CN103645660B

CN103645660B - 激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置及方法

Info

Publication number: CN103645660B
Application number: CN201310636452.4A
Authority: CN
Inventors: 谢跃雷; 梁文斌; 彭诚诚; 王太兴; 欧阳缮; 晋良念; 刘庆华; 陈紫强; 李民政
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: CN103645660A

Abstract

本发明公开一种激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置及方法，主要由激光数据采集模块、振镜数据采集模块、可编程逻辑门阵列主控模块、通信模块和上位机组成；激光数据采集模块的输入端连接激光打标卡的激光器，振镜数据采集模块的输入端连接激光打标卡的振镜，激光数据采集模块和振镜数据采集模块的输出端连接可编程逻辑门阵列主控模块的输入端，可编程逻辑门阵列主控模块的输出端经通信模块和上位机。本发明能够迅速捕获激光打标卡传输至激光打标台的振镜、激光等装置的数据，并能捕获数据在上位机中模拟实际标刻图案，精准验证激光打标图案。

Description

激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置及方法

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置及方法。

背景技术

随着现代科技的发展，激光加工技术已经在许多行业获得的成功应用。激光加工就是利用高功率密度的激光束照射工件，使材料熔化或气化而进行的一种非接触式特种加工手段。激光打标卡外接激光器、振镜、飞标传输带、系统电源、输入键盘及显示、旋转编码器等部分就形成一台完整的激光打标机。激光打标卡负责接收上位机传输的待标刻图像数据及激光控制参数，并将图像数据、参数按一定顺序分别传至振镜和激光器，控制激光光束在材料表面的X轴方向和Y轴方向上有序移动，从而打出相应的图像标记，激光器控制激光的出光、关光状态。

传统的激光打标卡在开发制作过程，由于数据采集复杂、图像验证困难，导致激光打标卡的开发周期长、效率低、成本较高。特别是对于一些层次感较强、曲线分解较复杂、延时较多的图像，即便在车间工厂中实测，借助尺子、放大镜等进行定量测量，然后对比打标图案，也无法准确验证其数据的正确性，而且其操作步骤非常的繁琐，极大程度阻碍了打标卡的开发进度。对于购买打标卡的用户而言，更是很难判断打标卡的真实标刻精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置及方法，其能够迅速捕获激光打标卡传输至激光打标台的振镜、激光等装置的数据，并能捕获数据在上位机中模拟实际标刻图案，精准验证激光打标图案。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置，主要由激光数据采集模块、振镜数据采集模块、可编程逻辑门阵列主控模块、通信模块和上位机组成；其中

激光数据采集模块的输入端连接激光打标卡的激光器，并将采集到的激光器的主振荡控制信号、激光器调制输入信号、激光器脉冲重复频率输入方波信号、功率锁存信号和功率设定信号送入可编程逻辑门阵列主控模块中；

振镜数据采集模块的输入端连接激光打标卡的振镜，并将采集到的振镜的传送坐标的时钟信号、坐标同步信号、X坐标信号和Y坐标信号送入可编程逻辑门阵列主控模块中；

可编程逻辑门阵列主控模块同步接收激光数据采集模块和振镜数据采集模块送来的数据并判断数据类型后，将激光器状态数据和振镜坐标数据分别存放；

通信模块将存放在可编程逻辑门阵列主控模块中的激光器状态数据和振镜坐标数据送入上位机；

上位机接收到通信模块送来的数据后，分别识别激光器状态数据和振镜坐标数据，并把每个坐标点的图形显示出来，这便完成了实际激光标刻的模拟。

上述装置中，所述可编程逻辑门阵列主控模块上还接有同步动态随机存储器。

上述装置中，所述通信模块为USB通信模块。

上述装置所实现的激光打标卡数据采集及标刻图像验证方法，包括如下步骤：

步骤1：激光数据采集模块采集激光器的主振荡控制信号、激光器调制输入信号、激光器脉冲重复频率输入方波信号、功率锁存信号和功率设定信号，并将上述信号送入可编程逻辑门阵列主控模块中；

