorym współdziałania z onrolerem sysemu pozycjonującego część Klasa zapewnia możliwość zmian paramerów sceny: przesuwanie sceny w dowolnym ierunu zmiana współczynnia sali sceny w sosunu do cenrum odwzorowania. Głównym przeznaczeniem ej lasy doumenu jes zapewnienie dwuierunowego inerfejsu współdziałającego z używanymi doumenami dla pełnej możliwości podglądu i przedsawienia zmian przechowywanego obrazu. 87

90 . Komponen eleroniczny sysem informacyjny Rys.. Algorym współdziałania z onrolerem sysemu pozycjonującego część Klasa odwzorowania w perspeywie CISOView zapewnia generowanie odwzorowania obieu z uwzględnieniem widou z perspeywy. Dane odwzorowanie charaeryzują nasępujące paramery [9]: O cenrum obieu rozumie się pod ym pojęciem cenralny pun równoległościanu odwzorowanego płaszczyznami ograniczającymi obie; R odległość od amery do cenrum obieu; α ą nachylenia amery od osi OX u płaszczyźnie XY ; β ą nachylenia amery od płaszczyzny XY ; γ ą obrou amery według osi KO gdzie pun K położenie amery po przeprowadzeniu wszysich przeszałceń. Dla wszysich przeszałceń wyorzysuje się jednosową macierz obrou. Odczyywana ona jes jednoronie a zaem wieloronie przypisuje się ją do ażdego punu obieu. Przy odwzorowaniu nie wyorzysuje się dopełniającego algorymu przyśpieszającego odwarzanie rójwymiarowych odwzorowań. W obu lasach zarówno SCulporView ja i CISOView wyorzysuje się jednaową zasadę odświeżania odwzorowania. Przy odrysowywaniu odwzorowania na eranie wyorzysuje się mechanizm wielopooowej obróbi. Jeżeli w czasie ym wyniły jaieś zmiany o poo odświeżający główny adr odwzorowania zarzymuje się i serowanie przenia do zadanego poou odrysowujące- 88

91 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle go właściwe w danym momencie odwzorowanie. Schema bloowy algorymu odświeżającego odwzorowanie przedsawiony zosał na rys. 9 [9]. Po zaończeniu wszysich niezbędnych operacji przygoowujących odwzorowanie oprogramowanie omuniuje się z onrolerem sysemu przemieszczeń wyorzysując do ego celu sandardowy inerfejs RS-C. Schema algorymu współdziałania z onrolerem współrzędnościowego sysemu przemieszczeń przedsawiono na rys. - [9]. Oprogramowanie Sculpor zapewnia dysreyzację i odrysowywanie odwzorowania oraz pozwala na edycję orzymanego obrazu wyorzysując do ego celu operacje: przesunięcia obrou według osi współrzędnych a aże zmiany współczynnia sali odwzorowania. 89

92 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera Jednym z podsawowych zadań jaie należy rozwiązać przy pozycjonowaniu w urządzeniach do laserowego formowania obieów jes uzysanie oreślonych zaplanowanych ruchów przy dużej liczbie sopni swobody uładów worzących en ruch. Sosowane w ym celu aparay ruchowe napęd mechanizmy powinny być nie ylo prose ławo serowalne ale i aże zapewniać oczeiwaną doładność dynamię i niezawodność pożądanego ruchu. Zadanie o ma charaer inerdyscyplinarny. Rozwiązuje się je dziś środami mecharonicznymi. Efeywne wyorzysanie możliwości oferowanych przez laser obróbczy możliwie jes dzięi zasosowaniu elasycznego syemu przemieszczeń z możliwością serowania nim przez ompuer lasy PC. Elemenarną bazą do sworzenia aich zinegrowanych eleromechanicznie uładów są eleromagneyczne moduły przemieszczeń [5] zapewniające liniowe ąowe a aże inne złożone przemieszczenia w cylindrycznych sferycznych sysemach przemieszczeń. W rozdziale ym przeprowadzę analizę możliwych aparaów ruchowych pozycjonera. Uwzględnię przy ym onsrucję model maemayczny oraz osobliwości procesu wywarzania pozycjonerów. Zaprezenuję oncepcję adapacji isniejącego rozwiązania z wyorzysaniem napędów planarnych. 7. Analiza możliwych uładów pozycjonujących Parząc na urządzenie do laserowej obróbi szła z punu widzenia eorii maszyn i mechanizmów można oreślić je mianem regulowanego uładu wielociałowego wieloczłonowego wielobryłowego []. Punem wyjścia do aich rozważań są nasępujące założenia: isnieje możliwość pozycjonowania lasera ierune i orienacja wiązi pozycja punu roboczego; isnieje możliwość pozycjonowania obieu obrabianego. Regulowane ułady wielociałowe przedsawiają sobą modele zorienowane na funcję i opisują ważne funcje podsawowe: inemayczne ineyczne i mecharoniczne chodzi przede wszysim o powiązanie sensoryi algorymów serowania i aoryi ja również dalszych omponenów. Uład wielociałowy jes mechanicznym uładem zasępczym o nasępujących właściwościach [5]: słada się ze sończonej liczby N ogólnie biorąc szywnych ciał; 9

93 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle ciała aie połączone są biernymi elemenami mechanicznymi elemenami czynnymi i aywnymi; jednocześnie wysępują więzy inemayczne wymuszające waruni ograniczające swobodę ruchu całego uładu wielociałowego powsające od prowadnic przegubów ip; na ciała mogą działać zewnęrzne siły lub momeny. Wychodząc z aich założeń sworzyłem ogólny model urządzenia do laserowej obróbi szła jao uładu wielociałowego rys. []. Przesawiony model słada się z rzech ciał szywnych: dwóch związanych z laserem i jednego ciała związanego z obieem obrabianym. Pomiędzy ciałami z órych słada się laser głowicą laserową a uładem pozycjonującym wiązę obróbczą zachodzą więzy mechaniczne. Podobnie jes w wypadu całościowego rozparywania lasera i samego obieu obrabianego są one połączone więzami mechanicznymi z orpusem urządzenia. Zamnięcie uładu pomiędzy samym laserem a obieem obrabianym sanowi oddziaływanie opyczne bezsiłowe bezsyowe związane z laserową wiązą obróbczą. Dla czyelności modelu wpływ sił i momenów zewnęrznych zosał zaniedbany aczolwie nie wylucza się ich wpływu na ciała. Wychodząc z a przedsawionego modelu wielociałowego można założyć że wysępują w nim ciała człony o zmiennej długości laser obróbczy pozycjoner. Aby sworzyć opis przesrzenny a oreślonego ciała porzeby jes uład współrzędnych odniesienia. Nasępnie wprowadzane są ułady współrzędnych szywno związane z rozparywanym ciałem. Rozwiązanie zadania inemaycznego może być sprowadzone do obliczenia położenia prędości i przyspieszenia a wprowadzonych uładów współrzędnych. Rys.. Urządzenie laserowe do obróbi szła jao uład wielociałowy 9

94 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera Wyróżnimy przy ym inercjalny uład odniesienia uład bazowy pozycjonowania związany z orpusem urządzenia wewnąrz órego rozmieszczone są pozosałe ciała. Ruch ciał opisywany wedy byłby we współrzędnych inercjalnych lub współrzędnych bezwzględnych w odniesieniu do bazy. Ruch ciała uładu wielociałowego opisywany będzie współrzędnymi względnymi związanymi z ruchomymi uładami współrzędnych. Mówiąc o pozycjonowaniu lasera można wyróżnić loalne ułady pozycjonowania: wewnęrzne zmiana ognisowej wiązi formującej; zewnęrzne zmiana pozycji całej głowicy obróbczej. Dla przypadu obieu obrabianego wyróżnić można zewnęrzny uład loalny związany z samym obieem. Wychodząc z aiego oreślenia uładów pozycjonowania rys. [] sworzony zosanie ogólny przypade inercjalnego uładu odniesienia i powiązanych z nim loalnych uładów pozycjonowania lasera i obieu obrabianego rys. []. Rys.. Ułady pozycjonowania laserowego urządzenia do obróbi szła Rys.. Loalne ułady lasera i obieu obrabianego w globalnym inercjalnym uładzie odniesienia 9

95 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Taa posać uładu wielociałowego pozwala na analizowanie dowolnej onfiguracji pozycjonowania ciał lasycznymi meodami wyorzysywanymi np. w roboyce. Dopuszcza się sosowanie różnych rodzajów ransformacji a powsałych uładów współrzędnych worzenia mechanicznych uładów zasępczych o sruurze drzewiasej id. W zależności od rozparywanego przypadu pozycjonowania np. nieruchome narzędzie ruchomy obie obrabiany mogą być również unieruchomione loalne ułady odniesienia. Przy rozważaniach aa posać do analizy uładów pozycjonowania jes dosyć uogólniona a przy ym bardzo elasyczna do sosowania. Rozparując uład pozycjonowania można dojść do wniosu że możliwy uład pozycjonujący urządzenia do laserowej obróbi szła jes relacją pomiędzy uładem pozycjonowania obieu i uładem pozycjonowania lasera [ ]. Relację aą można zapisać jao funcję dwuargumenową uładu pozycjonującego UP UP f O L 8 gdzie: O argumen związany z obieem obrabianym; L argumen związany z narzędziem laserem. Argumen związany z obieem obrabianym ja i argumen związany z uładem pozycjonowania narzędzia obróbczego można rozparywać w uładzie arezjańsim biegunowym ja również dla danego argumenu możne pozycjonowanie nie zachodzić. W aim zapisie funcji uładu pozycjonującego wylucza się wypade w órym bra jes pozycjonowania obieu obrabianego i narzędzia obróbczego - wedy obróba nie zachodzi. Pozosałe możliwe zesawienia argumenów przedsawiono na rys. 5. Rys. 5. Możliwe ułady pozycjonujące urządzania laserowego do obróbi szła 9

96 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera Ja wcześniej wspomniano w prayce realizuje się dwa przypadi j. pozycjonuje się narzędzie w uładzie arezjańsim naomias obie obrabiany pozosaje nieruchomy bra pozycjonowania lub w uładzie arezjańsim pozycjonuje się obie obrabiany naomias narzędzie pozosaje nieruchome. Pozosałe onfiguracje uładów pozycjonowania nie są spoyane w produowanych obecnie urządzeniach do laserowej obróbi szła. Można raować je jao przypadi óre należałoby poddać analizie i zbadać ich przydaność w prayce wiedząc że w uładach arezjańsich zmieniają się długości członów naomias w uładach biegunowych zmianie podlegają ylo ąy długości członów pozosają niezmienione. 7. Charaerysya napędów z przeładnią śrubową używanych do budowy arezjańsiego aparau ruchowego Moduł liniowego silnia roowego pozwala w prayce ma masymalne uproszczenie onsrucji pozycjonera dając równocześnie możliwość salowania charaerysy mocy napędu. Niewysoi osz zaupu oraz późniejszej esploaacji zdeerminowały wybór pozycjonerów niemieciej firmy Isel do budowy współrzędnościowego uładu przemieszczeń zasosowanego do laserowych sysemów formowania obieów z częsoliwością impulsów 5Hz i Hz. Osie uładów pozycjonujących sworzone zosały na bazie hybrydowych silniów o wysoiej gęsości energii [7]. Charaerysycznymi cechami zasosowanych uładów są przede wszysim: możliwość pracy w uładzie unipolarnym i bipolarnym; możliwość serowania liczbą obroów w owarym uładzie serowania poprzez zmianę częsoliwości nasępowania roów; możliwość podłączenia enodera na drugim ońcu wału napędu opcjonalnie; serowanie pracą napędu poprzez ośmiożyłowe łącze; ą obrou wału jes wpros proporcjonalny do liczby impulsów wejściowych; bra umulacji małych błędów ąowych rou. Poza wymienionymi cechami należy podreślić ponado zaleę jaą jes możność zainsalowania napędu do uładu precyzyjnej przeładni śrubowej wbudowanej do aluminiowej obudowy dającej możliwość dzielenia rou pozycjonowania z błędem ±mm na długości pozycjonera L mm. Na obudowie przeładni bezproblemowo można umocować sół obróbczy ewenualnie drugi pozycjoner dzięi czemu jeseśmy w prosy sposób uzysać uład dwuosiowy XY. Uzupełnienie przedsawionego opisu sanowią: rys. oraz abela. 9

97 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Niedosaiem prezenowanego rozwiązania jes przede wszysim fa że wraz ze wzrosem wymagań doyczących prędości pracy mocy nasępny z yposzeregu napęd znacznie różni się od poprzedzającego wymiarem oraz masą. Rys.. Charaerysya pracy napędu MS- Tabela. Podsawowe paramery MS- Paramer J.m. Warość Momen urzymujący Ncm Ką rou pełnego sopnie 8 Napięcie nominalne V 7 Opór uzwojenia Ω Inducyjność uzwojenia mh Prąd uzwojenia A Klasa ISO - B Oporność izolacji przy 5V DC MΩ Klasa ochrony - IP Temperaura ooczenia pracy C - Momen bezwładności wirnia gcm 5 Obciążenie promieniowe d5mm/osiowe we/osiowe wy N /8/5 Ciężar g Średnica wały po sronie napędu mm 5 W przypadu onsruowania nieórych urządzeń nie zawsze jes o pożądane ze względu na chociażby ograniczoną przesrzeń insalacji napędu czy eż masę samego urządzenia. W aich przypadach należy zdecydować się na zasąpienie isniejącego rozwiązania innym alernaywnym. 7. Model maemayczny napędu silnia roowego z przeładnią śrubową Rozwiązanie prezenowane w rozdziale 7. można byłoby sprowadzić do ogólnego przypadu przedsawionego na rys. 7. Rozparując onsrucję ypowego silnia z przeładnią śrubową wyróżniamy nasępujące elemeny sładowe: mechanizm śrubowy prowadnice ślizgowe sół oraz właściwy silni roowy z możliwym reduorem. Równania sysemu opare na grafie sruuralnym [] dla aiego rozwiązania są nasępujące: Eleryczna część silnia di ωg L Ri U d n v f 9 95

98 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera gdzie: R L- opór i inducyjność silnia ωg - prędość n - współczynni przewarzania i - warość prądu w silniu. U f - napięcie wejściowe ąowa silnia v Rys. 7. Schema napędu silnia roowego z przeładnią śrubową Równanie przewornia eleromechanicznego silnia: ω M g n v U i n v gdzie: M- momen na wale silnia. Dla przeszałnia ruchu obroowego reduora mamy: ω M 5g n ω M n g gdzie: M - momen na wale wejściowym reduora M - momen na wale wyjściowym reduora n - przełożenie reduora. Równanie dla przeszałnia ruchu obroowego w posępowy mechanizmu śrubowego: w n ω f 7 g M n v v g gdzie: w 7 g - prędość sołu suporu M - momen na śrubie f - siła wzdłużna w śrubie M - momen na wale wyjściowym reduora nv - przełożenie mechanizmu śrubowego. Równanie dla części mechanicznej sołu ruchomego ma posać: 9

99 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle dm d w7 g K nω g nv gdzie: reduora M - momen w sprężynie K - szywność sręna sprężyny n - przełożenie - prędość ąowa wała wyjściowego reduora. ωg Równania współdziałających podsysemów mają sąd posać: m dw d 7g n v θ dω nθ n d M g n B w B n g n B B B B ω g n v M b w i n n 7 g v B n v w 7 g gdzie: m - masa sołu w 7 g - prędość sołu M - momen w obracającej się sprężynie B B- współczynnii dyssypacji śruby i łożysowania mechanizmu b - współczynni dysypacji prowadnicy ślizgowej θ- bezwładność wirnia silnia θ- bezwładność śruby mechanizmu ωg - prędość ąowa silnia B B- współczynnii dysypacji łożys silnia i reduora. San sysemu będzie definiowany przez weor sanu; przez zmienne sanu órymi są: ω g ^ w7 g X 5 M i 7. Charaerysya pozycjonera planarnego W przypadu urządzeń z laserami impulsowymi pracującymi z częsoliwościami roboczymi powyżej Hz oazało się że prezenowane w rozdziale 7. pozycjonery nie są w sanie sprosać sawianym wymaganiom w sosunu co do samego pozycjonowania. W związu z powyższym zaproponowałem zasąpienie uładu zaprezenowanym poniżej pozycjonerem planarnym rys. 8. Koncepcja rozwiązania z pozycjonerem planarnym zaprezenowana zosanie w rozdziale 7.9. Ogólne dane echniczne charaeryzujące prezenowany współrzędnościowy sysem przemieszczeń zamieszczono w abeli 5 [8 9]. Analizując nauową lieraurę doyczącą emayi silniów roowych można znaleźć m.in. aie opinie: liniowe silnii soowe mają więszą doładność i sprawność oraz lepsze charaerysyi dynamiczne w porównaniu z wirującymi silniami soowymi w połączeniu z mechanizmami przewarzania 97

100 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera ruchu obroowego na posępowy. cya za WRÓBEL [8]. Przyczyniem do aiego wyboru było również o że pozycjonery sworzone na bazie liniowych silniów roowych pozwalają na realizację złożonych współrzędnościowych uładów o dużej doładności przemieszczeń. Posiadają szeroi zares zmian paramerów ruchu oraz wysoą produywność. Charaeryzują się modułowością niezależnością serowania przemieszczeniami możliwością zaprogramowania cylu pracy zarówno w uładzie owarym ja i w uładzie serowania ze sprzężeniem zwronym. Tabela 5. Podsawowe dane napędu planarnego Paramer J.m. Warość Masymalny rozmiar saora [mm] 5 Ilość faz [sz.] ; ; Warość prądu serującego [A] 5±5; ± Masymalna prędość [m/s] 5 Masymalne przyspieszenie [m/s ] Powarzalność [mm* - ] Doładność pozycjonowania [mm* - ] ±5; ±; ±5 Rozdzielczość [mm* - ] ; ; ; 5; Szczelina powierzna [mm* - ] 5± Zares emperaury pracy [ C] 5 5 Rys. 8. Wido eleromagneycznopneumaycznego napędu planarnego Ciśnienie powierza [MPa] ± Użycie poduszi powierznej oddzielającej saor od induora pozwala na prayczną liwidację arcia w sysemie co gwaranuje sabilność paramerów charaerysy dynamicznych oraz zwięszenie oresu esploaacji urządzenia. 7.5 Analiza onsrucji napędu bezpośredniego działania Analizując nauowo-echniczną lieraurę można sprowadzić podsawowe zasady projeowania precyzyjnych współrzędnościowych sysemów pozycjonujących oparych na liniowych silniach roowych do nasępujących punów []: 98

