Введение 6
1. Лазерно-оптический комплекс 8
1.1. Принцип работы полупроводникового лазера 8
1.2. Фотоэлектрический пробор 10
1.2.1. Фоторезисторы 10
1.2.2. Фотодиоды 11
1.2.3. Фототранзистор 13
2. Моделирование и оценивание траектории движения объекта 15
2.1. Составление карты траектории движения 15
2.2. Составление математических линейных моделей 18
2.3. Триангуляция 30
2.4. Алгоритм моделирования движения объекта 31
3. Программирование системы точности перемещения объекта 33
3.1. Составление блок-схемы алгоритма 33
3.2. Составление примерной структурной схемы лазерно-оптического
комплекса 36
3.2.1. Блок двигателей 37
3.2.2. Блок датчиков 37
3.3. Составление схемы и подключения элементов в Tinkercad 37
3.4. Разработка программы для Arduino 40
3.4.1. Листинг программы 40
3.4.2. Результат работы программы 44
Заключение 49
Список литературы 50
Приложение А Полный текст программы для считывания координат
различных датчиков 54
Приложение Б Блок-схема алгоритма считывания координат различных датчиков 55
Приложение В Результаты работы программы 57
Обработка на станках с ЧПУ используется во всех отраслях промышленности, от небольших мастерских до крупных производителей.
«ЧПУ» означает «числовое программное управление», а определение механической обработки с ЧПУ основано на том, что это производственный процесс, в котором обычно используются компьютеризированные средства управления и машины для удаления материала с заготовки. Этот процесс подходит для различных материалов, включая металлы, пластмассы, дерево, стекло, т.д., и находит применение в различных отраслях промышленности.
Если говорить о самом станке с ЧПУ, это любой станок для обработки или создания детали, который управляется заданной программой и выполняет действия самостоятельно, без вмешательства оператора.
Автоматизированная обработка на станках с ЧПУ позволяет изготавливать детали высокой точности и гарантирует экономическую эффективность при достижении простых и средних объёмов производства. Несмотря на то, что обработка с ЧПУ имеет определённые преимущества перед другими производственными процессами, степень сложности получаемых деталей и экономическая эффективность при этом ограничены.
В зависимости от выполняемой операции используются разные машины. Для изготовления детали на разных этапах можно использовать разное оборудование. Принцип автономной работы и программного управления остаётся общим для всех станков с ЧПУ.
Для того чтобы качественно изготовить ту или иную деталь, необходимо идентифицировать объект и контролировать его местонахождение.
Использование систем идентификации и позиционирования (локализации) материальных объектов - актуальное направление оптимизации технологических процессов. Такие системы уже используются в самых разных областях, что привело к появлению различных технологий.
Существуют группы технологий, которые позволяют определить местоположение. К ним относятся следующие: радиолокационные технологии; технологии инерциального позиционирования; технологии, основанные на изменении магнитного поля; ультразвуковые технологии и оптические технологии.
Оптические технологии позиционирования представлены двумя подгруппами - технологиями инфракрасного и лазерного позиционирования. В данной работе будет рассмотрено лазерное позиционирование.
В системах лазерного позиционирования устройства излучают лазерные импульсы через равные промежутки времени. Эти импульсы улавливаются приёмниками системы, и местоположение устройства рассчитывается на основе времени прохождения сигнала от источника до приёмника. Излучатель может быть сразу приёмником, то есть может работать по отражённому сигналу.
Преимущества: Высокая точность измерений.
Однако, у систем лазерного позиционирования для определения местоположения необходима прямая видимость, что ограничивает их применение.
Данная работа посвящена разработке программной части лазерно-оптического комплекса позиционирования объекта. Она подразумевала собой создание системы диагностики точности перемещения объекта. Для этого было необходимо рассмотреть следующие разделы: лазерно-оптический комплекс из чего он состоит, какие элементы задействованы, моделирование и оценивание траектории движения объекта (создание карты расположения датчиков и математической модели перемещения) и программирование системы точности перемещения объекта (написание программы для считывания с датчиков сигнала).
После каждого раздела приведены краткие выводы по разделу. В них кратко описывается суть раздела, что в нем рассматривалось и подведены итоги.
Результатом данной работы является программная часть лазерно-оптического комплекса позиционирования объекта, с помощью которой можно диагностировать точность перемещения объекта. Её пример работы рассмотрен в пункте 3.4.2.