步骤2：振镜数据采集模块将振镜的传送坐标的时钟信号、坐标同步信号、X坐标信号和Y坐标信号，并将上述信号送入可编程逻辑门阵列主控模块中；

步骤3：可编程逻辑门阵列主控模块同步接收激光数据采集模块和振镜数据采集模块送来的数据并判断数据类型后，将激光器状态数据和振镜坐标数据分别存放；

步骤4：通信模块将存放在可编程逻辑门阵列主控模块中的激光器状态数据和振镜坐标数据送入上位机；

步骤5：上位机接收到数据后，分别识别激光器状态数据和振镜坐标数据，并把每个坐标点的图形绘制并显示出来，这便完成了实际激光标刻的模拟。

在步骤3中，激光器状态数据和振镜坐标数据存放在可编程逻辑门阵列主控模块内部的先入先出队列中或外部的同步动态随机存储器中。

在步骤5之后，还进一步包括将上位机画出的图形和打标卡软件画的图形做对比，判断标刻是否出现问题的步骤。

与现有技术相比，本发明具有操作简单、性能稳定及输出数据量大的特点，能够迅速捕获激光打标卡传输至激光打标台的振镜、激光等装置的数据，并能捕获数据在上位机中模拟实际标刻图案。

附图说明

图1是一种激光打标机数据采集及标刻图像验证装置的原理示意图；

图2是一种激光打标机数据采集及标刻图像验证方法的流程示意图；

图3是一种激光打标机数据采集及标刻图像验证装置的上位机界面展示图；

图4是一种激光打标机数据采集及标刻图像验证装置测试后数据测绘图；

图5是上位机绘制的图形的局部放大图，显示到每个光斑，且光斑大小可以调节。

具体实施方式

一种激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置，如图1所示，主要由激光数据采集模块、振镜数据采集模块、可编程逻辑门阵列主控模块（FPGA）、USB通信模块和上位机组成。激光数据采集模块的输入端连接激光打标卡的激光器；振镜数据采集模块的输入端连接激光打标卡的振镜。激光数据采集模块和振镜数据采集模块的输出端与现场可编程门阵列主控模块相接好，可由导线或者并口线相接。现场可编程门阵列主控模块作为主控芯片，由其控制各个管脚数据的采集，然后读写SDRAM存储模块，使数据从USB通信模块输出至上位机处理模块。SDRAM存储模块，其特征在于存储完整数据，之后由现场可编程门阵列主控模块读出数据传输。USB通信模块的数据线接通上位机即PC端，通过协议传输数据，使得数据传送至上位机，让数据模拟标刻。上位机数据通过由MATLAB编写的程序模拟实际标刻可绘制图案，通过调节颜色，分辨率等课进一步观察图像。

激光数据采集模块的输入端连接激光打标卡的激光器，并将采集到的激光器的主振荡控制信号、激光器调制输入信号、激光器脉冲重复频率输入方波信号、功率锁存信号和功率设定信号送入可编程逻辑门阵列主控模块中。在本实施例中，激光数据采集模块用来采集激光器的状态、功率和开关光等信号，激光控制信号由D型连接器输出。把激光器主振荡控制信号MO通过并口线连接到FPGA的181管脚；激光器调制输入信号AP通过并口线连接到FPGA的212管脚；激光器脉冲重复频率（同步）输入方波信号通过并口线连接到FPGA的177管脚；激光器的功率锁存信号通过并口线连接到FPGA的211管脚；激光器的功率设定信号D0-D7，通过并口线分别连接到FPGA的176管脚、4管脚、173管脚、5管脚、171管脚、6管脚、169管脚和13管脚。通过采集这些跟激光器有关的信号，便可以准确判断激光器的状态。

振镜数据采集模块的输入端连接激光打标卡的振镜，并将采集到的振镜的传送坐标的时钟信号、坐标同步信号、X坐标信号和Y坐标信号送入可编程逻辑门阵列主控模块中。在本实施例中，振镜数据采集模块根据XY2-100协议采集实际标刻时的X和Y坐标，每个坐标值由16比特组成，以串行方式传送到振镜，每次传送一个坐标前有3个比特的控制位，传送完坐标后还要给1比特的校验位，这样每个坐标值实际由20比特组成。准确采集坐标值，要检测4个信号，即传送坐标的时钟信号SENDCK通过并口线连接到FPGA的168管脚；坐标同步信号SYNC通过并口线连接到FPGA的18管脚；X坐标信号通过并口线连接到FPGA的167管脚；Y坐标信号通过并口线连接到FPGA的21管脚。

可编程逻辑门阵列主控模块同步接收激光数据采集模块和振镜数据采集模块送来的数据并判断数据类型后，将激光器状态数据和振镜坐标数据分别存放。可编程逻辑门阵列主控模块把采集到激光器状态信号以及坐标值暂存到FPGA内部的FIFO（先入先出阵列），或者写入FPGA外部的存储器SDRAM（同步动态随机存储器）。现场可编程门阵FPGA选用的是ALTERA公司的EP3C16Q240C8，存储模块SDRAM选用的是Micron公司的MT48LC16M16A2，有256Mb的存储空间，足以存储标刻图形的数据。FPGA和SDRAM通过响应管脚连接。