101 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle ażdy elemenarny pozycjoner wchodzący w sład mecharonicznych współrzędnościowych sysemów przemieszczeń powinien posiadać auonomiczne anały do serowania i zasilania w celu realizacji zamierzonych echnologicznie charaerysy przesunięcie doładność prędość przyspieszenie niezależnie od innych pozycjonerów; orpus pozycjonera powinien mieć minimalną masę przy warunu masymalnej wardości i wyrzymałości zapewniać sabilność geomerycznych i roboczych paramerów powierzchni współrzędnościowego uładu przemieszczeń; sworzenie urządzeń wyorzysujących doładne pozycjonery z założoną liczbą sopni swobody powinno być opymalne pod względem: niezależnych przesrzeni inemaycznych oraz onsrucji uładów współrzędnościowych. Główna zasada przy budowie współrzędnościowych sysemów pozycjonujących na liniowych silniach roowych zawiera się w budowie sysemu magneycznego zapewniającego olejne wyyczanie sref zębów biegunów albo grup biegunów induora. W procesie omuacji uzwojenia uład magneyczny powinien zapewniać jednaowe srumienie magneyczne sref zębów napędu magneyczną symerię dla wyeliminowania drgań ampliudy jego siły ciągnącej [ ]. Współrzędnościowe moduły eleromagneyczne w wieloosiowym napędzie roowym budowane są z jednaowych eleromagneycznych modułów. Elemeny współrzędnościowego uładu podzielić można na []: elemenarny moduł - uład magneyczny z zębowymi biegunami fazowym uzwojeniem albo fazowym uzwojeniem serującym i źródłem wzbudzenia órymi mogą być same uzwojenia fazowe opływające sałą sładową prądu; elemenarnego modułu nie można rozdzielić na jednaowe części; moduł fazowy - słada się z jednego lub ilu elemenarnych modułów; słada się z minimalnej i dosaecznej liczby biegunów zębowych z wzajemnym przesunięciem zębów ze źródła wzbudzenia i uzwojeń fazowych przy omuacji órych nasępuje samoisne przemieszczenie modułu fazowego wzdłuż osi prosopadłej do nacięcia zębów. Współrzędnościowe eleromagneyczne moduły zawierają minimalnie dwa moduły fazowe rozłożone symerycznie w sosunu do środa masy. Przy czym w przypadu wzrosu liczby faz na przyład z dwóch do n doładamy idenyczne moduły fazowe z wzajemnym przesunięciem zębów w sosunu do pierwszego umiejscowionego. W celu zwięszenia siły ciągnącej dla przypadu prosego dołada się moduły fazowe bez wzajemnego przesunięcia względnego. Elemenarne moduły fazowe swoją onsrucją i założonym sposobem przedsawienia siły ciągnącej oreślić można według ypu i onsrucyjnych osobliwości całego współrzędnościowego uładu. Jao uład synchroniczny fazowe moduły mogą być: aywne reacyjne induorowo reacyjne i induorowe []. Analiza porównawcza różnych ypów fazowych modułów poazuje że we- 99

102 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera dług wielości dobroci dynamicznej w odniesieniu do masymalnej siły ciągnącej do masy modułu maso-gabaryowym i energeycznym wsaźniom najlepszy jes induorowy moduł fazowy ze wzbudzeniem od magnesu sałego. Do niedosaów onsrucji można zaliczyć: wzros ceny przy wysoiej jaości magnesie sałym wyonanym z drogich sopów meali ziem rzadich oraz obecność przesrzennej rzywej momenu synchronizującego drugiej harmonicznej nawe przy nieobecności nasycenia obwodu magneycznego zmniejszającej doładność pozycjonowania. Wobec ego że znieszałcenia przesrzennej rzywej siły są niewielie i znane są meody przeciwdziałania nim a aże w związu z ym że prędość przemieszczania napędu oazuje się jednym z isoniejszych paramerów wieloosiowe napędy roowe na bazie modułów induorowych ze wzbudzeniem pochodzącym od sałych magnesów znalazły szeroie zasosowanie w przemyśle. Wynii aiej analizy są podsawą do wyboru w rozumieniu bazowych właśnie induorowego modelu ze wzbudzeniem od magnesu sałego [9 5]. Eleromagneyczne moduły z magnesami sałymi mogą wysępować w różnych warianach onsrucyjnych rozwiązań j. ze względu na rozłożenie uzwojeń oraz magnesów sałych. Główne onsrucyjne realizacje przedsawiono na rys Schemay eleromagneycznych modułów z górnym położeniem sałych magnesów wzbudzających rys. 9 5 charaeryzują się ym że ażdy elemenarny moduł zawiera dwa Π - szałowe magneowody z uzwojeniami fazowymi. Wyposażony jes w dwa pionowo rozłożone magnesy wzbudzające powiązane ze sobą jarzmem. Jeżeli ażdy elemenarny moduł zawiera uzwojenia dwóch faz rozłożone na różnych Π - szałowych biegunach nie rozszczepialnie lub rozszczepialnie o e elemenarne moduły oazują się równocześnie fazowymi. Przy omuacji dwóch faz różnobiegunowymi impulsami prądu albo prądami sinusoidalnymi z przesunięciem fazowym odpowiednio na ω π / szczegółowo będzie o ym napisane dalej fazowe moduły samodzielnie przemieszczają się. Nasępuje o wzdłuż powierzchni zębowej płyy induora prosopadle w sosunu do nacięcia zębów. Na rys. 5 zamieszczono przyład modułu fazowego z liczbą faz m sładającego się z dwóch elemenarnych modułów. W ażdych z nich wyróżnić można uzwojenie fazowe. Wzajemnie przesunięcie zębów na ażdym biegunie oreślone są w radianach. Przejście od ąa ϕ radianów do realnej odległości ϕ oreślone jes zależnością τ. π Warian modułu fazowego sładającego się z dwóch elemenarnych modułów z jednym fazowym uzwojeniem ażdy jes bardziej dogodny od warianu z dwoma uzwojeniami. Wynia o z powodów eonomicznych używana jes do producji miedź. Przegrywa jedna w przypadu iedy zależy na minimalizacji rozmiarów modułu. Wyjaśnia o fa że rozmiary Π - szałowych rdzeni mogą być opymalizowane z pozycji orzymania masymalnych warości mocy i do-

103 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle broci dynamicznej. Wedy aby osiągnąć aie rozmiary z pomocą onsrucji z rys. 9 5 musimy minimalnie rozciągnąć współrzędnościowy moduł wzdłuż osi przemieszczenia [9]. Jeżeli chcemy zbudować współrzędnościowy moduł z rozciągnięciem [9] bazując na onsrucji z rys. 9 5 oaże się że należy dwuronie srócić rozmiar magneowodu co pociąga za sobą znaczne pogorszenie charaerysy oraz wpływa na samą echnologię producji. Konsrucja elemenarnych modułów fazowych z górnych rozłożeniem magnesów wzbudzających pozwoliła na zasosowanie niedrogich magnesów. Wysoość modułu jes w ym wypadu dosyć duża a w związu z ym uład z jarzmem posiada niewielie zasosowanie. Rys. 9. Dwufazowy moduł z rozdzielającym magnesem Rys. 5. Dwufazowy moduł z jarzmem Najbardziej wygodną oazuje się onsrucja z rozdzielającymi magnesami wzbudzenia poazana na rys. 9 5 [5]. Najlepsze masowo-gabaryowe charaerysyi osiągane są przy uładzie z rozdzielającym rozłożeniem wysooefeywnych magnesów o dużej energii. Taimi właściwościami odznaczają się magnesy wyonane ze sopów meali ziem rzadich SmCo i FeNiBr. Rys. 5. Uład z jednofazowymi modułami rozdzielonymi magnesami Rys. 5. Uład z jednofazowymi modułami z jarzmem

104 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera Porównanie zale i niedosaów ypów modułów z rozdzielającym położeniem magnesów prowadzi do nasępujących swierdzeń [9 ]: rozsaw uzwojeń fazowych na zewnęrznych biegunach albo jarzmie magneowodu pociąga za sobą wibracje pierwszej głównej harmonicznej przesrzennej rzywej siły ciągu w zależności od podłączenia w danym momencie magnesu i uzwojeń fazowych; wobec ego w przesrzennej rzywej siły ciągu widoczny jes udział drugiej sładowej harmonicznej co nieznacznie wpływa na doładność pozycjonowania napędu; rozłożenie fazowych uzwojeń na wszysich biegunach magneowodu usuwa drgania ampliudy głównej harmonicznej przesrzennej rzywej siły ciągu jednaowo wpływając również na drugą sładową harmoniczną; moduł fazowy rys. 5 sładający się z dwóch elemenarnych modułów z uzwojeniami fazowymi obejmujący parami wewnęrzne bieguny magneowodów praycznie nie posiada aich niedosaów; wobec ego moduł en posiada małe rozciągnięcie uzwojeń fazowych co sprawia że wzrasa inensywność eleromagneycznych procesów przejściowych; do niedosaów ego ypu onsrucji wymieniona wcześniej rudność sworzenia ompaowych modułów współrzędnościowych. Wobec ego aa onsrucja współrzędnościowego modułu z dwoma niezależnymi dwufazowymi modułami oazuje się właściwą do budowy uładu łumiącego mechaniczne drgania napędu przy posoju. W ym przypadu w ciągu całego cylu łumienia jeden z dwufazowych modułów wyorzysuje się jao oducyjny sensor prędości według jego sygnałów przełącza się fazy drugiego modułu óry jes regulowanym elemenem obieem uładu łumienia. Przeprowadzona analiza pozwala według parameru masowogabaryowego i doładnościowych wsaźniów zasadnie wybrać yp o menarznych i fazowych modułów na bazie órych można zbudować współrzędnościowe napędy. Ważnym wyniiem aiej analizy elemenarnych modułów oazuje się przedsawione swierdzenie: ponieważ współrzędnościowy moduł niezależnie od ypu elemenarnego modułu odzwierciedla się przy pomocy zwięszania liczby ych modułów w funcji porzebnej siły ciągu więc opymalizacja współrzędnościowego modułu według głównych właściwych wsaźniów dobroć dynamiczna właściwa siła ciągu sprowadza się do opymalizacji jego zesawionych części j. elemenarnego modułu [9 ]. 7. Zasada działania elemenarnego modułu eleromagneycznego W poprzednim rozdziale wyazano że najbardziej dogodne pod względem masowo-gabaryowym i wsaźniach energeycznych są onsrucje modułów uazane na rys. 5 i rys. 5. Przed opisem modelu maemaycznego jednofazowego eleromagneycznego modułu opisana zosanie zasada jego działania. Naj-

105 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle bardziej obrazowo można ą zasadę zilusrować przy rozparzeniu elerycznych sanów elemenarnego dwufazowego modułu z rys. 9 dla przypadu serowania różnobiegunowymi prosoąnymi impulsami prądu rys. 5 [9 ]. Cyl omuacji zachodzi w czerech nasępujących po sobie oresach czasu:. Do ażdego z nich przydzielony jes eleryczny san uzwojeń a procesy zachodzące w związu z ym powarzają się w czasie cylu omuacji. Każdemu elerycznemu sanowi uzwojeń odpowiada przydzielone zesawienie ierunowych srumieni serowania Φy iedy ierunowość srumienia wzbudzenia Φs w onurze magnesu sałego zosaje niezmieniona rys. 9. W rezulacie ażdemu elerycznemu zesawieniu cewe odpowiada para biegunów wzbudzających w órych srumienie Φy i Φs zbiegają się w jednym ierunu oraz para nie wzbudzających biegunów w órych srumienie Φy i Φs sierowane są przeciwnie rys. 5. Rys. 5. Uproszczony schema omuacji przy serowaniu napędem bezpośredniego działania W przypadu jednoczesnego wzbudzenia dwóch biegunów a na ażdym z nich zęby są wyonane z przesunięciem wzdłuż ierunu przemieszczania sayczne położenie całego modułu oreśla się średnim położeniem między dwoma saycznymi położeniami oddzielnie wzbudzanych biegunów. Na rys. 5 zilusrowano że z ażdą zmianą sanu elerycznego cylu omuacji zmieniają się położenia par wzbudzających i nie wzbudzających bieguny oraz że ażdorazowo przemieszcza się moduł na ro równy ¼ podziałi τ lub w przeliczeniu na ąy eleryczne na π/ elerycznych radianów. W precyzyjnych urządzeniach sworzonych na bazie współrzędnościowego napędu roowego sosuje się bardziej znane meody serowania z dzieleniem rou iedy ażde uzwojenie fazowe zasila się nie prosoąnymi impulsami

106 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera prądu a blisimi do sinusoidalnych prądami schodowymi. Im wyższy jes współczynni dzielenia ym bardziej zbliżony jes szał rzywej do sinusoidy. W prayce współczynni dzielenia Kdz przy podziałce zębów mm usawia się na Kdz 9 co oznacza że ażda ćwiara oresu zmiany prądu zawiera schodi [ ]. Przy czym odsępswo formy rzywej prądowej od sinusoidy jes zniomo małe. Przy opracowaniu meod obliczenia dosaecznie złożonych w magneycznym odniesieniu onsrucji elemenarnych i fazowych modułów en warune pozwolił wprowadzić szereg uproszczeń. 7.7 Model maemayczny jednofazowego modułu eleromagneycznego Przedsawiony poniżej model maemayczny odwzorowuje procesy eleromagneyczne powsające z udziałem geomerii zębów oreślonego cylu pracy napędu bezpośredniego działania []. Przy czym głównym zadaniem jes orzymanie wyrażeń analiycznych dla siły ciągu napędu magneycznie saycznego oddziaływania magnesów sałych eleromagneycznego oddziaływania srumieni cewe serowania oraz analiza przesrzennego zesawienia ych sił magneycznych. Rys. 5. Fragmen przeroju dwufazowego napędu bezpośredniego działania Fragmenu przeroju uładu magneycznego dwufazowego napędu bezpośredniego działania z oresem nacięć τ z schemaycznie przedsawiono na rys. 5. Jarzmo jes w posaci dwóch eleromagneycznych modułów A i B z wzajemnym przesrzennym przesunięciem τ z /. Z olei ażdy z eleromagneycznych modułów słada się z magneowodów z biegunami i mających przesrzenne przesunięcie τ z / magnesu sałego NS i cewi serującej. Magneyczny opór między biegunami magneowodu i zębową sruurą saora przy założeniu liniowego modelu można przedsawić jao:

107 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle R R R B R RM cos R B R RM cos. A A Przewodności magneyczne między analogicznymi elemenami magneycznego obwodu oreślamy z zależności: przy czym: λ A λ B λ λm cos 7 λ A λ B λ λm cos λm R R M 8 λ λ gdzie: R λ odpowiednio sałe sładowe oporu i przewodności magneycznej; RM λm odpowiednio ampliudowe warości pierwszych harmonicznych oporu i przewodności magneycznej. Przy warunu że magneyczne opory magnesu sałego znacząco przewyższają magneyczny opór pozosałych sładowych obwodu magneowodu schema zasępczy elemenarnego modułu można przedsawić ja na rys []. FA R MA FA R MA R A R A Φ A R Φ A Rys. 55. Schema zasępczy ze sałą sładową Rys. 5. Schema zasępczy z pierwszą harmoniczną Na podsawie schemaów zasępczych przemienny srumień cewi serującej fazy A wyrazić można jao: FYA FYA Φ YA Φ A Φ B Φ A 9 R R A A R Φ YA Φ A Φ B FYA λ λ A A F YA λ λ λ M cos π τ Z gdzie: F YA magneyczno-ciągnąca siła cewi serującej fazy A. Srumień magneyczny Φ M od uzwojenia z magneyczno przesuwającą siła F M zapisać można jao: 5

108 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera λ λ λ λ M M B A M M M R F R F Φ lub. cos R R R R F R R R R R F M M M A A A A M M M Φ Wyrażenia 9- są prawdziwe przy założeniu liniowości uładu magneycznego i nasępujących ograniczeniach: olejno włączane elemeny w obwód magneyczny oreślają magneyczną przewodność; równolegle włączone w obwód magneyczny elemeny oreślają opór magneyczny. Dla dosaecznie doładnego opisania procesów eleromagneycznych w zębowej sruurze dla inżyniersich obliczeń wysarczy uwzględnić przesrzenną harmoniczną sładowej włączając w o czwarą harmoniczną cos cos cos cos IV M M M M A λ λ λ λ λ λ gdzie n M λ ampliudowa warość n ej harmonicznej; W prayce / << M λ n λ jes już przy n. Wedy orzymujemy: cos cos cos cos R R R R R R IV M M M M A A λ gdzie:. cos cos R M M A A λ λ λ λ λ λ 5 Po podsawieniu do wyrażenia 5 szeregu harmonicznego * / cos λ λ M przejść można do nasępującego uładu równań: 8 λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ M IV M M M M M M M M M M R R R R R.

