Návrh systémů řízení CNC laserového gravírování

Martin Jurek

Doctoral thesis

Design of CNC laser engraving systems

Abstract:

Tato disertační práce se zabývá optimalizací a řízením výrobního procesu laserového gravírování fotografií do dřeva. Hlavním cílem je zvýšit kvalitu přenosu digitální fotografie na povrch dřeva jeho postupným vypalováním. Indikátory kvality jsou počet rozlišitelných odstínů a jejich rovnoměrné rozložení po celé škále odstínů dle vstupní fotografie. V rámci práce je popsáno a vyhodnoceno několik řídicích a optimalizačních podsystémů. Ty mají na základě testování a průzkumu současného stavu technologie potenciál posunout výrobní proces dále v měřítku kvality. Jedná se o využití matematického modelu stroje k nastavení jeho optimální výrobní rychlosti (frekvence kroku) a následnou implementaci algoritmu pro tlumení vibrací. Dalšími podsystémy, které jsou v práci řešeny jsou kalibrační systém, filtrace vstupní grafiky a využití simulace výsledného výrobku k lepšímu nastavení výrobních parametrů. Tato práce je popis komplexního systému s novým přístupem, který využívá zavedení simulační zpětné vazby do výrobního procesu laserového gravírování fotografií do dřeva. Byl vytvořen návrh celkového řídicího systému a jeho jednotlivé části byly blíže popsány a řešeny. Podsystémy byly vyhodnoceny a byl naznačen jejich přínos ke zlepšení kvality výrobku, pokud to bylo možné.

Abstract:

This thesis describes the optimization and control of the manufacturing process of laser engraving of photographs on wooden surface. The main goal is to improve the quality of digital photography transfer to the wood surface by gradual wood burning. The main quality indicators are the number of distinctive shades and their uniform distribution across a range of shades according to the input photo. Several control and optimization subsystems are described and evaluated in the thesis. According to preliminary testing and research of current state of laser engraving technology, these subsystems have the potential to improve the quality of production. Main subsystems are the use of the mathematical model of the machine for setting its optimum production speed (step frequency) and subsequent implementation of the vibration damping algorithm. Other subsystems that are solved at work are calibration system, optimal filtration of input graphics and utilization of simulation of the resulting product for optimal production parameters setup. This work is a description of a complex system with a new approach, which uses simulation feedback for the manufacturing process of laser engraving of photographs into wood. A design of the overall control system has been created and its individual parts have been further described. All subsystems have been evaluated and their contribution to improving product quality, if possible, has been indicated.

Keywords

laser, gravírování, dřevo, CNC, automatické řízení, kvalita, optimalizace, frekvenční filtrování, fotografie, vypalování, stupně šedi, karbonizace

Keywords

Laser, Engraving, Wood, CNC, Automatic Control, Quality, Optimization, Frequency Filtering, Photography, Burning, Grayscale, Carbonization

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 30. 8. 2019
• Supervisor: Renata Wagnerová
• Reader: Robert Frischer, Vladimír Vašek, Jaroslav Šeminský

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Řízení strojů a procesů