مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

استفاده از فناوری کنترل عددی در رسم و نقاشی دو بعدی به وسیله نازل رنگ پاش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 فارغ‌التحصیل کارشناسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران
2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران
چکیده
امروزه فناوری کنترل عددی که از فرزکاری دو محوره بال هواپیما در دانشگاه MIT در سال ۱۹۶۸ آغاز گردید، در حوزه‌های گوناگونی به کار گرفته شده است. با توجه به قابلیت‌های چشمگیر این فناوری، کنترل عددی اخیراً در عرصه هنر هم ورود کرده است. معماری داخلی، مجسمه‌سازی، نقاشی و بسیاری موارد دیگر از کاربردهای این موضوع می باشد. در پژوهش پیش رو رسم و نقاشی دوبعدی به کمک تلفیق فناوری کنترل عددی و طراحی به کمک کامپیوتر مد نظر قرار گرفته شده است. حرکت دوبعدی قلم به وسیله دو موتورپله‌ای و کنترل هماهنگ زوایای چرخش موتورها انجام می‌شود. پیاده‌سازی الگوریتم کنترل حرکت نیز ابتدا بر روی فضای دکارتی انجام شده و سپس به کمک تبدیل به فضای شبه قطبی منتقل می‌شود. در ادامه این پژوهش به طراحی و راه‌اندازی سیستم کنترل پاشش رنگ به وسیله نازل رنگ‌پاش می‌پردازد. این کار قابلیت رنگ‌آمیزی و طراحی منحنی‌های گسسته و پیوسته را بر روی سطوح مختلف مورد بررسی قرار می‌دهد. در انتها دستورات ایجاد شده متناسب با جایگاه موتورها و مکانیزم کنترل پاشش رنگ توسط بورد آردوینو، شیلد سی‌ان‌سی و الگوریتم GRBL به پالس‌های حرکتی تبدیل شده و شکل مورد نظر را با توجه به نوع منحنی به وسیله نازل رنگ پاش رسم می‌کند.  قابلیت های این رسام سی‌ان‌سی توسط مثال‌های کاربردی نمایش داده شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Utilizing CNC technology in two-dimensional drawing and painting using a spray paint nozzle

نویسندگان English

Mohammad Amir Partanian 1
Behnam Moetakef-Imani 2
1 BSC Graduate, Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
2 Professor, Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
چکیده English

Nowadays, numerical control (NC) technology, which began with the two-axis milling of aircraft wings at MIT in 1968, has been employed in various fields. Due to its remarkable capabilities, numerical control has recently entered the realm of art as well. Interior architecture, sculpture, painting, and many other areas have found applications for this technology. In the present study, the combination of numerical control technology and computer-aided design (CAD) is used for two-dimensional drawing and painting. The two-dimensional movement of the pen is achieved using two stepper motors and synchronized control of their rotation angles. The implementation of the motion control algorithm is initially performed in Cartesian space and then transformed to pseudo-polar space. Furthermore, this research investigates the design of a nozzle holder base for paint spraying and the creation of curves using this nozzle and the ability to colorize and draw both discrete and continuous curves on different surfaces is examined. Finally, the commands generated, corresponding to the positions of the motors and the control mechanism of the paint spraying, are converted into motion pulses using an Arduino board, CNC shield, and GRBL (G-code Real-time Boot Loader), enabling the desired shape to be drawn using the paint spraying nozzle. The capabilities of this CNC painter are shown by practical examples.

کلیدواژه‌ها English

Numerical Control
Coordinate Transformation
Arduino Board
Spray Paint Nozzle
GRBL
[1] Sadeghieh M, Mofidi SMR, Motakef Imani B. Utilizing Two-Dimensional Polar CNC Technology in Painting and Coloring Art. 13th Iranian Conference on Manufacturing and Production Engineering. 2017;1:1-4. [In Persian]
[2] Altintas Y, Erkorkmaz K. High speed CNC system design. Part I: jerk limited trajectory generation and quintic spline interpolation. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2001 July;41(9):1323-45. doi: 10.1016/S0890-6955(01)00002-5
[3] Astarloa A, Bidarte U, Zuloaga A, Alegria I. Reconfigurable microstepping control of stepper motors using fpga embedded ram. 29th Annual Conference of the IEEE of the Industrial Electronics Society. 2003;2221-26. doi: 10.1109/IECON.2003.1280588
[4] Ghosh G, Basu AK. Novel Electronic Gear for Maintaining A Fixed Speed Ratio Between Two Motors-An Industrial Application. 4th International Conference on Electronics, Materials Engineering & Nano-Technology. 2020 November 30;1:1-4. doi: 10.1109/IEMENTech51367.2020.9270093
[5] Zeng M, Hu CZ, Hu PF. Control Algorithm of Acceleration Curve for Stepper Motor. Control and Systems Engineering. 2016 May 5;4(1):32-9. doi: 10.18005/JCSE0401004
[6] Baluta G. Micro stepping Mode for Stepper Motor Control. International Symposium on Signals, Circuits and Systems: IEEE. 2007 August 20;1:1-4. doi: 10.3390/pr11020329  
[7] Minhat M, Vyatkin V, Xu X, Wong S, Al-Bayaa Z. A novel open CNC architecture based on STEP-NC data model and IEC 61499 function blocks. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2009 June;25(3):560-9. doi: 10.1016/j.rcim.2008.03.021
[8] Latif K, Adam A, Yusof Y, Abdul Kadir AZ. A review of G code, STEP, STEP-NC, and open architecture control technologies based embedded CNC systems. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021 April 17;114:2549-66. doi: 10.1007/s00170-021-06741-z
[9] Tseng AA, Kolluri SP, Radhakrishnan P. A CNC machining system for education. Manufacturing Systems. 1989;8(3):207-14. doi: 10.1016/0278-6125(89)90042-3
[10] Wang FL, Zhang FM, Ge L, Ma H. Velocity Connection Algorithm of Arbitrary Multi-Axis Linkage. Advanced Engineering Forum. 2017 October 11;24:12-23. doi: 10.4028/www.scientific.net/AEF.24.12
[11] Ansari M, Amirian G, Imam SM, Hemati SJ. Design and fabrication of an active stereo scanner and metrological validation of results. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2019 June 22;6(2):29-43. [In Persian]