109 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Maemayczny model rozładu magneycznych przewodności zębowej sruury przy udziale harmonicznych do czwarego rzędu zapisuje się jao: λ λ λ cos A A M λ λ λ cos M λ cos M λ cos M λ cos M λ cos Analogicznie dla oporów magneycznych orzymujemy: R R A A R R R cos M R cos M R cos M R cos M M R cos M R cos M IV λ cos M IV λ cos R M R IV M IV M cos cos Osobliwości procesu wywarzania napędów planarnych Robocze charaerysyi napędów bezpośredniego działania w znacznym sopniu zależą od samej onsrucji magneycznego uładu oraz paramerów sruur zębowych profil i ores z jaim są rozmieszczone zęby niedoładność. Ores sruury zębowej warunuje dysreność przemieszczenia a aże dobór omponenów uładu serowania. Wynosi on w precyzyjnych silniach roowych od 8-8mm []. Przygoowanie mirożłobów zębowej sruury w porzebnej onfiguracji i z oreśloną doładnością dla zapewnienia doładnych dynamicznych charaerysy oazuje się głównym echnologicznym problemem przy wyonaniu precyzyjnych liniowych silniów roowych [ ]. Należy przy ym zapewnić: sosune głęboości żłoba do połówi oresu zębowej sruury od 8 do ores 8; ; profil żłoba powinien być prosoąny lub rapezoidalny; zaumulowany błąd przy wyonaniu żłobów na roboczym polu saora i induora nie może być więszy niż µm. Odchyła od płasości oddziaływujących powierzchni saora i induora powinna być poniżej 5µm dla zapewnienia szczeliny powierznej mieszczącej się w przedziałach od 5µm do µm przy minimalnych masach i masymalnej mocy. Dla zapełnienia żłobów zębowej sruury w celu orzymania płasich roboczych powierzchni liniowego silnia roowego onieczny jes dobór wardych omponenów. Muszą one charaeryzować się współczynniiem liniowego rozszerzania blisim do maeriału z jaiego wyonany jes magneowód. Nowoczesna echnologia wywarzania liniowych silniów roowych powinna charaeryzować się uniwersalnością oraz elasycznością przy dosaecznie dużej producyjności. Dla orzymania sabilnych charaerysy esploaacyjnych onieczne jes zapewnienie orzymania zębowych sruur o różnych profilach z wysoą doładnością rozmiaru jaością powierzchni [5]. 7

110 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera Rozwiązanie ych złożonych echnologicznych zadań porzebowało badań nauowych inżyniersich opracowań oraz przeprowadzania wielu esperymenów co pozwoliło na orzymanie wysoiej jaości nowoczesnych urządzeń na bazie współrzędnościowych uładów pozycjonujących dla urządzeń echnologicznych miroeleronii ip. 7.9 Koncepcja urządzenia laserowego z napędem planarnym Aby można było podwyższyć wydajność obróbi laserem szła i innych przezroczysych dieleryów onieczna jes poza zmianą algorymów serowania również zmiana samych omponenów mecharonicznego urządzenia laserowego. Dzięi proponowanemu podejściu mecharonicznemu do wzajemnego pozycjonowania maeriału obrabianego i narzędzia laserowego w urządzeniu grawerującym zrodziła się oncepcja adapacji isniejącego rozwiązania echnicznego []. Proponowane zmiany doyczyłyby rozwiązania przedsawionego w załączniu D zgodnie z modelem z rozdziału rys. b. Wsępnym założeniem dla oncepcji jes uwzględnienie przy doborze omponenów do budowy urządzenia uładu lasera pracującego z częsoliwością Hz. W związu z ym modyfiacji podlegać będą omponeny aparau ruchowego pozycjonera związane z mechanicznym sysemem wyonawczym oraz odpowiadające im onrolery sysemu pozycjonującego należące do eleronicznego sysemu informacyjnego. Proponowana modyfiacja doyczy rozwiązania arezjańsiego sołu rzyżowego oparego na napędach pracujących w uładzie śruba-naręa. Wraz z podwyższeniem charaerysy roboczych pozycjonera w uładzie zwięszają się gabaryy pozycjonera wzros ramion silnia. Poza ym powsają przy obróbce drgania i wibracje spowodowane rosnącymi siłami bezwładności napędów. Ma o zasadniczy wpływ na jaość obróbi i rwałość elemenów urządzenia. Dlaego celowe jes znalezienie rozwiązania alernaywnego. Rozwiązaniem aim jes zasąpienie sołu obróbczego XY uładem pozycjonera planarnego XY - oparym na napędach bezpośredniego działania. Dzięi zwarości onsrucji oraz wyższym paramerom pracy ma prędość -5 m/s ma przyspieszenie - m/s w sosunu do napędów pracujących w uładzie śruba-naręa ma prędość do m/s ma przyspieszenie do m/s prezenowane rozwiązanie może się przyczynić do znacznego zwięszenia wydajności obróbi. Idee proponowanej oncepcji poazano na rys. 57 []. Na chwilę redacji rozprawy doorsiej podobne do prezenowanego przeze mnie rozwiązania zosało równolegle opracowane przez firmę Lois TII [88]. Napęd w osi Z zapewniający zmianę ognisowej laserowej wiązi obróbczej w proponowanym rozwiązaniu pozosałby niezmieniony. Założenie o wynia z warswowej realizacji obróbi. Najpierw obrabiane są puny umieszczo- 8

111 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle ne w przeroju najniższym. Nasępnie przechodzi się do olejnych warsw obróbczych. Prowadzi o do wniosu że główne przesunięcia od jednego punu do olejnego realizuje się w osiach XY. Oś Z wyorzysywana jes do przejść na olejną warswę obróbczą. W więszości przypadów formowanych rójwymiarowych obieów aie wniosowanie jes właściwe a samo założenie zmiany pozycjonera jes wysarczające aby można było uzysać wysoojaościowe odwzorowania w szle. Rys. 57. Koncepcja modyfiacji rozwiązania urządzenia laserowego z nieruchomą głowicą obróbczą a ruchomym sołem pozycjonującym maeriał obrabiany Zasosowanie napędu planarnego wiążę się z oniecznością przewidzenia w onsrucji źródła sprężonego powierza. Jes ono niezbędne do wyworzenia poduszi powierznej. Dosarczanie sprężonego powierza do uładu może być z zewnąrz jedna aby zachować auonomiczność onsrucji należałoby wbudować w urządzenie sprężarę wraz z uładem przygoowującym sprężone powierze. Schema elerohydraulicznych połączeń pomiędzy bloami funcjonalnymi mecharonicznego urządzenia do laserowej obróbi szła przedsawiono na rys. 58 []. Konsrucyjnie induor napędu planarnego pozwala na zainsalowanie sołu obróbczego idenycznego ja w przypadu isniejących rozwiązań urządzeń formujących. Naomias saor pozycjonera powinien swoimi rozmiarami porywać powierzchnię aą aby induor mógł przemieszczać się po polu powierzchni co najmniej aiego rozmiaru ja pole przesrzeni roboczej wyznaczanej w płaszczyźnie XY przez napędy opare na sole rzyżowym. 9

112 7. Analiza aparau ruchowego pozycjonera Rys. 58. Schema elerohydraulicznych połączeń laserowego urządzenia grawerującego obiey w szle W obudowie urządzenia poza wymienioną wcześniej sprężara przewidzieć należałoby również miejsce na onrolery i peryferia związane ze serowaniem uładem pozycjonera planarnego. Pozosałe elemeny onsrucji urządzenia mogłyby pozosać praycznie aie same ja w przypadu rozwiązania prezenowanego w załączniu D.

113 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 8. Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym W rozdziale ym zaprezenowana zosanie nowa oncepcja adapacji isniejącego rozwiązania echnicznego pozwalająca na zwięszenie wydajności obróbi laserowej. Opracowana zosała ona na posawie analizy przeprowadzonej w poprzednich rozdziałach niniejszej rozprawy doorsiej. Proponuje się w niej przejście z uładu arezjańsiego pozycjonowania wiązi laserowej na pozycjonowanie w uładzie biegunowym. 8. Ogólne założenia Przeprowadzona w rozdziale 7. analiza aparau ruchowego pozycjonera z uwzględnieniem możliwych uładów pozycjonujących wiązę laserową i maeriał obrabiany słoniła mnie do zaproponowania innego podejścia do pozycjonowania maeriału i wiązi obróbczej. Jes ono wzorowane jes na uładach spoyanych w wardych dysach czy eż w wierarce do wyonywania oworów w eleronicznych obwodach druowanych []. Podejście o według mojej wiedzy nie jes sosowane w prayce budowy laserowych urządzeń do grawerowania szła. Założenie do oncepcji budowy nowego aparau ruchowego pozycjonera polega na odejściu od lasycznego pozycjonera arezjańsiego sosowanego w budowie maszyn CNC. W uładzie arezjańsim należy przede wszysim zadbać aby wszysie osie współrzędnych były w sosunu do siebie położone precyzyjnie pod ąem 9 sopni. Sosowanie uładu arezjańsiego wynia z fau iż jes pewna radycja w onsruowaniu obrabiare jeszcze od czasów iedy nie wyorzysywano ompuacji. Wszysie czynności wyonywał operaor ręcznie przesuwając narzędzie za pomocą mechanizmów śrubowych. Obecnie nie ma problemów aby w pamięci ompuera obsługującego sanowiso robocze można było przeliczyć współrzędne formowanego punu sruury z uładu arezjańsiego na dowolny inny. W proponowanym przeze mnie rozwiązaniu załadam że pozycjonowanie odbywać się będzie w uładzie biegunowym. Na pyanie dlaczego pozycjonowanie ma odbywać się w uładzie biegunowym jes nasępująca odpowiedź.

114 8. Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym Biegunowy uład współrzędnych sosuje się zazwyczaj dla rozwiązywania problemów gdzie: przesunięcie jes ograniczone przez serowanie w odległości ąowej lub pozycji ąowej lub nieograniczone przesunięcie jes obserwowane przez pomiar odległości ąowej lub pozycji ąowej. Pozycjonowanie aie można nazwać ąowym w przeciwieńswie do odległościowego sosowanego w uładzie arezjańsim. W uładzie aim pozycja punu obrabianego opisywana jes we współrzędnych r θ gdzie r jes sałą długością ramienia obróbczego a θ - ąem o jai dane ramię się obraca. Aby można było przy obróbce uformować obie w dowolnym puncie płaszczyzny onieczne jes również ąowe pozycjonowanie sołu obróbczego. Sół ai obracany jes woół swojej osi o dany ą θ. Na samym począu soncenruję się na pozycji jaą powinien zajmować obie obrabiany na sole i ja o ma się przeładać na długość ramienia obróbczego. Założenia dla proponowanej oncepcji są nasępujące [ ]: masymalny rozmiar formowanego odwzorowania mm wielość obieu obrabianego; uład ognisujący laserową wiązę obróbczą powinien zapewniać przesunięcie ognisa na odległość mm od płaszczyzny sołu obróbczego; olumna ramienia obróbczego powinna umożliwiać swobodne przesunięcie nad obieem obrabianym; Rys. 59. Oś elemenu obrabianego porywa się z osią obrou sołu obróbczego

115 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle obracalna olumna ramienia obróbczego powinna znajdować się ja najbliżej sołu obróbczego; długość ramienia obróbczego powinna być ja najrósza a ramię powinno mieć onsrucję leą i szywną; zmniejszy o błędy pozycjonowania i siły bezwładności; dobór doładnościowych paramerów napędu uzależniony będzie od długości ramienia obróbczego; wielość obracalnego sołu obróbczego powinna być dobrana a aby można było usawić na nim jednocześnie obiey obrabiane. Aby można było ocenić jaą długość powinno mięć ramię obróbcze oraz czy miejsce usawienia obieu obrabianego na obracalnym sole obróbczym ma wpływ na długość ramienia obróbczego pomocne są rys. 59 i. Na rys. 59 oś obieu obrabianego porywa się z osią sołu obróbczego. W ym przypadu aby mogła zachodzić całościowa obróba w całej przesrzeni obieu obrabianego onieczne jes zapewnienie aby długość ramienia obróbczego r porywała się z osią obrou sołu i obieu obrabianego. W przypadu iedy długość ramienia jes rósza lub dłuższa od niej zachodzi obróba niepełna lub w srajnych przypadach obróba nie zachodzi. Rys.. Oś obrou obieu obrabianego przesunięa o zadaną odległość od osi obrou sołu obróbczego Na rys. rozparywany jes przypade iedy oś obieu obrabianego przesunięa jes w sosunu do osi obrou sołu obróbczego o zadaną odległość. W ym przypadu aby można było realizować pełną obróbę onieczne jes zapewnienie długości ramienia obróbczego co najmniej aiej aby oś wiązi porywała się z najbliżej oddaloną od osi obrou sołu obróbczego rawędzią

116 8. Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym obieu obrabianego. Biorąc pod uwagę założenie do oncepcji że długość ramienia powinna być możliwie najrósza o długość ramienia powinna być równa aiej óra spełnia podany wyżej warune. W przypadu iedy długość ramienia jes rósza obróba nie zachodzi lub jes niepełna. 8. Pozycjonowanie ognisa lasera Aby spełnić warune zapewnienia minimalnej masy ramienia obróbczego onieczne jes oddzielenie od ramienia obróbczego samego lasera. Emier lasera posiada oreślone wymiary oraz masę. Umieszczenie go na ramieniu obróbczym w posaci głowicy laserowej zwięszy gabaryy ramienia oraz jego masę. W związu z powyższym proponuję aby wewnąrz ramienia obróbczego pozycjonera umieścić zespół zwierciadeł odbijających laserową wiązę obróbczą i ierunujących ją w oreślone miejsce. Możliwe jes o gdyż obróba wiązą nie przenosi sił powsających od onau ja np. przy wierceniu frezowaniu na całość olumny obróbczej. Przy aim rozwiązaniu laser może być umieszczony oddzielnie wewnąrz orpusu urządzenia formującego. Umieszczony na ońcu ramienia obróbczego uład soczewe supiających może być zamonowany na sałe w przypadu gdy urządzenie miałoby służyć do obróbi dwuwymiarowych odwzorowań. Rys.. Ramię obróbcze laserowego urządzenia grawerującego z biegunowym aparaem ruchowym

117 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Wedy uład miałby sałą ognisową. W przypadu odwzorowań rójwymiarowych rzeba byłoby zapewnić zmianę ognisowej przez napęd przesuwający soczewi supiające wiązę. Byłoby o przesunięcie jednoosiowe arezjańsie. Oczywiście można eż wyobrazić sobie syuację że zamias worzyć urządzenie przemieszczające soczewi ognisujące można zapewnić przemieszczenie w osi Z sołu obróbczego. Jedna en przypade ze względu na masę sołu wraz z odpowiednią przeładnią oraz elemenów obrabianych szła wydaje się mniej orzysnym do zasosowania. Przyładową oncepcję aparau ruchowego pozycjonera pracującego w uładzie biegunowym przedsawiono na rys. [ ]. Aby zapewnić dalsze srócenie ramienia obróbczego reducję jego masy można przyjąć że powinno być ono umieszczone nad sołem obróbczym rys. []. Wedy odległość pomiędzy osiami obrou ramienia i sołu wyraźnie można zmniejszyć. Rys.. Srócone ramię obróbcze zawieszone bezpośrednio nad obracalnym sołem obróbczym W en sposób można obejść ograniczenie związane z wcześniej wysępującym faem iż olumna na órej osadzone jes obroowe ramię obróbcze musiałaby być umieszczona ja najbliżej sołu aby spełnić warune minimalnej długości ramienia. Zbudowanie urządzenia laserowego do obróbi szła według przedsawionej oncepcji wymagałoby również doonania zmian doyczących samego oprogramowania serującego procesem laserowego formowania. Zmiany e doyczy- 5

118 8. Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym łby zmiany algorymów óry zamieniałyby pozycję punu orzymanego po procesie dysreyzacji z uładu arezjańsiego na uład biegunowy. Na podsawie ego generowane byłby omendy w odpowiednio przeliczonymi współrzędnymi j. zmieniające ąy obrou olumny ramienia obróbczego oraz obracalnego sołu obróbczego i przesunięcia uładu soczewe supiających. 8. Analiza przemieszczeń biegunowego aparau ruchowego podczas formowania olejnych punów odwzorowania Aby uzysać pełniejszy opis oncepcji biegunowego uładu pozycjonującego wiązę obróbczą i elemen obrabiany należy przeanalizować sposób wyonywania olejnych punów sruury formowanego odwzorowania. Formowanie olejnych punów może przebiegać według założonych przeze mnie dwóch scenariuszy. W pierwszym załadam że ramię obróbcze wyonuje główny ruch ierunując wiązę obróbczą w przesrzeń obieu obrabianego rys. []. Prędość i przyspieszenie ramienia obróbczego powinny być dobrane a aby można było wyorzysać generowane impulsy laserowe do sworzenia równooddalonych od siebie defeów. Defey rozmieszczane są wedy po obwodzie oręgu zareślanego przez ramię o sałej długości r. Zapełnienie defeami obszaru obrabianego obieu nasępuję dzięi przesunięciu obieu przez sół pozycjonujący o zadaną warość ąową. Warość a ma gwaranować spełnienie warunu jednaowej odległości między sąsiadującymi punami sruury warswami formowanego odwzorowania. Przejście do olejnej wyżej położonej warswy nasępuje przez zmianę ognisowej w osi Z. Dlaego obróbę rójwymiarowego odwzorowania można sprowadzić do wypełniania olejnych płaszczyzn przez puny. Zasosowanie przedsawionego scenariusza pozwala zmniejszyć siły bezwładności powsające podczas przemieszczania obieu obrabianego przez sół pozycjonujący []. Przemieszczenie ramienia obróbczego odbywa się ylo w założonym zaresie ruchu pozwalającym poryć obszar obróbi. Ramię w aim wypadu przemieszcza ylo własną masę bez dźwigania dodaowo masy obieu obrabianego. Kolejny obie umieszczony na sole obróbczym może być obrabiany po wyonaniu całej warswy w obiecie poprzedzającym. Po wyonaniu ej samej warswy w ilu olejnych obieach można zmienić ognisową w osi Z i przejść do wyonania warswy olejnej. W drugim załadanym przeze mnie scenariuszu rys. obróba przebiega nasępująco. Obiey obrabiane umieszczone są na sole obróbczym óry obraca się ze sałą prędością. Prędość a dobrana jes w ai sposób aby można było zapewnić równą założoną przez operaora urządzenia odległość pomiędzy

