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随着智能化以及网络信息的高速发展,嵌入式技术以其高度自动化、可扩展性高和低成本等特性,越来越多地被运用于各个行业中去。其中,基于主从式结构的嵌入式数控激光雕刻机在激光领域中研究最为广泛,改变了以往传统雕刻加工的低效率、低产能,为加工产品的质量提供了有效保障。激光雕刻加工由插补系统进行运动控制,插补系统本身在很大程度上决定了被加工产品的品质。论文针对目前激光雕刻加工需要多平台协同,且在处理自然曲线时误差较大的问题,设计了一种基于ARM+FPGA的激光雕刻机嵌入式插补系统。系统通过对图像文件的分析,提取边界并完成相应的预处理。根据自然曲线边界的特征,利用曲率计算求出分段特征点,从而完成逆向工程,使用三次B样条曲线对其进行数学描述。最后通过粒子群优化算法对曲线进行粗插补的优化求解,以达到精度的提升。论文主要工作内容包括:1)研究了激光雕刻机雕刻加工的驱动方案,选择基于ARM+FPGA的嵌入式插补系统。以STM32作为主控芯片,FPGA作为从控制芯片,配合进行数据运算,并完成插补脉冲输出。主要从软件设计着手,主要内容包括:曲线重构模块、插补计算模块以及通讯模块等。2)根据图像边界特征,利用逆向工程完成图像边界的B样条曲线重构。通过对边界点的获取及预处理,对图像边界进行线形判别,从而分别对直线和曲线进行后续分析计算完成插补。对于曲线,通过分析曲率得到曲线上分段特征点,继而生成B样条曲线,完成图像边界的曲线拟合。3)研究了样条曲线粗插补点的粒子群优化算法,利用优化算法迭代计算插补点的最优位置解,使得插补点分布为误差最小分布。通过分析约束条件,构造误差目标增补函数,并利用粒子群优化算法进行优化分析,计算B样条上的插补点。主要从如何构建有效的目标函数实现限制条件的约束出发,分析计算对曲线插补的精度控制。仿真实验结果表明,基于ARM+FPGA的嵌入式插补系统在完成曲线重构后进行粗插补求解,对增补误差目标函数的粒子群优化计算,算法能够迅速收敛,相较于传统算法在精度上有明显提升。