激光打标机运动控制器的设计与实现

【摘要】：激光打标技术是在激光热处理技术、激光焊接技术、激光切割技术等之后发展起来的一门新型加工技术，其原理是利用高能量密度的激光束使待加工物体表面迅速发生汽化形成凹槽，从而获得标记图案。与传统的标刻方式相比，激光打标技术具有无污染、速度快、打标质量好、无磨损等众多优点；而嵌入式系统具有成本低、可靠性高、集成度高等特点。课题充分发挥两者的优势，提出了嵌入式激光打标机的设计方案。 论文首先介绍了激光打标技术的国内外研究现状和激光打标机的工作原理及其系统组成，结合嵌入式控制系统的低成本和高性能优势，提出了基于STM32的激光打标机控制器的设计方案。通过分析激光打标机的功能需求，选择了意法半导体公司的STM32F103ZET6作为主控芯片，对于光路控制，选取了精度高、速度快、抗干扰能力强的数字振镜扫描系统，而激光器则选择了高稳定性的脉冲光纤激光器。根据系统方案，完成了激光打标机控制器的硬件电路设计和软件设计。在本系统设计中，控制器和上位机通过以太网通信方式进行数据传输，控制器使用高速以太网网卡芯片DM9000A，并且移植了代码量小、基本功能齐全、代码开源的uIP协议栈，实际测得的数据传输速率达到2Mb/s。对于上位机传来的打标数据，控制器首先将其存储到外部SRAM中，然后再将数据从SRAM中读取出来并解析成振镜扫描系统和激光器所需要的数据，通过SPI的方式将打标数据传输给振镜扫描系统同时控制激光器的开与关，从而实现在目标物体表面的图形标刻。另外，论文还分析了振镜扫描系统的数学模型和打标图形几何畸变产生的原因，采用二次多项式拟合的方法对其进行校正，并给出了打标矩形校正前后的对比图，结果表明：经过该方法校正后，图形的几何畸变现象校正效果明显。 经过多次测试，该系统能够实现简单图形的绘制、文字的输入以及PLT矢量文件的导入，并且能够稳定快速的完成打标，且效果良好。