119 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle olejno formowanymi punami sruury. Ramię obróbcze wyonuje puny sruury po oreślonym orze zareślanym w płaszczyźnie obróbi. Rys.. Pierwszy scenariusz zapełniania obieu punami worzącymi sruurę formowanego odwzorowania To samo działanie podejmowane jes w sosunu do wszysich olejno umieszczonym obieów. Nasępnie ramię jes przemieszczane o zadany ą umożliwiający sworzenie olejnej ścieżi. W ym przypadu siły bezwładności eliminowane są przez zapewnienie sałej prędości obroowej sołu obróbczego. Naomias ramię obróbcze przemieszczane jes o nieznaczną warość ąową po przejściu nad olejnymi obieami. Trzeci wymiar formowanego odwzorowania worzony jes podobnie ja w przedsawionym wyżej scenariuszu pierwszym. Przedsawione scenariusze przemieszczania ramienia i sołu obróbczego umożliwiają orzymanie punów sruury formowanego rójwymiarowego odwzorowania. Isnieje jedna pewna różnica w sposobie orzymywania ych punów rys. 5 []. W przypadu scenariusza pierwszego puny formowane w pierwszym cylu na danym orze będą od ciebie równoodległe. Kiedy naomias przejdziemy do nasępnego cylu obróbi oaże się że nie jeseśmy w sanie zapewnić w jednym przejściu równych odległości pomiędzy olejno formowanymi punami na orach obróbi. W jednym srajnym położeniu odległość 7

120 8. Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym pomiędzy orami będzie inna niż w drugim położeniu. Przypade en wsazuje że pomimo orzysniejszego z punu widzenia dynamii urządzenia uładu i ograniczeń związanych z obróbą sił bezwładności onieczne byłoby u zapewnienie odpowiedniego oprogramowania serującego. Pozwoliłoby o wybierać puny na możliwych do realizacji orach obróbi obieu. Nie oniecznie jedna wiązałoby się o z polepszeniem wydajności samego urządzenia. Rys.. Drugi scenariusz zapełniania obieu punami worzącymi sruurę formowanego odwzorowania W przypadu scenariusza drugiego ławiej jes zapewnić równe odległości pomiędzy punami worzonymi w olejnych przejściach wiązi obróbczej. W drugim przypadu można wsazać analogię do przyaczanego wcześniej przyładu dysu wardego. Sała jes prędość obroowa sołu obróbczego w dysu wardym alerza obroowego naomias przemieszczane jes nieznacznie ramię obróbcze w dysu wardym głowica magneyczna. Uład ai zapewnia niezmienność sił bezwładności po osiągnięciu załadanej prędości obroowej powsałych od sołu obróbczego. Analizując orzymane wynii można zadanie worzenia pojedynczego elemenu sruury formowanego obieu porównać z zadaniem spoyanym przy programowaniu roboa. A mianowicie mamy zadanie zdefiniowane w płaszczyźnie z zachowaniem współrzędnych arezjańsich X Y α naomias se- 8

121 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle rowanie roboem mamy w uładzie biegunowym r θ. Konieczne jes w związu z powyższym zapewnienie przejścia pomiędzy ymi uładami i sonsruowanie odpowiednich algorymów generujących opymalną rajeorię obróbi zapewniającą wydajną laserową obróbę. Rys. 5. Porównanie orzymanych orów obróbi punów w proponowanych scenariuszach z punami w uładzie arezjańsim W biegunowym aparacie ruchowym ważny jes sposób załadunu maeriału poddawanego obróbce []. Analogię można znaleźć w zroboyzowanych gniazdach obróbczych ze sołem indesującym. Obiey mogą być załadowywane do obróbi przez olejny obró sołu pozycjonującego o sały ą. W ym czasie ramię obróbcze może zajmować srajne położenie zwięszając ym samym przesrzeń do operowania przez operaora urządzenia grawerującego co nie wydaje się już a oczywise w przypadu uładów arezjańsich. 8. Analiza przemieszczeń obieu obrabianego oraz ramienia obróbczego w proponowanej oncepcji Isonym zagadnieniem przy przeprowadzaniu analizy biegunowego aparau ruchowego pozycjonera jes usalenie w jai sposób mają powsawać olejne puny formowanego w szle odwzorowania oraz gdzie obie obrabiany ma zosać umieszczony []. Konieczne jes u poczynienie pewnych założeń. Prezenowane zagadnienie z rójwymiarowego saje się dwuwymiarowym w wsue założenia że obie formowany jes warswowo. W związu z powyższym można się ograniczyć do obróbi w płaszczyźnie XY. Współrzędna Z używana 9

122 8. Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym jes do przejścia na olejno formowaną warswę dlaego można ją w dalszych rozważaniach zaniedbać. Prezenowane zagadnienie przypomina rozwiązanie odwronego zadania inemayi manipulaora. Załadam że współrzędne wejściowe punu P y podawane są w arezjańsim uładzie współrzędnych wynia o bezpośrednio z danych orzymanych po dysreyzacji. Na wyjściu orzymamy warości przesunięć ąowych sołu obróbczego wraz z obieem obrabianym oraz ramienia obróbczego. Pomocny do wyprowadzenia zależności opisujących przesunięcie ąowe aparau ruchowego jes rys. [ 5]. Rys.. Szic pomocniczy do rozwiązania zadania usalenia warości ąów przemieszczenia obieu obrabianego wraz ze sołem obróbczym oraz ramienia obróbczego Obie obrabiany ma posać sześcianu o bou długości a. W przypadu obróbi obieu o innym szałcie można założyć że dowolną formę przesrzenną można wpisać w prosopadłościan. Umieszczony jes on symerycznie w sosunu niezmiennej odległości d pomiędzy osią obrou sołu oraz ramienia obróbczego. Obie odsunięy jes od osi obrou o zadaną sałą odległość y związana jes ona z ograniczeniami naniesionymi przez echniczną realizację sołu obroowego. Ramię obróbcze ma sałą długość r sół obroowy naomias promień r przy założeniu że y a. 9 r

123 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Oba e paramery zgodnie z wcześniej poczynionymi założeniami o prędości przemieszczeń powinny mieć ja najmniejszą długość. Z obieem obrabianym związany jes uład współrzędnych OXY z ramieniem obróbczym O X Y ze sołem obróbczym O X Y. Ramię obróbcze przemieszcza się o warość ąową θ sół naomias o warość θ. W celu doonania wyprowadzeń założyłem dodaowo aie paramery ja: promień r oreślający odległość od osi obrou sołu do formowanego punu oraz pomocniczy ą β jai worzony jes pomiędzy osią symerii obieu obrabianego a formowanym punem P. Wychodząc z podsawowych zależności geomerycznych wyznaczam warość pomocniczego ąa β. Ką en użyy zosanie w celu orecji orzymanego ąa θ. y y cos β r y y β arccos. r Uwzględniana warość oniecznej orey zależy od ego po órej sronie obieu położony jes pun formowany. Jeżeli spełnia on warune a / ą dodaje się do warości θ jeżeli < a / odejmuje. W celu obliczeniu długości promienia r od osi obrou sołu obróbczego do punu formowanego sosuje się poniższe zależności: r y y a a r y y. Wychodzą z wierdzenia cosinusów wyprowadziłem zależność na znalezienie ąa obrou sołu r r θ arccos r d rd cosθ r d rd oraz ąa obrou ramienia r r θ arccos r d r d cosθ r d r d. 5 W celu zweryfiowania poprawności wyprowadzonych zależności oraz orzymania warości ąów w sopniach i radianach zaprogramowałem arusz alulacyjny w Microsof Ecel rys. 7[5]. Pozwoliło o na orzymanie

124 8. Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym onrenych warości ąów obrou ramienia i sołu. Zależą one od wprowadzonych przez osobę obsługującą paramerów doyczących zarówno samego punu obróbi ja i paramerów związanych z pozycjonerem biegunowym. Rys. 7. Ono programu do obliczania warości przesunięć ąowych w biegunowym aparacie ruchowym urządzenia grawerującego Pierwszym posawionym zadaniem było orzymanie warości ąowych niezbędnych do wyonania punów a aby worzyły odcine prosej w sruurze obrabianego maeriału. Wybrano do ego celu puny o nasępujących współrzędnych: P P9 P8 P7 P5. Tabela. Wyliczone warości ąów obrou sołu i ramienia Ką obrou ramienia Ką obrou ramienia Ką obrou sołu Ką obrou sołu Pun [sopnie] [radiany] [sopnie] [radiany] P P P P P P Pozosałe paramery związane z urządzeniem grawerującym oraz maeriałem obrabianym wynosiły odpowiednio: rozmiar obieu obrabianego a 5 mm ; odległość między osiami obrou d mm ; odległość obieu obrabianego od osi obrou sołu obróbczego y 7 mm; długość ramienia obróbczego r mm.

125 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Przy a założonych danych orzymałem nasępujące warości ąów w sopniach lub odpowiednio w radianach dla olejno formowanych punów abela 7. Rys. 8. Graficzne sprawdzenie czy puny obróbcze worzą prosą dla obróbi punów po prawej sronie osi symerii obieu Rys. 9. Graficzne sprawdzenie czy puny obróbcze worzą prosą dla obróbi punów po lewej sronie osi symerii obieu

126 8. Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym Ta orzymane dane pozwoliły na graficzne zweryfiowanie poprawności wyprowadzonych zależności oraz na przeprowadzenie wsępnych symulacji w programie CorelDraw Graphics Suie rys. 8. Aby powsał szerszy obraz działania funcji przeliczającej pozycję zdanego punu na odpowiednie warości aów θ θ zadano do przeliczenia pun órego warość współrzędnej mieści się w zaresie spełniającym warune < a / o nasępujących współrzędnych P abela. Graficzna symulacja wyazała że dla fizycznej realizacji zadanego punu sruury niezbędna jes zmiana onfiguracji geomerycznej zarówno ramienia i sołu pozycjonującego na órym leży obie obrabiany rys. 9. Orzymany wyni nasuwa rzy wniosi:. Aby czas obróbi nie ulegał wydłużeniu związane jes o między innymi z czasem zmiany onfiguracji sołu obróbczego i ramienia onieczne jes przewidzenie w oprogramowaniu serującym algorymu óry szacowałby gdzie dane puny się znajdują po lewej lub prawej sronie osi symerii.. Na podsawie a orzymanej informacji generowana byłaby rajeoria bazująca na punach ylo z danej połówi obieu można raować o również jao jeden z warunów znalezienia opimum energeycznego.. Racjonalne przesunięcie obieu a aby nie zosał on symerycznie przecinany prosą łączącą dwie osie obrou ramienia obróbczego i sołu obróbczego mogłoby zasuować liwidacją zmiany onfiguracji narzędzia i obieu obrabianego w celu obróbi pozosałych punów formowanej sruury powierdzenie ej ezy porzebowałoby przeprowadzenie dalszych badań pozwalających na oreślenie opymalnej pozycji sarowej dla przeprowadzenia obróbi laserowej.

127 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 9. Analiza wyboru proponowanych uładów Za zasąpieniem onsrucji pozycjonera arezjańsiego pozycjonerem biegunowym oraz idącym za ym zwięszeniem wydajności obróbi przemawiają nasępujące argumeny: wydajnościowy oszowy szywnościowy. Biorąc pod uwagę argumen wydajnościowy można swierdzić że onsrucja proponowanego rozwiązania biegunowego aparau ruchowego pozycjonera w założeniu odpowiada onsrucji dysu wardego HDD ompuera PC czy eż onsrucji napędu CD-Rom. Tworzony magneyczny binarny obraz na nośniach danych używanych w wymienionych onsrucjach odpowiada charaerowi procesu worzenia punów sruury formowanego laserem odwzorowania w szle. Prędość przewarzania danych w dysu czy eż ypowy zapis danych na nośniu CD-Rom o. KB/s w porównaniu z ilością punów ypowego odwzorowania worzonego w szle o. - ys. punów jes wręcz ogromna. Porównanie czasów ypowego cylu pracy oraz innych cech parz rys. 7 ab. 7 przy onsrucji roboa arezjańsiego oraz roboa ypu Scara biegunowego przemawia za racjonalnym wyborem onsrucji biegunowego aparau ruchowego. Rys. 7. Porównanie długości cylu pracy roboa arezjańsiego i biegunowego Przy argumencie eonomicznym można swierdzić że w przypadu pozycjonera arezjańsiego oparego na napędach z przeładnią śrubową doładność pozycjonowania zależy w głównej mierze od doładnego wyonania prowadnic. Proces en jes dosyć oszowny w sosunu do praycznej realizacji prosej onsrucji obroowego sołu i ramienia obróbczego. Relaywnie niższy osz wyworzenia omponenów biegunowego urządzenia grawerującego pozwoliłby na zmniejszenie oszów ich wyworzenia. Przy ych samych pieniądzach można przyładowo zaupić dwa urządzenia. Tym samym wydajność wzrasa dwuronie. 5

128 9. Analiza wyboru proponowanych uładów Tabela 7. Porównanie cech roboów arezjańsich i biegunowych Cecha roboa Typ Robo arezjańsi Robo ypu SCARA Przesrzeń insalacji Duża Mała Czas cylu Relaywnie długi Bardzo rói Liczba sopni swobody dla onsruowanego sysemu Mała Relaywnie duża Cena Nisa Relaywnie nisa Argumen szywnościowy powinien być brany pod uwagę ze względu na fa rozparywania doładności urządzenia z punu widzenia szywności onsrucji aparau ruchowego []. Miarą doładności będzie ugięcie odszałcenie onsrucji na wsue oddziałujących sił bezwładności. W związu z powyższym można założyć że doładność będzie ym więsza im więsza będzie szywność dynamiczna rozparywanej onsrucji. Na rysunach 7-7 przedsawiona zosała wsępna analiza szywności doładności uładów isniejących i proponowanych do realizacji. Rys. 7. Pozycjoner XY opary na napędach silniów roowych z przeładnią śrubową. Biorąc pod uwagę lasyczne rozwiązanie z przeładnią śrubową rys. 7 można swierdzić że poza zjawisami szywności i łumienia załadać należy jeszcze luzy w onsrucji. Ponieważ jes o uład szeregowy całowia szywność dynamiczna aiego uładu można byłoby opisać jao c c c c c.

129 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Dzięi zwarej onsrucji pozycjonera planarnego rys. 7 można byłoby założyć że bra jes syowej szywności mechanicznej a wysępującą szywność można oreślić mianem szywności magneyczno-pneumaycznej. Rys. 7. Elero-pneumayczny pozycjoner XY urządzenia grawerującego linowy planarny silni roowy Rys. 7. Biegunowy apara ruchowy pozycjonera urządzenia grawerującego Zasosowanie pozycjonera planarnego jao modyfiacji onsrucji lasycznej rys. 7 pozwoliłoby przyjąć że szywności są niezależne od siebie. W pierwszym przybliżeniu przyjąć można nasępującą zależność na szywność całowią c c c. 7 7

130 9. Analiza wyboru proponowanych uładów W przypadu pozycjonera biegunowego rys. 7 poszczególne szywności wysępują w uładzie równoległym. Całowia szywność urządzenia sprowadza się do sumy szywności ramienia obróbczego i sołu obróbczego co można zapisać zależnością c c c. 8 Z zaprezenowanych rzech przypadów wynia jednoznacznie że przedsawione w pracy dwie oncepcje rozwiązania aparau ruchowego pozycjonera są bardziej orzysne dla podwyższenia doładności procesu grawerowania laserowego. Zwięszenie doładności wpływa pośrednio na zwięszenie wydajności obróbi. Analiza powierdziła ezę o zwięszeniu wydajności obróbi laserowej przy zasosowaniu pozycjonera planarnego oraz jeszcze bardziej orzysnego przypadu pozycjonera biegunowego. 8

131 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle. Podsumowanie i wniosi Rozprawa przedsawia eoreyczne opracowanie podsaw zwięszenia wydajności urządzeń laserowych do wyonywania obieów rójwymiarowych w szle. Pozwala czyelniowi zrozumieć isoę procesu laserowego formowania odwzorowania w szle pęaniepozycjonowanie oraz problemów z jaimi spoyają się projeanci ego ypu urządzeń. Punem ciężości rozprawy jes usysemayzowanie wiedzy doychczasowej i zaproponowanie wiedzy nowej o pozycjonowaniu mecharonicznym w urządzeniach ego rodzaju. Sarałem się przy ym jednocześnie podreślić isnienie wielu płaszczyzn na órych rozparywane są zagadnienia bezpośrednio związane z laserowym urządzeniem obróbczym. Aby można było powiązać e różnorodne zagadnienia w jedną całość zasosowałem podejście mecharoniczne i sysemowe. Pozwoliło o sworzyć model sruury ego ypu sysemu i jednocześnie uworzyć ręgosłup całej rozprawy. Laserowe urządzenie obróbcze jao sysem można sprowadzić do zbioru rzech omponenów podsysemów: mechanicznego uładu wyonawczego oprogramowania z eleronicznym przewarzaniem informacji oraz celów oreślanych przez człowiea. Dzięi emu w obrębie ażdego podsysemu można zdefiniować relacje i połączenia zachodzące między poszczególnymi omponenami czy eż samymi podsysemami. Można poza ym racjonalnie zdefiniować rzy podsawowe przepływy srumienie w sysemie mecharonicznym: przepływy informacji w posaci danych o ooczeniu i procesie ja i rozazów serujących przepływy energii oraz przepływy masy. Zdefiniowałem podsawową grupę problemów wyniających przy budowie i projeowaniu urządzeń do laserowego formowania obieów. Opisałem podsawowe właściwości fizyczne i echniczne szła obieu obrabianego. Przedsawiłem podsawowe pojęcia z fizyi laserów właściwości narzędzie obróbczego aora jaim jes laser impulsowy zbudowanych na ryszale neodymu. Po zdefiniowaniu obieu i insrumenu formowania przedsawiłem fizyę worzenia pojedynczego elemenu sruury formowanego odwzorowania. Szczególną uwagę poświęciłem analizie powsawania miropęnięcia w sruurze szła. Przeanalizowałem omercyjne urządzenia do laserowej obróbi szła. Zdefiniowałem możliwości wywórcze oraz paramery obróbi. Pozwoliło o na oreślenie najczęściej spoyanych ypów urządzeń i ich onfiguracji. W pracy rozparuję yp urządzenia z nieruchomą głowicą obróbczą i ruchomym obieem obrabianym. Aby zapewnić odpowiednie pozycjonowanie ognisa wiązi lasera 9

