屈鳴楊系江蘇省天一中學(xué)的在校學(xué)生，他在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常需要用激光切割機來雕刻一些很酷的木質(zhì)標(biāo)簽，但作為商品的激光切割機價格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為此屈鳴楊決定利用一些比較簡單的材料、用比較低的成本來完成一臺適合家庭DIY使用的迷你激光切割機。

本項目以Arduino為主控器，通過接受電腦端發(fā)送過來的G代碼，主控器解釋這些執(zhí)行代碼，將代碼轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機的控制脈沖，通過步進(jìn)電機控制電路帶動X軸、Y軸運動。其中X軸帶動半導(dǎo)體激光頭運動，Y軸帶動工作臺運動，從而實現(xiàn)平面內(nèi)的任意坐標(biāo)點的定位。

為了研究激光雕刻機項目，屈鳴楊首先在教師的幫助下解剖了學(xué)校的大型激光雕刻機，了解到激光雕刻機屬于二軸聯(lián)動的平面移動數(shù)控機構(gòu)，為了實現(xiàn)激光頭在平面內(nèi)的移動，內(nèi)置可以采用同步帶傳動、滾珠絲桿傳動等多種傳動方式。同步帶傳動壽命短，存在老化、張緊等較多問題。但是，在激光頭行程比較長時還是需要采用這種方式實現(xiàn)大行程移動。而在行程比較短的情況下，滾珠絲桿軸承是更好的選擇，其壽命長、定位精度高。因此，本裝置采用滾珠絲桿作為傳動部件。同時屈鳴楊還了解了激光切割機的激光生成、傳輸、聚焦等結(jié)構(gòu)，對大型激光切割機一般采用氣體激光源，對小功率激光切割機則一般采用固體激光激光源。本裝置采用200 mW的紅色半導(dǎo)體激光源經(jīng)過透鏡聚焦后作為切割光源。由于激光源體積小巧，因此可以直接將激光源安裝在驅(qū)動軸上由絲桿帶動一起運動。激光無需采用反射透鏡來改變光路，簡化了結(jié)構(gòu)。對X軸、Y軸方向絲杠驅(qū)動采用兩相步進(jìn)電機作為驅(qū)動電機，定位精度高。商品化的大型激光切割機采用高性能DSP控制器來實現(xiàn)G代碼的快速編譯和運動軌跡的快速插補運算，本機器采用開源、廉價的Arduino來完成這個工作，雖然速度性能有所下降，但性價比較高。

在該項目的研究中主要利用了嵌入式控制器編程、步進(jìn)電機控制、G代碼編譯等系列技術(shù)。

該項目的創(chuàng)新部分實現(xiàn)了激光切割設(shè)備的小型化，將激光切割設(shè)備設(shè)計得非常迷你，同時利用了大量的標(biāo)準(zhǔn)零件，使得該設(shè)備的價格非常低廉，適合大部分DIY愛好者購買或制作。