132 . Podsumowanie i wniosi w obiecie obrabianym onieczne było przeanalizowanie aparau ruchowego pozycjonera. Laserowe urządzenie grawerujące rozparzyłem jao regulowany uład wielobryłowy opisywany we współrzędnych bezwzględnych. Taa posać ogólnego modelu pozycjonowania w laserowych urządzeniach grawerujących szło saje się bardzo użyeczna i elasyczna ponieważ dowolna onfiguracja urządzenia rozparywana może być lasycznymi meodami sosowanymi powszechnie na przyład w roboyce. Dzięi oreśleniu możliwych uładów pozycjonujących narzędzie-obie udało się oreślić przypadi óre realizuje się w prayce oraz przypadi órych rozwiązanie można raować jao ierune przyszłych badań. Podczas analizy aparau ruchowego pozycjonera rozparzyłem rozwiązania opare na eleromagneyczno-pneumaycznych napędach planarnych oraz powiązane z nimi omponeny sensory oprogramowanie onrolery serujące. Analiza modeli maemaycznych umożliwiła sformułowanie ogólnych meod i założeń do programowania przemieszczeń ych omponenów. Przedsawiłem opis przemieszczeń za pomocą rzywych wielomianowych splajnów órych zasosowanie zaproponowałem w oprogramowaniu serującym obróbą laserową w celu poprawienia jej wydajności. Bazując na aim opisie przedsawiłem sruurę uładu serowania w uładzie owarym i zamnięym. W rozprawie omówiłem również sosowane meody dysreyzacji obieów punowych oraz specjalnie napisany sryp sosowany w programie D SudioMAX służący ym celom załączni B. Uzasadniłem wybór oprogramowania serującego obróbą laserową oraz zamieściłem jego charaerysyę. Wyniiem przeprowadzonej analizy i synezy omponenów urządzenia są dwie oncepcje modyfiacji uładów pozycjonujących. Jedna z nich przewiduje zasąpienie lasycznego napędu rzyżowego wrzeciono-naręa eleryczno-pneumaycznym napędem planarnym. Modyfiacja a doyczy isniejącego rozwiązania echnicznego. Druga oncepcja opiera się na zasąpieniu pozycjonera pracującego w uładzie arezjańsim pozycjonerem biegunowym. Wsępna analiza przemieszczeń obieu obrabianego i ramienia obróbczego scenariusze przemieszczeń oraz wzory na przejście ze współrzędnych arezjańsich obieu na ąy obrou ramienia i sołu obróbczego powierdziła zaley oncepcji biegunowej. Do porównania isniejących i proponowanych onsrucji urządzenia wyorzysałem analizę szywności onsrucji. Wyazałem że przypade pozycjonera biegunowego jes bardziej orzysny niż lasyczny sół rzyżowy i uład z pozycjonerem planarnym. Cześć badawcza pracy obejmowała przeprowadzenie esperymenu po zasosowaniu w oprogramowaniu serującym opisu przemieszczeń za pomocą splajnów. Opis en doyczył dwóch rodzajów isniejącego oprogramowania Sculpor i Nanosculpor [7]. Orzymane wynii powierdziły zasadność sosowania rzywych wielomianowych rzeciego sopnia. Tym samym powierdziły jeden z podsawowych celów pracy jaim było podwyższenie wydajności urządzeń lasero-

133 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle wych. W załączniach do pracy zamieściłem przyłady rzeczywisych realizacji obieów w szle. Przedsawione w rozprawie rozważania doyczące mecharonicznego urządzenia do grawerowania szła nasuwają pola przyszłych badań. Wynii przeprowadzonej analizy pozycjonera biegunowego szczególnie zachęcają do głębszego zajęcia się pozycjonowaniem biegunowym w innych obrabiarach; nie ylo am gdzie narzędziem jes laser. Doładność pozycjonowania wyniająca ze szywności i prosoy onsrucji oraz ławość przeliczenia pozycji w czasie rzeczywisym ompuer przeładają się na nisi osz wyworzenia urządzenia przy zachowaniu wysoiej jaości obróbi. Jeśli zaś pozosaniemy przy laserze o doładne pozycjonowanie biegunowe może się przydać na przyład w zabiegach oulisycznych. Wyonany rójwymiarowy obraz wnęrza oa wraz z obszarem gdzie onieczna byłaby ingerencja chirurga zdefiniować można a samo ja w dowolnym odwzorowaniu. Pozosaje ylo dobrać odpowiednio omponeny sysemu mecharonicznego narzędzie pozycjoner id. naomias sama meoda nie ulega więszej zmianie.

134 Bibliografia Bibliografia. APPEL L. i in.: Poradni inżyniera mechania Wydawnicwo Nauowo- Techniczne Warszawa 98. BOBROWSKI CZ.: Fizya - rói urs Wydawnicwo Nauowo Techniczne Warszawa 5. BOGUSŁAWSKI S. i inni: Poradni ceramiczny Wydawnicwo Arady Warszawa 9. BOSWORTH D.C.: Laser engraving on glass A&E MAGAZINE s. Augus 5. BUSCH T. HENNEBERGER G.: Developmen of a planar muli-coordinae drive ISEM Conference Diges Pavia/Ialy s. 8 May 999. CEMPEL CZ.: Teoria i inżynieria sysemów - zasady i zasosowania myślenia sysemowego Wydawnicwo Insyuu Technologii Esploaacji Radom 7. CRAIG J. J.: Wprowadzenie do roboyi. Mechania i serowanie WNT Warszawa DAJNIAK I.V. TROCHIMCZUK R.: Meody disreizacii rechmernych obieom [ref.] Problemy proeirovanija i proizvodsva radioéleronnych sredsv: sborni maerialov III meždunarodnoj naučno-echničesoj onferencii red. A. P. Dosano [e al.] ; [org.] Nacional'naja aademija nau Belarusi Belorussij Gosudarsvennyj Universie Informaii i Radioéleronii Polocij Gosudarsvennyj Universie S.9- Novopoloc 9. DOSTANKO A.P. TOLOCHKO N.K. KARPOVICH S.E.: Technology and echnique of precise laser modificaion of solid-sae srucures Technoprin Mińs. FINDEISEN W. [red.]: Poradni inżyniera auomaya Wydawnicwo Nauowo-Techniczne Warszawa 97. GAWRYSIAK M.: Analiza sysemowa urządzenia mecharonicznego Wydawnicwo Poliechnii Białosociej Białyso. GAWRYSIAK M.: Sysemowa eoria echnii według G. Rophola w Problemy Współczesnej Naui: Teoria i Zasosowania. Badania Operacyjne i Sysemowe Aademica Oficyna Wydawnicza EXIT Warszawa. GAWRYSIAK M.: Mecharonia i projeowanie mecharoniczne Wydawnicwo Poliechnii Białosociej Białyso 997. GAWRYSIAK M. TROCHIMCZUK R.: Mecharoniczny model sanowisa do laserowego wywarzania obieów rójwymiarowych w dieleryach przezroczysych seminarium nauowe Współczesne problemy budowy i esploaacji

135 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle maszyn Białyso Białowieża.-8.. sesja plaaowa sreszczenia Poliechnia Białosoca Białyso 5. HEIMANN B. GERTH W. POPP K.: Mecharonia. Komponeny meody przyłady PWN przeład z niemieciego Mare Gawrysia Warszawa. JAKOWLUK A. KARPOVICH S.E.: Algorymizaion of mahemaical models for non-holomic consrains sysem and nonlinear mechanics in he biaial sress saes of solid bodies Poliechnia Białosoca Białyso JEZIERSKI E.: Dynamia roboów WNT Warszawa 8. KACZMAREK F.: Wsęp do fizyi laserów Pańswowe Wydawnicwo Nauowe Warszawa KACZMAREK F.: Podsawy działania laserów Pańswowe Wydawnicwo Nauowo-Techniczne Warszawa 98. KALLENBACH E. SCHÄFFEL CHR. SAFFERT E.: Planar Mulicoordinae Drives Technical Universiy of Ilmenau Germany 998. KALLENBACH E. KIREEV V. VOLKERT R. ZENTNER J. BERTRAM T.: Configuraion and Conrol Aspecs of High-Precision Planar Muli-Coordinae Drive Sysems ASPE 9h Annual Meeing Orlando Florida. KANANOWICZ W.P. KARSEKO W.G. ORLONOK A.B.: Дискретизация трехмерных объектов при объемном лазерном гравированию Technoprin s. - Mińs. KARŁOW N.W.: Wyłady z fizyi laserów Wydawnicwa Nauowo- Techniczne Warszawa 989. KARPOVICH S.E. ŻARSKI W.W. LJASZUK J.F. MIERZYŃSKI J.M.: Прецизионные координатные системы на основе электропривода прямого действа GNPKTM Planar Mińs 5. KARPOVICH S. MEZHINSKY Y. TSEMKALO W.: Modelling problems and esimaion of performance of Linear sepping moor Proceedings of Inernaional Kolloquium Tendenzen in Enwiclung Konsruion und Anwendung der Feinwerechni und Miroechni Ilmenau s Germany 99. KARPOVICH S.E. JAKOWLUK A. CZECH M. SIEMIENIAKO F. LJASZUK J.: Аналитическая механика и мехатронные системы перемещения Wydawnicwo Technoprin Mińs 7. KARSEKO V.G. KANANOVICH V.P. KONONOV V.A. KARANKEVICH A.V. VASILIEV N.N. TYLETS N.A ZAPOROZHCHENKO Y.V.: Laser insallaion for forming well-ordered D- D srucures of defec ceners inside ransparen dielecrics. VII Inern. Conf. Laser and Laser-Informaion Technologies: Basic research and Applicaions s. 89 Vladimir 8. KICIAK P.: Podsawy modelowania rzywych i powierzchni zasosowania w grafice ompuerowej Wydawnicwo Nauowo-Techniczne Warszawa

136 Bibliografia 9. KONDRATENKO W.S. PROCHOROW A.M PRACHIN S.S. SE- MASZKO W.I. TOLOCZKO N.K.: Динамика термических напряжении в хрупком материале при лазерном управляемом термораскалывании Kwanowa eleronia. KOZŁOWSKI K. DUTKIEWICZ P. WRÓBLEWSKI W.: Modelowanie i serowanie roboów PWN Warszawa. LJASZUK J.F.: Линейный шаговый электропривод для прецизионного оборудования Wydawnicwo Technoprin Mińs. MACZUŁKA G.A.: Лазерная обработка стекла Советское радио s. Moswa 979. MARCINIAK K.: Obróba powierzchni rzywoliniowych na frezarach serowanych numerycznie Wydawnicwo Nauowo-Techniczne Warszawa 988. MIERZYŃSKI J.S.: Построение систем перемещении для гибкого автоматизированного оборудования Wydawnicwo Technoprin Mińs 5. MIERZYŃSKI J.S.: Разработка и исследование прецизионных координатных систем на базе линейных шаговых двигателей для электронного машиностроения rozprawa doorsa promoor Karpowicz S.E. Białorusi Pańswowy Uniwersye Informayi i Radioeleronii Mińs. Muller T.: PCB Drilling Machine New soluion o old problems Eleor Elecronics nr s PIEGL L. TILLER W.: The nurbs boo Springer Berlin PRITSCHOW G.: Technia serowania obrabiarami i roboami przemysłowymi Oficyna Wydawnicza Poliechnii Wrocławsiej Wrocław PŁOŃSKI I. [red.]: Technologia szła Wydawnicwo Arady Warszawa 97. ROPOHL G.: Allgemeine Technologie. Eine Sysemheorie der Techni.. Aufl. Hanser 999. ROZNIAKOWSKA M. YEVTUSHENKO A. A.: The effec of he ime srucure of laser pulse on he emperaure disribuion in homogeneous body wih coaing Hea and Mass Transfer Vol. s.9-7 nr 5 7. SLABAUGH G. SCHAFER R. LIVINGSTON M.: Opimal ray inersecion for compuing D poins from N-view correspondences Scienific Lieraure Digial Library. SPENCE S.: Engraving glass wih a laser A&E MAGAZINE s May. SPONG M.W. VIDYASAGAR M.: Dynamia i serowanie roboów WNT Warszawa TROCHIMCZUK R. KARPOWICZ Ś.E.: Wybrane aspey formowania obieów D w szle i innych przezroczysych dieleryach za pomocą lasera Zeszyy Nauowe Poliechnii Białosociej. Budowa i Esploaacja Maszyn Z. s.5- Białyso

137 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle. TROCHIMČUK R. KANANOVIČ V. P. KARPOVIČ S.E.: Sruura programmnogo obespečenija dlja upravlenija processom lazernogo formirovanija rechmernych obieov Izvesija Belorussoj Inženernoj Aademii nr 5/ s Mińs 7. TROCHIMCZUK R. KARPOVICH S.: Nanosculpor sofware for fabricaion of spaial srucures in crysals [ref.] Physics chemisry and applicaion of nanosrucures : Reviews and Shor Noes o Nanomeeing s.85-9 World Scienific 8. TROCHIMCZUK R. KARPOVICH S.: Upravlenie mecharonnoj oordinanoj sisemoj pozicionirovanija usanovi lazernogo formirovanija rechmernych obieov [ref.] Izvesija Belorussoj Inženernoj Aademii nr / s. 9-9 spec. vyp. Sovremennye sredsva svjazi: VIII meždunarodnaja naučno-echničesaja onferencija Naroč 9 senjabrja - ojabrja 9. TROCHIMCZUK R.: Oprogramowanie serujące SCULPTOR dla laserowego formowania obieów Projeowanie mecharoniczne: zagadnienia wybrane Wydawnicwo Aademii Górniczo-Huniczej Kaedra Roboyi i Dynamii Maszyn s.87-9 Kraów 5. TROCHIMCZUK R. KARPOVICH S.: Mecharoniczny sysem przemieszczeń dla echnologii laserowych Zeszyy Nauowe Poliechnii Białosociej. Budowa i Esploaacja Maszyn Z. s. 9- Białyso 5. TROCHIMCZUK R. KARPOVICH S.: Technologia i echnia formowania rójwymiarowych obieów w szle i innych przezroczysych dieleryach za pomocą lasera Zeszyy Nauowe Poliechnii Białosociej. Budowa i Esploaacja Maszyn - Z. s.- Białyso 5. TROCHIMCZUK R. KARPOVICH S.: Pozycjoner planarny dla laserowego sysemu formowania obieów D w szle Zeszyy Nauowe Poliechnii Białosociej. Budowa i Esploaacja Maszyn - Z. s. 9-9 Białyso 5. TROCHIMCZUK R. KARPOVICH S.: Sysem pozycjonowania wiązi lasera impulsowego [rozdz.] w Projeowanie mecharoniczne : zagadnienia wybrane: IV Warszay Projeowania Mecharonicznego pod red T. Uhl Wydawnicwo Insyuu Technologii Esploaacji s Radom 5. TROCHIMCZUK R. KARPOVICH S.: Rozwiązywanie zadań generowania rajeorii dla rzyosiowego sysemu pozycjonującego wiązę lasera impulsowego [ref.] Teoria maszyn i mechanizmów: [XIX Konferencja Nauowo- Dydayczna] T. red. Józef Wojnarowsi Tadeusz Uhl; [org.] Aademia Górniczo-Hunicza Polsa Aademia Nau Wydaw. Insyuu Technologii Esploaacji s.7- Kraów 55. TROCHIMCZUK R. KARPOVICH S.: Vliânie paramerov oordinanoj sisemy pozicionorovaniâ na proizvodiel'nos' lazernoj usanovi ELS- Izvesiâ Belorussoj Inženernoj Aademii nr / s.- Mińs 5 5. TROCHIMCZUK R. GAWRYSIAK M.: Pozycjonowanie wiązi lasera w sysemie grawerującym obiey w szle [rozdz.] Projeowanie Mecharoniczne 5

138 Bibliografia pod red T. Uhla V Warszay Projeowania Mecharonicznego Aademia Górniczo-Hunicza s. 59- Kraów TROCHIMCZUK R. GAWRYSIAK M.: Mecharoniczne urządzenie do laserowego grawerowania obieów wewnąrz sruury szła Teoria maszyn i mechanizmów s.5-7 XX Konferencja Nauowo-Dydayczna Zielona Góra 58. TROCHIMCZUK R. GAWRYSIAK M.: Mecharoniczne ujęcie omponenów sanowisa do laserowego grawerowania szła Zeszyy Nauowe Poliechnii Białosociej. Budowa i Esploaacja Maszyn Z. s. 5- Białyso 59. TROCHIMCZUK R. GAWRYSIAK M.: Zasosowanie modelu mecharonicznego sysemu działaniowego do laserowej obróbi szła w Projeowanie Mecharoniczne Zagadnienia wybrane pod red. T. Uhla - VI Warszay Projeowania Mecharonicznego Aademia Górniczo-Hunicza Kraów. TROCHIMCZUK R. GAWRYSIAK M.: Koncepcja biegunowego aparau ruchowego pozycjonera urządzenia grawerującego [rozdz.] w Projeowanie Mecharoniczne Zagadnienia wybrane pod red. T. Uhla - VII Warszay Projeowania Mecharonicznego sr. -8 Aademia Górniczo-Hunicza Kraów 7. TROCHIMCZUK R.: Koncepcja planarnego uładu pozycjonującego urządzenia do grawerowania laserowego [rozdz.] w Projeowanie Mecharoniczne Zagadnienia wybrane pod red. T. Uhla - VII Warszay Projeowania Mecharonicznego sr. 9- Aademia Górniczo-Hunicza Kraów 7. TROCHIMCZUK R.: Laserowe urządzenie grawerujące szło z biegunowym aparaem ruchowym VI Konferencja nauowo-prayczna: Energia w nauce i echnice Białyso-Suwałi 7: sreszczenia referaów Wydawnicwo Poliechnii Białosociej s. 8 Białyso 7. TROCHIMCZUK R.: Laserowe urządzenie grawerujące szło z biegunowym aparaem ruchowym Aca Mechanica e Auomaica vol. no. Poliechnia Białosoca Białyso 8 w druu. TROCHIMCZUK R. GAWRYSIAK M.: Analysis of polar posiioning sysem in laser device for glass engraving h Inernaional Conference Mecharonic Sysems and Maerials MSM 8-7 July Białyso Poland 8 w druu 5. TROCHIMCZUK R. GAWRYSIAK M.: Analiza przemieszczeń pozycjonera biegunowego laserowego urządzenia grawerującego VIII Warszay Projeowania Mecharonicznego AGH 7-8 wienia 8 Kraów 8 w druu. TROCHIMCZUK R.: Analiza biegunowego pozycjonera laserowego urządzenia do formowania rójwymiarowych obieów w szle XXI Ogólnopolsa i I Międzynarodowa Konferencja Nauowo - Dydayczna Teorii Maszyn i Mechanizmów Bielso-Biała Szczyr 5 września 8 w recenzji 7. WESOŁOWSKI Z.: Fizya laserów Wydawnicwo Poliechnii Święorzysiej w Kielcach Kielce 999

139 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 8. WRÓBEL T.: Silnii soowe Wydawnicwo Nauowo-Techniczne Warszawa YEVTUSHENKO A. A. ROŻNIAKOWSKA M. KUCIEJ M.: Modelling of he hermal cracing process for he layer-foundaion sysem: [ref.] w VI Polso- Uraińsie Sympozjum Nauowe : Aualne zagadnienia mechanii ośrodów niejednorodnych s.- Warszawa 5 7. ŻARSKI W.W. KARPOVICH S.E. TRUSOV N.K.: Повышение точности позиционирования прецизионного привода Maeriały onferencji Наука и технологии на рубеже XXI века Mińs 7. ZAPOROśCZENKO J. KARANKIEWICZ A. KARSEKO W. VOLK S. TYLCEW A. ORLENOK A. ZAWIEDEJEW W.: Особенности объемного оптического разрушения прозрачных диэлектриков под действием лазерного излучения и создание технологической установки для формирования D D образов в объеме прозрачных материалов Mińs 7. maeriały aalogowe firmy ISEL: Operaing insrucions for Isel Microsep Card MPK- 7. maeriały aalogowe firmy ISEL: Isel--Phasen-Schrimooren MS 7. maeriały firmy Lois TII: Applicaion D & D Image preparaion o be operaed by Sculpor sofware Mińs 75. maeriały firmy Lois TII: Applicaion Service and mainanance of engraving laser sysem ELS- Mińs 7. maeriały firmy Lois TII: Applicaion Procedure of seup and replacemen of a se of focusing lenses sep by sep Mińs 77. maeriały aalogowe firmy Lois TII: Insrucion manual for ND:YAG laser sysem ls--e Mińs 78. maeriały aalogowe firmy Lois TII: Insrucion manual for engraving laser sysem ELS- Mińs 79. maeriały aalogowe firmy Lois TII: SCULPTOR Sofware User s Guide Mińs 8. maeriały aalogowe firmy PLANAR Контроллер шагового привода. Техническое описание Mińs 8. maeriały aalogowe firmy Priny Poland R. Gardner and Comp. 8. maeriały aalogowe firmy Ruchservomoor: АС синхронные моторы серии LSM LSSM Mińs 8. maeriały firmy Ruchservomoor: Методы расчета и построения координатных систем с расширенным диапазоном точностных и динамических характеристик Mińs 8. maeriały aalogowe firmy Siemens: Hall Sensor KSY maeriały aalogowe firmy EKSMA Co.: Inravolume glass laser maring sysem Wilno Liwa 5 8. maeriały aalogowe firmy Viro Laser GmbH: Viro laserechnology. Seing he pace Minden Niemcy 7

140 Bibliografia 87. maeriały firmy CS&IE Daa Consuling Mińs 88. srona inerneowa hp:// 89. srona inerneowa hp:// 9. srona inerneowa hp:// 9. srona inerneowa hp:// 9. srona inerneowa hp:// 9. srona inerneowa hp:// 8

141 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Spis załączniów na CD FOLDER [ROZPRAWA DOKTORSKA] ROZPRAWA DOKTORSKA - ROMAN TROCHIMCZUK.pdf FOLDER [ARKUSZ] POZYCJONER BIEGUNOWY WSPÓŁRZĘDNE PUNKTÓW.ls FOLDER [ZAŁĄCZNIKI_PDF]. ZAŁĄCZNIK A Procedura przygoowania obieu do procesu laserowego formowania z wyorzysaniem srypu Loisbi.ms. ZAŁĄCZNIK B Opis srypu do dysreyzacji obieów. ZAŁĄCZNIK C Charaerysya lasera impulsowego ypu LS--E. ZAŁĄCZNIK D Charaerysya laserowego urządzenia grawerującego szło ELS- 5. ZAŁĄCZNIK E Pełna i szczegółowa charaerysya oprogramowania Sculpor. ZAŁĄCZNIK F Tabele pomiarowe do sporządzenia wyresów z rozdziału. 7. ZAŁĄCZNIK G Przyłady realizacji rójwymiarowych obieów w szle 9

142 . Załączni A. Załączni A Procedura przygoowania obieu do procesu laserowego formowania z wyorzysaniem srypu Loisbi.ms Aby przeprowadzić dysreyzację dowolnego rójwymiarowego obieu zamodelowanego w programie D SudioMAX za pomocą srypu Loisbi.ms óry będzie szczegółowo omówiony w załączniu B należy doonać nasępujących czynności [7]:. uruchomić program D SudioMAX;. z woluminu D SudioMAX należy wybrać dany obie bądź eż zaimporować pli z dowolnym rójwymiarowym odwzorowaniem zapisując go do formau *.ma;. wybierając polecenie menu Selec by Name zaznacza się wszysie ineresujące obiey rys. 7;. z menu Uiliies wybieramy opcję Measure; pozwala ona ocenić geomeryczną wielość wybranego obieu pole Dimensions. Jeżeli jes o onieczne zmienia się rozmiar do pożądanego wybierając ursorem myszy Selec i Uniform Scale zaznaczając obie i zmieniając jego rozmiar z wciśnięym lewym przycisiem myszy. Jednocześnie można onrolować orzymywaną wielość obserwując jej zmianę w polu Dimensions. Zazwyczaj zaleca się aby usalać a rozmiar próbi by był on mniejszy mm do 5mm od wymiaru szlanej próbi w órej chcemy uformować odwzorowanie; 5. zaznaczając wszysie pisele worzące odwzorowanie należy z menu Uiliies wybrać opcję MAXScrip jeżeli jes o onieczne uruchamia się działanie srypu ScripRun wybierając pli loisbi.ms ;. w zależności od ypu obieu jai chcemy poddać procesowi dysreyzacji należy wybrać Divide Curves albo Divide Meshes; w przypadu podziału obieu złożonego z rzywych: należy wybrać wszysie linie splajny rzywe; usawić odległość pomiędzy piselami; zaleca się odległość 9 dla urządzenia ELS- z soczewami o ognisowej f mm i dla ognisowej soczewe f 7mm; analogicznie usawia się odległość pomiędzy warswami worzącymi obie w przypadu iedy liczba warsw N Layers > ;

143 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle w przypadu podziału obieów przesrzennych należy: wybrać wszysie elemeny worzące odwzorowanie; usalić paramery Disance Layer i Disance Vere o. 5; usawić ąy do wypełniania przez puny w przypadu o ile jes o onieczne; usawić pozosałe opcje i nacisnąć Divide Meshes; po wyonaniu podziału i orzymaniu punów worzących obie wybrać opcję Modify na prawym eranie rys. 7 [7]; z menu Selec by Name wybrać obiey zaznaczając je symbolem ; w menu Modify aywować opcję zaznaczenia rys. 7; wybrać Sub-Objec oraz zaznaczyć Vere. Zbiór piseli worzących obie lub eż ich część wybiera się zaznaczając myszą; zaznaczona grupa piseli na eranie przyjmie olor czerwony rys. 7; na załadce Geomery Edi w onie Weld usalić odległość pomiędzy punami; zalecana odległość wynosi 9 dla ognisowej soczewi f mm i dla f 7mm; należy wybrać ursorem myszi przycis Seleced rys. 7; po zaończeniu wyżej wymienionych operacji zwolnić przycis Sub-Objec i powrócić do załadi Uiliy; Modify Selec by Name Selec and Uniform Scale Uiliy Rys. 7. Wido ona roboczego oprogramowania D Sudio MAX

144 . Załączni A wybrać załadę Daa Epor wsazując oreślona loalizację pliu oraz oreślając jego nazwę zapisując efe poczynionych działań; wybieramy przycis Epor Seleced i przesyłamy pli z rozszerzeniem *.cf do oprogramowania Sculpor serującego procesem grawerowania obieów.

145 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle. Załączni B Opis srypu do dysreyzacji obieów Aby oprogramowanie D SudioMAX mogło współdziałać z napisanymi srypami należy przegrać pli lois.ms do folderu /dsma/scrips/sarup oraz drugi pli vere.ma /dsma/scenes. Po wyonaniu ych operacji należy przejść do załadi Uiliies oprogramowania D SudioMAX. Lewym przycisiem myszy wybierając MAXScrip RunScrip wsazać pli loisbi.ms w aalogu /DSMAX/Scrips/SarUp. Isonym elemenem przedsawionego posępowania jes onieczność powarzania czynności uruchamiania napisanego srypu. Wyonuje się o ażdorazowo iedy przygoowywane jes do procesu dysreyzacji zaprojeowane wcześniej odwzorowanie. Pozwala o uninąć błędów przeprowadzanej procedury. Poniżej opisane zosaną główne elemeny sładowe inerfejsu użyownia danego srypu załadi Divide Curves - rys. 75; Divide Meshes - rys. 7; Epor Daa - rys. 77 [75 7]. Sryp Divide Curves używany jes do rozdzielenia na pojedyncze pisele obieów ypu: rzywa orąg splajn ip. Do serowania procesem dysreyzacji i usawienia jej paramerów wyorzysuje się nasępujące pola i przycisi: Disance oznacza odległość pomiędzy punami w zaresie od do mm odpowiednio dzielona jes ona z roiem mm. Usawiona warość domyślna. N - layers oreśla z ilu warsw sładać się ma odwzorowanie. Ilość warsw można zmieniać w zaresie od do. Warość domyślna. Jeżeli usawiona warość jes więsza od o orzymane odwzorowanie sopiowane zosanie oreśloną ilość razy. Rys. 75. Wido inerfejsu srypu Divide Curves

146 . Załączni B Layer Disance warość aywna w przypadu iedy N - layers>. Odległość pomiędzy warswami może być usawiona w przedziale od do 5mm z roiem mm. Warość domyślna. Reference Coordinae Sysem warość aywna w przypadu iedy N - layers>. Umożliwia wybranie i usawienie uładu odniesienia w sosunu do dodaowych warsw. Do wyboru mamy: Objec związany z obieem World globalny uład współrzędnych Grid związany z uładem siai View bieżący uład współrzędnych. Warość domyślnie usawiona World. Ais Direcion warość aywna w przypadu iedy N - layers>. Usawienie ąa do przeliczania nachylenia osi. Warość domyślna oś Z. Alpha Bea y Gamma z warość aywna w przypadu iedy N - layers>. W polach ych usawić można ą i promień odbicia związany ze sopiowanymi warswami przy usawionej osi w polu Ais Direcion. Kąy można usawiać w zaresie od -8 do 8 odpowiednio dzieląc ro co. Warość domyślna ąa. Phase of Twis warość aywna w przypadu iedy N - layers>. Usawiana jes warość przesunięcia jednej warswy w sosunu do poprzedniej aby zachować odległość pomiędzy punami. Warość można zmieniać w zaresie od do z roiem. Warość domyślna. Przesunięcie wyonywane jes prosopadle do ierunu opiowania warsw. Inser End Poins funcja wsawiająca bądź ujmująca pun na ońcu rzywej. Usawiona jes domyślenie na wsawianie punu. Oupu Desinaion oreśla przeznaczenie orzymanych piseli j. albo przeszałcenie ładowane jes do pamięci ompuera albo do posaci obieu D. Warian drugi wybierany jes w przypadu iedy duża liczba piseli może spowodować wzros prędości roboczej. Warość domyślna DS Objec. Number of Generaed Poins wyni podziału na puny liczba punów. Creae New Objec zaznaczenie onieczne aby można było uworzyć nowy obie opcja YES lub iedy dodajemy braujące puny opcja NO. Divide Shapes wybranie przycisu ursorem myszy powoduje zamianę obieu przy wcześniej usawionych paramerach. Hand Inser Vere pozwala na ręczne usawienie miejsc gdzie ma znajdować się doładne odwzorowanie przez puny. Resore Defauls przycis pozwalający na przywrócenie warości domyślnych wcześniej wymienionych paramerów. Close przycis zamyający ono srypu. Sryp Divide Meshes rys. 7 używany jes do zamiany na puny różnych obieów przesrzennych poczynając od elemenarnych np. ula ończąc na bardzo złożonych. Dla serowania procesem dysreyzacji za pomocą niniejszego srypu używa się nasępujących pól i przycisów: Selec Algorihm pole wyboru algorymu jai ma być użyy do podziału na puny danego zaznaczenia; do wyboru mamy am: Cuing faces olejne

147 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle przecinanie obieu secjami Ray Inersecion usalenie punów obieu oraz promieni ich przecięć; Filling Faces indywidualne wypełnianie ażdego z zadanych rójąów; jao warość domyślna usawiona jes opcja Cuing faces. Reference Coordinae Sysems opcja aywna w przypadu wyboru Cuing faces lub Ray Inersecion; daje możliwość oreślenia związanego z nowymi warswami uładu współrzędnych. Do wyboru mamy: Objec uład współrzędnych związany z obieem; World globalny uład współrzędnych; Grid uład współrzędnych związanych z siaą; View uład współrzędnych związany z danym widoiem; domyślnie usawiony jes globalny uład współrzędnych. Ais Direcion opcja aywna w przypadu wyboru Cuing faces lub Ray Inersecion oreślenie podsawowej osi oraz ąów według órych dany algorym ma przeliczać powsające puny; usawiona warość domyślna oś Z. Alpha Bea y i Gamma z opcja aywna w przypadu wyboru Cuing faces lub Ray Inersecion w polach ych usala się ąy promieni odbicia zgodnie z założonymi płaszczyznami przesunięcia w algorymie Cuing faces oraz ąy promieni liniowych w algorymie Ray Inersecion wzdłuż wybranej osi oreślonej w polu Ais Direcion; ąy mogą być wybierane z zaresu od -8 do 8 z roiem równym. Domyślna warość. Layer Disance opcja aywna w przypadu wyboru Cuing faces oreśla odległość pomiędzy sąsiadującymi płaszczyznami. Warości odległości Rys. 7. Wido inerfejsu srypu Divide Meshes można usawiać w zaresie od 5 do z roiem ; warość domyślna ; Vere Disance odległość pomiędzy sąsiadującymi punami dla algorymu Cuing faces i Filling Faces lub odległość pomiędzy promieniami dla opcji Ray Inersecion; warości mieszczą się w zaresie od do z roiem ; warość domyślna. Firs/Las Disance opcja aywna w przypadu wyboru Cuing faces odległość od pierwszego wierzchoła obieu do pierwszej siecznej płaszczyzny wzdłuż poprzecznej płaszczyzny osi oraz odległość z osaniej siecznej płaszczyzny do osaniego wierzchoła obieu; warość może być zmieniana w zaresie od do z roiem. Warość domyślna. 5

148 . Załączni B Phase of Twis opcja aywna w przypadu wyboru Cuing faces przesunięcie ażdej nasępnej warswy o zadaną warość piseli; warość może zosać zmieniona w zaresie od do z roiem ; warość domyślna. Inser End Poins opcja aywna w przypadu wyboru Cuing faces wyorzysuje się w razie porzeby wsawienia na ońcach rzywej dodaowych punów óre zosały uracone w wyniu przecięć; puny wsawiane są domyślnie. Triangles Full Fill opcja aywna w przypadu wyboru Filling Faces opcja onieczna przy wypełnianiu rójąami płaszczyzn w celu doładnej aprosymacji przez sończoną liczbę piseli dla danego zaznaczenia. Oupu Desinaion oreśla yp przeznaczenia orzymanych piseli j. albo w posaci obieu D albo przeszałcenie ładowane jes do pamięci ompuera. Warian drugi wybierany jes w przypadu gdy duża ilość piseli może spowodować wzros szybości roboczej. Usawiona domyślnie warość DS Objec. Number of Generaed Poins poazuje się uaj wyni podzielenia. Number Of Rejeced Triangles opcja aywna w przypadu wyboru Filling Faces w onie ym poazywana jes liczba rójąów óre odrzucono w wyniu podziału. Creae New Objec zaznaczenie óre pozwala w razie porzeby na uworzenie nowego obieu YES lub dodania piseli do isniejącego NO. Rys. 77. Wido inerfejsu srypu Epor Daa Divide Meshes nacisając en przycis w procesie podziału lub zaznaczenia obieu zapocząowujemy proces z usawionymi wcześniej paramerami; widoczny jes wedy na eranie zainicjowany proces fragmenacji obieu; wybierając opcję cancel jeseśmy w sanie przerwać zarzymać proces. Hand Inser Vere pozwala na ręczne wsazanie punów obieu. Oprogramowanie słada się jeszcze ze srypu Epor Daa rys. 77. Wyorzysuje się go do esporu powsałych w procesie dysreyzacji punów do posaci pliu roboczego lub eż do bezpośredniego esporu do oprogramowania Sculpor serującego procesem laserowego formowania rójwymiarowych obieów. Załada Epor Daa słada się z nasępujących pól i przycisów: Scale Unis opcja umożliwiająca oreślenie opcji sali powsałego odwzorowania dla pola Scale; Times ilość razy od warości począowej Percens procenowe oreślenie sali warości począowej.

149 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Scale oreśla salę obieu liczbowo w zależności od wybranych jednose w polu Scale Unis. Epor To opcja wyboru przeznaczenia punowego odwzorowania powsałego po dyseryzacji: File do pliu Sculpor bezpośrednio do oprogramowania serującego procesem formowania obieów. Pah pole oreślenia ścieżi do zapisu punowego odwzorowania. File Name ono aywne po wybraniu opcji File; w polu ym nadaje się nazwę pliu do zapisu na dys. Number Of Poin To Epor poazuje liczbę punów z jaich słada się zamodelowane odwzorowanie goowe do esporowania. Epor po naciśnięciu ego przycisu zainicjuje się proces esporu z zadanymi wcześniej paramerami. Epor Seleced wybierając en przycis można wyesporować ylo zaznaczona cześć sworzonego odwzorowania. Refresh po naciśnięciu ego przycisu odświeżona zosanie ilość punów pola Number Of Poin To Epor. Resore Defauls przycis pozwalający na przywrócenie warości domyślnych wybranych pól. Close przycis zamyający apliację. 7

150 . Załączni C. Załączni C Charaerysya lasera impulsowego ypu LS--E Dla porzeb formowania punowych obieów w sruurze wewnęrznej szła i innych przezroczysych dieleryów opracowany zosał przez firmę Lois TII impulsowy czeroanałowy laser dla urządzenia ELS- Engrave Laser Sysem ypu LS--E Nd:YAG. Ognisowa urządzenia dla podsawowej częsoliwości wynosinm oraz drugiej harmonicznej - 5nm [77 88]. Laserowy sysem słada się z nasępujących zespołów [5]: blou zasilającego; emiera laserowego; sysemu chłodzącego; blou serowania nadrzędnego. Wyorzysuje on elesopowy rezonaor pozwalający orzymać jednolią ierunową wiązę o wysoiej energii i małej rozbieżności. Pozwala o sompensować rozbieżności powsałe na wsue procesów cieplnych zachodzących w soczewce pręa Nd:YAG. Uład chłodzący nie porzebuje do chłodzenia zewnęrznej sieci wodociągowej. Woda rąży w zamnięym obiegu a ochładzana jes całowicie poprzez zainsalowany wymienni ciepła z wydajnością chłodzenia do W przy emperaurze oaczającego środowisa C. Operacje wyonywane przez laser opierają się na zjawisu symulowania pobudzonego foonu do wyższego poziomu w ryszale Nd :YAG za pomocą impulsowego pompowania przez lampę. Generowanie drugiej harmonicznej orzymywane jes dzięi zasosowaniu nieliniowego ryszału KTP obcinającego II yp dopasowania fazy. Lampa Haraeus Nobleligh 575XFP wyorzysywana jes do oświelenia ryszału Nd:YAG aby orzymać inwersję obsadzeń oraz przejście foonu na wyższe poziomy. Lampa wraz z aywnym elemenem pozwalają na jednorodną iluminację oraz filrację części promieniowania UV pompowanego świała. Emier laserowy jes luczowym elemenem sysemu laserowego rys. 78 [5 77]. Pozwala on na onwersję elerycznie pompowanej energii na promieniowanie laserowe. Odpowiednio przygoowana onsrucja umożliwia wyeliminowanie wysoich napięć pomiędzy uładem emiera a bloiem zasilającym co zwięsza bezpieczeńswo użyowania urządzenia. Schema opyczny rezonaora laserowego poazany zosał na rys. 79 [5 77]. 8

151 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle inerloc Rys. 78. Foografia wewnęrznej budowy emiera laserowego - omora pompująca aywny elemen i lampa błysowa; - porywa zabezpieczająca sześcienną pryzmę; - QSW-oprawa; - wewnęrzny elesop; 5 - oprawa lusa wewnęrznego; - ochronna przyrywa pyrodeeora ; 8 - obsada lusa wyjściowego; - ryszał drugiej harmonicznej; - lusra separaora częsoliwości; - λ/-płya; - polaryzaor; - przesłona promieniowania; 5 - ochronna przyrywa pyrodeeora ; - płya ompensaora; 7 - wyjściowy elesop; lusra rozdzielające promieniowanie; - polaryzaor; - przyrywa obieywu; 5 - wewnęrzna przysłona Rys. 79. Schema opyczny lasera ypu LS--E - elemen aywny; - sześcienna pryzma; - Q-SW ryszał; - wewnęrzny elesop; 5 - wseczne lusro R>99%; - pyrodeeor ; 7 - pryzma sładana; 8 - lusro wyjściowe; 9-5 -roaor; - ryszał drugiej harmonicznej; - lusra separaora częsoliwości; - λ/-płya; - polaryzaor; - przesłona promieniowania; 5 - pyrodeeor ; - płya ompensaora; 7 - wyjściowy elesop; lusra rozdzielające promieniowanie; - przysłony anałów; - polaryzaor; - roaor; - obieyw Załamana wiąza laserowa przechodzi przez rójścienny pryzma ylne 5 i wyjściowe lusro 8. Tryb przełączania realizowany jes przez omórę Pocelsa i cieną błonę polaryzaora. Roaor używany jes do obracania płaszczyzny polaryzaora po przejściu promieniowania laserowego przez pryzmę. Tryb serowania wewnęrznym elesopem wyonuje dwa zadania. Jednym jes ompensacja ciepła obieywu aywnego elemenu óra aprosymuje funcję liniową uśredniając sygnał wejściowego zasilania lampy błysowej. Drugą spełnianą funcją jes reducja ierunowej rozbieżności wiązi poprzez zmniej- 9

152 . Załączni C szenie jej poprzecznych rozmiarów. Opya zmniejszając średnicę wiązi wewnęrznej między elesopem i ylnym lusrem powoduje dyfrację fali w ylnej nodze rezonaora i a podsawowy TEM ryb wewnęrznej wiązi jes więszy niż o byłoby w onwencjonalnym sałym rezonaorze o podobnej długości. Tryb TEM ogranicza sumaryczną liczbę wyższych rybów óre ograniczają aperurę rozwarość uładu opycznego decydująca o zdolności rozdzielczej uładów opycznych i jasności dawanych przez nie obrazów i oscylacje przez zmniejszanie ierunowej rozbieżności wiązi. Z powodu znanych własności sześciennego pryzmau opya rezonaora jes odporna na wpływy cieplne i fizyczne. Laser LS--E zawiera elemen łumiący drugą harmoniczną óry słada się z polaryzaora i λ/ 5nm opóźniającej płya rys. 79. Tłumi sosuje się do zmiany energii wyjściowej drugiej harmonicznej obracając λ / płyę według osi bez zmiany warości energii pompowanej. Telesop wyjściowy 7 jes użyy dla wiązi o rozszerzającej się średnicy i dla ompensacji rozbieżności wiązi. Sysem luser dzielących 8- używany jes do podzielenia wiązi laserowej na czery wiązi o idenycznych warościach energii. Przysłony anałów wyorzysuje się do wybrania aualnie pracującego. Specyfiację oreślającą podsawowe paramery lasera LS--E Nd:YAG zamieszczono w abeli 8 [77]. Tabela 8. Specyfiacja lasera ypu LS--E Paramer Gwaranowana warość Uwagi Długość fali [nm] 5 - częso. podsawowa 5 - druga harmoniczna Energia impulsu częsoliwości podsawowej powyżej 7 [mj] Energia impulsu drugiej harmonicznej [mj] powyżej Częsoliwość powarzania impulsu [Hz] ; ; 5; ; 5; 5 Czas rwania impulsu FWHM [ns] Rozbieżność promieniowania FWHM [mrad] Średnica wiązi [mm] 5 Energia pompowania Ep [J] średnia warość pompowanej energii mniejsza jes niż W więc częsoliwość f wyliczana jes z równania Ep * f <W Zużycie energii [W] Wymagane napięcie zasilające ± V 5- Hz jednofazowy A Emier lasera - rozmiar [mm] Blo zasilania - rozmiar [mm] Sysem chłodzący - rozmiar [mm] Blo serownia nadrzędnego - rozmiar [mm]

153 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle. Załączni D Charaerysya laserowego urządzenia grawerującego szło ELS- Sruura laserowego urządzenia formującego obiey w szle przedsawiona jes na rys. 8. Urządzenie przeznaczone jes do formowania rójwymiarowych D oraz dwuwymiarowych D wielopunowych sruur złożonych z defeów powsałych w sruurze przezroczysych dieleryów [9]. Rys. 8. Sruura części sprzęowej urządzenia do grawerowania rójwymiarowych obieów: ompuer lasy PC wraz z oprogramowaniem Sculpor przygoowany w ompuerze obie do formowania onroler serujący sysemem laserowym laser 5 supiona wiąza lasera dieleryczne lusro odbiciowe 7 sensor odległości zliczający i odfilrowujący informację o ilości i wysoości umiejscowienia defeów8 soczewa supiająca wiązę laserową 9 punowy defe powsały w obiecie na wsue loalnego impulsowego podgrzania maeriału do emperaury plazmy współrzędnościowy sysem pozycjonujący onroler serujący współrzędnościowym sysemem pozycjonującym. 5

154 . Załączni D Odpowiednio z przedsawionym wyżej schemaem sruuralnym w urządzeniu ELS- wyróżnić można [7]: uład lasera włącznie z bloiem zasilającym sysemem chłodzącym emierem; opyczny uład formowania i dzielenia wiązi laserowej; foosensor wraz z arą formowania sygnałów sprzężenia zwronego dla procesu onroli powsających defeów; onroler serujący; apara ruchowy pozycjonera XYZ ; orpus obudowa w órej rozmieszczone są wszysie bloi urządzenia. Wido zewnęrzny urządzenia wraz ze schemaycznym przedsawieniem rozmieszczenia elemenów sładowych zamieszczono na rys. 8 [7 78]. Rys. 8. Foografia urządzenia laserowego formowania obieów wraz ze schemaem rozmieszczenia elemenów sładowych Wśród głównych echnicznych paramerów charaeryzujących urządzenie ELS- wyróżnić można [9]: masymalna ilość jednocześnie obrabianych obieów do ; masymalny rozmiar jednocześnie obrabianych odwzorowań - do mm; masymalny rozmiar obrabianego pojedynczo odwzorowania 777mm; rozmiar powsałych defeów w osi XY od do mm; rozmiar powsałych defeów w osi Z od do 8mm; prędość powsawania punowych defeów do punów/s; masymalna liczba punów z jaich słada się obie powyżej ys. 5

155 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Urządzenia wyorzysane do budowy pozycjonera urządzenia laserowego poazano na rysunu rys. 8 - oznaczone jao elemen. W ich sład wchodzą [7]: dwa jednoosiowe napędy dla dwuosiowego sołu XY firma ISEL jednoosiowy napęd dla współrzędnej Z firma ISEL. Głównymi elemenami serującymi laserowym urządzeniem grawerującym są dwa onrolery: onroler sysemu laserowego serujący impulsami lasera; onroler uładu współrzędnościowego serujący uładem pozycjonującym wiązę lasera. Konrolery serujące zrealizowane są w posaci oddzielnych bloów. Komuniacja z ompuerem serującym odbywa się poprzez por równoległy. Konrolery serujące realizują nasępujące funcje [9]: orzymanie insrucji z rozazami od ompuera PC; zapewnienie zasilania i serowania silniom roowym w zależności od realizowanego zadania; orzymywanie sygnałów synchronizujących lampę lasera oraz zapewniających jej synchronizację z uładem wywarzającym impuls w zależności od realizowanego zadania; odczyywanie sygnałów foosensora onrolującego powsające defey oraz zapewnienie logii obróbi. Paramery sygnałów na wejściach i wyjściach onrolerów dla wymiany informacji ze sanowisiem zosały zamieszczone w abeli 9 [9]. Tabela 9. Paramery sygnałów inerfejsu sanowisa laserowego SYGNAŁ KIERUNEK LICZBA WE/WY PARAMETRY LAMP SYNC IN TTL 5W 5Ω τ > µs Q-SW EXT.TRIG OUT TTL 5W opóźnienie od począu impulsu synchronizowanego z lampą jes nie więsza niż µs τ > µs Foosensor IN TTL 5W τ > µs Przysłona OUT Czasowe zamyanie Urządzenie ELS- pracuje według nasępującego schemau [9]: operaor ompuera PC przygoowuje rójwymiarowe odwzorowanie óre chciałby urwalić w sruurze szła lub innego przezroczysego dielerya. Przygoowanie odwzorowania znosi się do: wyboru prooypu oraz jego graficznej obróbi w dowolnym programie do obróbi grafii dwuwymiarowej lub rójwymiarowej grafii i przesłaniu danych do programu D SudioMAX. Na ompuerze z wyorzysaniem specjalnie napisanego oprogramowania opis w załączniu B przeprowadza się dysreyzację powsałego odwzorowania i przenosi je do pamięci oprogramowania Sculpor. Program serujący obróbą przez por równoległy omuniuje się z onrolerem sysemu serowania dla nasawy jego paramerów oraz dla esowania 5

156 . Załączni D omuniacji z sysemem pozycjonującym. Dla bezpośredniego serowania urządzeniem pozycjonującym program omuniuje się z onrolerem przez drugi por ompuera. Kompuer serujący urządzeniem laserowym wyorzysuje się go do zaprojeowania oraz odpowiedniego przygoowania odwzorowania wysyłania i odbierania rozazów od i do onrolerów serujących. Minimalne wymagania doyczące ompuera serującego procesem obróbi o: monior 7 o rozdzielczości min. 78 przy częsoliwości odświeżania min. 85Hz; procesor min. lasy Inel Penium III o roboczej częsoliwości 5MHz; pamięć RAM min. MHz; ara graficzna o pamięci min. MB; pory COM min. szui; por LPT sz. Pozosałe paramery charaeryzujące sanowiso ELS- zamieszczono w abeli [78 88]. Tabela. Specyfiacja sanowisa laserowego formowania ELS- Paramer Gwaranowana warość Uwagi Masymalny wymiar próbi [mm] Ilość równocześnie obsługiwanych anałów Robocza prędość [punów/s] powyżej 9 Masymalna ilość grawerowanych punów w obrazie powyżej D D Doładność reproducji obrazu [ µ m] 5 Na ażdej z osi Powarzalność pun do punu [ µ m] ± Na ażdej z osi Sabilność energii lasera rms [%] ± Robocza długość fali [nm] 5 Rozmiar defeu [ µ m] 5 5* -** Waga [g] Bez ompuera PC Zużycie energii powyżej 5 Wh - V 5- Hz Wymiary [mm] 8858 Oprogramowanie serujące Możliwość pracy z sysemami lasy Win98/NT/Win *- przy supianiu z usawieniem f mm; **- przy supianiu z usawieniem f 7 mm; Wszysie operacje serujące urządzeniem formowania odbywają się przez inerfejs RS i RS. Przez por RS ompuer PC seruje operacjami blou serowania naomias przez inerfejs RS nasępuje serowanie uładem lasera. Rozazy są przeazywane na wejścia blou serowania od oprogramowania SCULPTOR dzięi czemu realizowane jes przesunięcie współrzędnościowego uładu przemieszczeń i oceniana jes synchronizacja ego ruchu z operacją srzału lasera. Ze względu na bezpieczeńswo użyowania lasera urządzenia ELS- realizowana jes procedura zabezpieczająca uruchomienie. Wyonuje się ją prze- 5

157 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle ręcając dodaowo luczy w sacyjce. Ze względu na możliwość powsania "nagłego wypadu mamy umieszczony na ablicy onrolnej przycis awaryjny. Pozwala on naychmias wyłączyć wszysie mechanizmy wyonawcze. Ochronne drzwi zabezpieczające z czerwonego szła z zamiem eleromagneycznym zapobiegają oddziaływaniu wiązi lasera ograniczając je do przesrzeni roboczej rys. 8. Drzwi ochronne mają włączni óry onroluje ich san zapobiegając wyonywaniu operacji z oworzonymi drzwiami. Fragmen ablicy onrolnej urządzenia oraz panel jego ylnej części poazano są na rys Umiejscowione na nim są: przycis awaryjny oraz sacyja zabezpieczenia włączenia zasilania. Na ablicy onrolnej głównym pulpicie umiejscowione są rzy przycisi: Shuer Lamp i Sop a aby można było onrolować operacje wyonywane przez laser. Wszysie elemeny ylnego panelu urządzenia dołączone są do jednosi zarządzania mocą. Urządzenie jes umieszczone pod ylnym panelem i sprzężone jes ze sacyją zabezpieczającą umieszczoną na ablicy onrolnej odpowiadającą za dosarczeniem mocy. Algorym wyonywanych przez jednosę zarządzania mocą znosi się do nasępującego: załączenie blou zasilania pobór mocy wynosi L Wh; włączni zasilania rys. 8 san WYŁĄCZONY albo WŁĄCZONY przy dosarczaniu energii poprzez sacyję z luczem umieszczoną na ablicy onrolnej. Gniazda eleryczne rys. 8 używane są do podłączenia PC lub innych dodaowych urządzeń dosarczając energii z jednego miejsca roboczego. Rozmieszczenie elemenów sładowych uładu lasera wewnąrz orpusu urządzenia oraz elemeny przesrzeni roboczej poazane są na rys [78]. Rys. 8. Foografia przesrzeni roboczej Rys. 8. Tylny panel urządzenia Urządzenie umożliwia usawienie soczewe supiających w dwóch rybach: f mm; f 7mm. Wynia o z różnicy pomiędzy rozmiarem punowego elemenu sruury rozmiaru defeu wewnąrz sruury szła oraz rozmiarem elemenu poddawanego obróbce laserowego grawerowania. 55

158 . Załączni D Rys. 8. Rozmieszczenie elemenów sładowych Rys. 85. Elemeny przesrzeni roboczej Usawienie soczewe supiających z ognisową f mm odpowiada przygoowaniu obieu powyżej mm wysoości w osi Z z defeami wielości 9- µ m w osiach XY oraz - µ m w osi Z. Drugie usawienie sosuje się gdy przygoowywana szlana próba ma powyżej mm wysoości a rozmiar worzonego defeu wewnąrz sruury szła zawiera się w przedziale: - µ m w osiach XY oraz 9- µ m w osi Z. Rys. 8. Foografia sołu roboczego Wido sołu roboczego przedsawiono na rys. 8 [78]. Przymocowany on jes do osi sysemu pozycjonującego XY. Wyróżniono na nim miejsca punów zerowych uładu współrzędnych. Wyonano go a aby można było umieścić na nim jednocześnie czery elemeny do obróbi. Pun zerowy usawia się ręcznie wyorzysując do ego celu ono uczenia opis w załączniu E. Usawia się próbę na órą oddziałuje się wiązą laserową nisiej mocy. Usawia się wedy pozycjoner w puncie zero przyjęego uładu współrzędnych XY. Operację ą wyonuje się jednoronie ylo dla jednego anału anał. Usawienie osi Z jes dowolne może zawierać się w przedziale - µ m. Wybór pozycji podyowany jes wielością obieów szlanych óre chcemy podać procesowi obróbi. 5

159 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 5. Załączni E Pełna i szczegółowa charaerysya oprogramowania Sculpor Przedsawiona w pracy ogólna charaerysya oprogramowania serującego Sculpor nie zawierała informacji doyczącej szczegółowego opisu elemenów inerfejsu użyownia z jaimi ma do czynienia operaor obsługujący laserowy sysem formowania rójwymiarowych obieów. Wido ona programu jai pojawia się w pierwszej chwili zaraz po jego uruchomieniu przedsawia rysune 87 [79 87]. 5 Rys. 87. Wido ona głównego oprogramowania Sculpor pase menu pase narzędzi pase przeszałceń ransformacji pase sausu 5 obszar roboczy Inerfejs użyownia oprogramowania Sculpor słada się z nasępujących elemenów: nagłówa informującego o nazwie bieżącego projeu pasa menu pasa narzędzi pasa przeszałceń ransformacji 5 pasa sa- 57

160 5. Załączni E usu oraz obszaru roboczego. Obszar roboczy słada się z czerech widoów rozdzielonych między sobą obramowaniem órych wielość operaor może dowolnie zmieniać w zależności od bieżącej porzeby. Aywny wido zaznaczany jes cienim olorowym pasiem oaczający ramę ona. W ażdym z oien uazany jes rzu bryły z oreślonego punu oraz nazwy przypisanych im odpowiednio eyie w górnym prawym i dolnym lewym rogu. Eyiey reprezenują osie uładu współrzędnych óre są prosopadle umieszczone w ierunu do wzrou osoby użyującej. Począe uładu współrzędnych znajduje się w górnym lewym rogu ażdego z widoów poza jednym w rzucie izomerycznym. Rzu izomeryczny uazany jes w dolnym prawym widou. Możliwe jes jego obracanie o dowolny ą a aby można było zobaczyć zamodelowany obie z ażdej srony. W ym widou zaware są czery nazwy eyie X Y Z oraz O odpowiadająca najbliższemu narożniowi prosopadłościanu próbi. Isnieje możliwość powięszenia wybranego widou. Każdy z widoów obszaru roboczego zawiera: ramę próbi ramę oaczającą obie oreślenie bieżącego uładu współrzędnych siaę oraz 5 wsaźni aywności ona mały zielony bądź czerwony wadra w górnym lewym rogu. Zamieszczony na sałe przyład rys. 87 reprezenuje szlaną próbę óra poddana będzie procesowi grawerowania. Zamodelowany obie w widoach uazany jes jao zbiór punów. Musi on mieścić się w granicach oreślonych wymiarami prosopadłościanu. Pase menu oraz pase narzędzi zawiera polecenia do różnych elemenów funcjonalnych programu np. wyboru ineresującego widou załadowania do pamięci ompuera projeu zmiany powięszenia i innych. Pase przeszałceń ransformacji wyświelany jes z lewej srony inerfejsu użyownia. Pozwala on na edycję przesunięcie obró oraz salowanie wprowadzonego do pamięci ompuera obieu. Polecenie MOVE pozwala na przesunięcie zaimporowanego obieu do środa obszaru roboczego a aże na doładne założone przesunięcie w osiach X Y Z. Kro mierzony jes w milimerach lub miromerach. Polecenie ROTATE pozwala na obró o założony przez użyownia ą woół osi X Y Z. Isnieje możliwość wyboru czy zamierzone działanie ma odnosić się do próbi czy eż obieu. Polecenie SCALE używane jes do zmiany rozmiaru przygoowanego odwzorowania wzdłuż oreślonej osi uładu współrzędnych. Przycisi RESET i APPLY asują i zawierdzają wprowadzone przez operaora warości przesunięć obroów czy eż współczynniów salowania. W celu powórzenia ych samych paramerów edycji wysarczy że użyowni powórzy wybranie przycisu APPLY. Pase sausu wyświelany jes w dole ona oprogramowania Sculpor. Lewa część pasa informuje o srócie lawiszowym do wybranych poleceń menu górnego. Pozosałe oiena informują o: rozmiarze bieżącego obieu; odsępach między liniami siai pomocniczej; 58

161 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle sali w jaiej jes bieżące ono; ilości punów z jaiej słada się zamodelowany obie; współrzędnych w osiach X Y Z odpowiadają bieżącej pozycji ursora myszi w globalnym uładzie współrzędnych pomiar w milimerach z precyzją rzech miejsc po przecinu; aa informacja nie jes wyświelana iedy ursor znajduje się w obszarze widou z rzuem izomerycznym. Oprogramowanie Sculpor współpracuje z formaami: *.cf - rozszerzenie programu Flin forma rodzimy *.scl oraz formay obieów *.bmp załadowanych w posaci monochromaycznej czarno-biały. Wybierając opcję Open z menu File dodajemy obie do obszaru roboczego. W przypadu załadowania do pamięci pliu *.bmp pojawi się przed użyowniiem ono z zapyaniem o ilościowe przeliczenie imporowanego obrazu. Konsola a pozwala na poprawne umieszczenie obrazu w rójwymiarowej przesrzeni. Można wyorzysać inwersję olorów Inversion salowanie obrazu w sosunu do prosopadłościennej próbi Mae Quanizaion albo eż podać odległość od osi głównej Vere disance. W nieórych przypadach można posłużyć się funcją mnożenia warsw z órych słada się obie podając równocześnie odległość między nimi funcje Layers coun Layers disance. Po załadowaniu pliu z założonym uprzednio usawieniami w nagłówu programu pojawi się pełna nazwa obrabianego odwzorowania a we wszysich czerech onach widoów uazany zosanie punowy obie. W danym momencie operaor laserowego urządzenia może przysąpić do dalszej edycji zapisu pliu pod nową nazwą albo eż jeżeli wymienionych czynności obie nie wymaga o do samego procesu grawerowania. Zapisany pli z nową nazwą zapisany będzie z rozszerzeniem *.scl. Rys. 88. Wido z oznaczeniem sróu na pasu narzędzi do dodawanie olejnych obieów Dzięi swej funcjonalności program Sculpor umożliwia umiejscowienie ilu obieów w ramach jednej próbi. Wyorzysuje się do ego celu polecenie Merge in. W celu dodania dodaowego obieu do obszaru roboczego można wyorzysać również ionę z pasa narzędzi poazaną na rys. 88 [79]. Rys. 89. Wido ona przeszałceń lusrzanych 59

162 5. Załączni E Do edycji zaimporowanego odwzorowania można wyorzysać funcję przeszałcenia lusrzanego menu Objec/Mirror j. symerycznie przeransformować isniejący uład do innego używając odbicia wzdłuż widoów XY XZ YZ rys. 89 [79]. Paramery ażdego widou mogą być dowolnie zmieniane za pomocą myszi ompuerowej. Zaznaczony obszar po zaznaczeniu na pasu narzędzi odpowiednich ion rys. 9 [79] można przybliżyć bądź eż oddalić sosując do ego celu lewy lub pracy przycis myszi. Taie samo działanie orzymamy wybierając na pasu narzędzi symbole lub. Podobnie posępuje się przy przesuwaniu obszaru roboczego. Wybiera się wedy symbol srzyżowanych srzałe. Rys. 9. Wido z oznaczeniem sróu na pasu narzędzi do przesuwania i funcji ZOOM Przed rozpoczęciem procesu grawerowania należy wyonać nasępujące czynności: sprawdzić czy współrzędnościowy sysem pozycjonujący zgrany jes z wybraną soczewą anału lasera Tools\Opions\Teach; sprawdzić aualne wymiary bryły szlanej wewnąrz órej przeprowadzany będzie proces grawerowania Tools\Opions\Sample\Glass sample eens; sprawdzić yp wybranego maeriału ewenualnie wprowadzić poprawi współczynniów charaeryzujących dany yp Tools\Opions\Sample; przeprowadzić sorowanie punów obieu Tools\Sor Kdz lub Sor by layers; po wyonaniu wcześniej przedsawionych czynności ewenualnie można przeesować obie czy nie wysępują w nim zdwojenia ych samych punów Tools\Opions\Tes. Oprogramowanie Sculpor oferuje do wyboru dwa rodzaje sorowania punów z órych uworzony jes obie. Wybiera się je w zależności od ego czy obrabianym obie jes dwu- czy rójwymiarowy. Dla obieów rójwymiarowych zaleca się sosowanie algorymu Sor Kdz. Algorym en posiada dwa paramery: K iedy dz > i iedy dz <. Wybiera się go poleceniem z menu Tools\Opions\Soring rys. 9 [79]. Algorym en opiera się na zasadzie wyboru w nasępnym rou punu óry posiada minimalną warość maddykdz*dz gdzie d dy dz są różnicami pomiędzy punem bieżącym a wsazanym naomias K jes jednym z dwóch paramerów algorymu zależnym od znau jai ma dz.

163 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Rys. 9. Ono usawiania paramerów związanych z sorowaniem punów obieu Przy grawerowaniu obieów dwuwymiarowych zalecany jes używanie algorymu sorowania po warswach Soring by layers. Przez rozpoczęciem procesu formowania należy sprawdzić warość parameru Layer rys. 9 biorąc pod uwagę fa iż nie może być mniejszy niż odległość pomiędzy warswami po załadowaniu pliu mono z rozszerzeniem *.bmp. Algorym en będzie wybierał puny z płaszczyzny XY w granicach ylo jednej warswy. Do ważnych elemenów oprogramowania serującego Sculpor należy ono uczenia sysemu pozycjonującego rys. 9 [79]. Wybieramy je z menu Tools\Teach. Służy ono do usalenia zerowej pozycji współrzędnościowego sysemu przemieszczeń. Wszysie przesunięcia będą znosić się do usalonej przez operaora pozycji biorąc poprawę na współczynnii używanego maeriału. Rys. 9. Ogólny wido ona uczenia sysemu pozycjonującego Jeżeli onroler współrzędnościowego sysemu przemieszczeń nie daje możliwości zmiany pozycji przez zmianę paramerów w onie sysemu uczenia o można dowiedzieć się o ej pozycji z ego ona dialogowego. Sam proces usalania punu zerowego zależy w głównej mierze od wyboru anału i soczewi uładu laserowego óry będzie wyorzysywany do formowania obieu. Ono dialogowe Teaching he sysem pojawia się ylo w przypadu iedy właściwie podłączony jes onroler. W onie odczyać można bieżącą warość we współrzędnych XYZ Curren seing masymalną obsługiwaną warość przesunięć Ma values blo serujący zmianą warości grupa Change oraz blo przycisów acepujących/odrzucających wprowadzone warości przez operaora.

164 5. Załączni E Rys. 9. Ono dialogowe powierdzające rozpoczęcie grawerowania W blou Change warości liczb w osiach XYZ podawane są w mironach. Zmianę pozycji o onreną warość realizuje się umieszczonymi dla danej osi przycisami ze srzałami w lewo i prawo. Przeesowanie wprowadzonej warości i ocena jej poprawności wyonuje się przycisając przycis Pulse. Jeżeli zadana warość odpowiada należy zawierdzić wszysie działania przycisiem OK. Poprzednia pozycja usawienia sysemu pozycjonującego jes przechowywana w pamięci i można ją przywrócić za pomocą przycisu Resore. Przycis Ini służy do przesunięcia uładu pozycjonującego do pozycji usalonej przez operaora jao pun zero. Ucząc sysem przemieszczeń należy podać również pozycję do órej uład pozycjonujący przemieści się po zaończeniu cylu obróbi aby można było wyjąć z urządzenia obrobione szło. Usawia się o za pomocą przycisu Se sample posiion. Po upewnieniu się przez operaora że wyonane są wszysie czynności związane z przygoowaniem urządzenia laserowego można przysąpić do procesu grawerowania wybierając polecenie Tools\Opions\Engrave. W ym momencie jeżeli onroler uładu pozycjonującego jes załączony można powierdzić rozpoczęcie procesu przycisiem Sar rys. 9 [79]. Możliwy jes wybór opcji saru grawerowania od pierwszego punu zamodelowanego wcześniej odwzorowania From he firs poin albo eż rozpoczęcie od oreślonego przez operaora Coninue from he... Blo serowania Enable pozwala wybrać aywny roboczy anał przechodzenia wiązi laserowej naomias blo Feedbac pozwala przez zasosowanie sensorów onrolować proces. Na życzenie osoby obsługującej możliwe jes sporządzenie saysyi i zapis jej do pliu saisica. po wybraniu opcji Save saisic file. Po zawierdzeniu wcześniejszych działań na eranie ompuera pojawi się omunia informujący osrzegający o załączeniu lasera. W ym samym czasie współrzędnościowy sysem pozycjonujący przemieści się do pozycji załadunu szlanych półfabryaów do dalszej obróbi i pojawi się ono dialogowe umożliwiające przeprowadzenie dalszych czynności rys. 9 [79]. W momencie iedy lampa sysemu laserowego osiągnie odpowiednią emperaurę pracy proces grawerowania rozpocznie się. W ym onie operaor dodaowo ma do wyorzysania przycisi Coninue Sop Ei.

165 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Rys. 9. Ono informujące o przebiegu procesu formowania obieu wewnąrz szła Ono poazuje w racie rwania procesu bieżącą saysyę óra zmieniana jes dynamicznie. Doyczy ona: czasu rwania procesu jego posępu day rozpoczęcia i przewidywanego zaończenia. Kiedy proces dobiegnie ońca uład pozycjonujący przesunięy zosanie do pozycji oreślonej jao Sample posiion w procesie uczenia.

166 . Załączni F. Załączni F Tabela pomiarowe do sporządzenia wyresów z rozdziału. Pomiary dla urządzenia z laserem 5Hz prędość pozycjonera 8m/s Liczba punów Prędość [m/s] Częsoliwość lasera [Hz] Przyspieszenie Czas obróbi Liczba punów [m/s ] [ s ] [puny/s] Pomiary dla urządzenia z laserem 5Hz prędość pozycjonera m/s Liczba punów Prędość [m/s] Częsoliwość lasera [Hz] 79 5 Przyspieszenie Czas obróbi Liczba punów [m/s ] [ s ] [puny/s]

167 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Pomiary dla urządzenia z laserem Hz prędość pozycjonera 8 m/s Liczba punów Prędość [m/s] Częsoliwość lasera [Hz] 79 8 Przyspieszenie Czas obróbi Liczba punów [m/s ] [ s ] [puny/s] Pomiary dla urządzenia Hz prędość przemieszczeń m/s Liczba punów Prędość [m/s] Częsoliwość lasera [Hz] 79 Przyspieszenie Czas obróbi Liczba punów [m/s ] [ s ] [puny/s]

168 . Załączni F Pomiary wpływu ąa sorowania na wydajność obróbi laserem Hz Liczba Prędość Przyspieszenie punów [m/s] [m/s ] Ką sorowania Czas obróbi Liczba punów [sopnie] [ s ] [puny/s]

169 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle 7. Załączni G Przyłady realizacji rójwymiarowych obieów w szle W celu przedsawienia możliwości wywórczych urządzenia do laserowego formowania rójwymiarowych obieów w szle poniżej zamieszczono ila przyładów rzeczywisej realizacji ubiów. Przy opisie uwzględniono zamodelowane w programie D SudioMAX rójwymiarowe odwzorowanie zdysreyzowany obie z podaniem liczby punów z jaich się słada oraz czasu wyonania i wielości obieu rzeczywisego. Przyład praycznej realizacji obieu ypu zna zodiau WAGA Rys. 95. Zamodelowane odwzorowanie D Rys. 9. Wido zdysreyzowanego obieu w oprogramowaniu SCULPTOR Zamodelowane odwzorowanie rys. 95 zrealizowano praycznie w blou szlanym o rozmiarach mm rys. 97. Obie po procesie dysreyzacji sładał się z 9 punów rys. 9. Czas obróbi przez laserowe urządzenie grawerujące wynosił seundy. Rys. 97. Rzeczywisa realizacja obieu w szle 7

170 7. Załączni G Przyład praycznej realizacji obieu ypu zna zodiau PANNA Rys. 98. Zamodelowane odwzorowanie D Rys. 99. Wido zdysreyzowanego obieu w oprogramowaniu SCULPTOR Zamodelowane odwzorowanie rys. 98 zrealizowano praycznie w blou szlanym o rozmiarach mm rys.. Obie po procesie dysreyzacji sładał się z 5777 punów rys. 99. Czas obróbi przez laserowe urządzenie grawerujące wynosił 7 seundy. Rys.. Rzeczywisa realizacja obieu w szle Przyład praycznej realizacji obieu ypu GALEON Rys.. Zamodelowane odwzorowanie D Rys.. Wido zdysreyzowanego obieu w oprogramowaniu SCULPTOR 8

171 Mecharoniczne pozycjonowanie wiązi lasera impulsowego w urządzeniach do formowania obieów rójwymiarowych w szle Zamodelowane odwzorowanie rys. zrealizowano praycznie w blou szlanym o rozmiarach mm rys.. Obie po procesie dysreyzacji sładał się z 755 punów rys.. Czas obróbi przez laserowe urządzenie grawerujące wynosił 9 seund. Rys.. Rzeczywisa realizacja obieu w szle Przyład praycznej realizacji obieu ypu zna zodiau SKORPION Rys.. Zamodelowane odwzorowanie D Rys. 5. Wido zdysreyzowanego obieu w oprogramowaniu SCULPTOR Zamodelowane odwzorowanie rys. zrealizowano praycznie w blou szlanym o rozmiarach mm rys.. Obie po procesie dysreyzacji sładał się z 997 punów rys. 5. Czas obróbi przez laserowe urządzenie grawerujące wynosił 9 seund. Rys.. Rzeczywisa realizacja obieu w szle 9