USB通信模块将存放在可编程逻辑门阵列主控模块中的激光器状态数据和振镜坐标数据送入上位机。USB通信模块采用的是FT2232H芯片，FT2232H的ADBUS0到ADBUS7是数据管脚依次连接到FPGA的236管脚、235管脚、234管脚、233管脚、232管脚、231管脚、230管脚和226管脚；FT2232H的ACBUS0到ACBUS6是一些控制信号，依次连接到FPGA的224管脚、223管脚、221管脚、219管脚、218管脚、209管脚和217管脚。FPGA通过这些管脚和FT2232H芯片相连，把坐标数据和激光器状态数据通过FT2232H上传到上位机。

上位机接收到USB通信模块送来的数据后，分别识别激光器状态数据和振镜坐标数据，并把每个坐标点的图形显示出来，这便完成了实际激光标刻的模拟。而且画图时每个坐标点的大小可以调节，这样就模拟了实际标刻的光斑大小。图5是上位机绘制的图形的局部放大图，显示到每个光斑，且光斑大小可以调节。

步骤1：激光数据采集模块采集激光器的主振荡控制信号、激光器调制输入信号、激光器脉冲重复频率输入方波信号、功率锁存信号和功率设定信号，并将上述信号送入可编程逻辑门阵列主控模块中。

步骤2：振镜数据采集模块将振镜的传送坐标的时钟信号、坐标同步信号、X坐标信号和Y坐标信号，并将上述信号送入可编程逻辑门阵列主控模块中。

步骤3：可编程逻辑门阵列主控模块同步接收激光数据采集模块和振镜数据采集模块送来的数据并判断数据类型后，将激光器状态数据和振镜坐标数据分别存放。激光器状态数据和振镜坐标数据存放在可编程逻辑门阵列主控模块内部的先入先出队列中或外部的同步动态随机存储器中。

步骤4：通信模块将存放在可编程逻辑门阵列主控模块中的激光器状态数据和振镜坐标数据送入上位机。

步骤5：上位机接收到数据后，分别识别激光器状态数据和振镜坐标数据，并把每个坐标点的图形绘制并显示出来，这便完成了实际激光标刻的模拟。此外，把上位机画出的图形和打标卡软件画的图形做对比，便可以知道标刻有没有问题，有没有实现想要标刻的图形，上位机画出的图形还可以放大，这样可以观察到每一个光斑点，可以非常便捷，直观的得到此打标卡的标刻精度。而为了便于观察打标图案的效果，选择跳转速度和打标速度区别，延迟可适当增大。

本实施例提供的一种激光打标机数据采集及标刻图像验证装置的流程示意图，如图2所示，实施例中，模拟实际标刻图案由以下步骤获得：

A10，打标卡处理数据。

激光打标卡运行标刻后，将数据依次传输。数据中包括了振镜管脚数据和激光管脚数据，其按照一定的顺序输出。

A30，现场可编程门阵列接受数据。

通过定时信号，现场可编程门阵列同步接收数据并判断数据类型，将振镜管脚数据和激光管脚数据分别存放。

A40，SDRAM_1存储芯片。

存储振镜管脚数据。

A50，SDRAM_2存储芯片。

存储激光管脚数据。

A60，USB数据传输。

USB通信模块选用FT2232H芯片，采用的是FIFO传输模式，该芯片一次传输的最大量为64kb，本新型实用设置一次传输量为60KB，其传输量大大满足数据传输至上位机。

A70，PC端上位机。

上位机由MATLAB编程，数据由FT2232H传输至上位机后，由上位机识别数据类型，并模拟实际情况进行打标。

如图3所示，本发明提供的一种激光打标机数据采集及标刻图像验证装置的上位机界面展示图。在显示图上生成坐标，将待标记的区域分成2¹⁶行和2¹⁶列的坐标，数据传输到上位机后，根据特定的协议转换成偏移坐标Δx，在绝对坐标点与偏移坐标Δx叠加后形成新的绝对坐标，之后再生成的坐标上标记该点。

如图4所示，本发明提供的是一种激光打标机数据采集及标刻图像验证装置测试后数据测绘图。图中实线部分为模拟激光开光时实际标刻行走的轨迹，虚线部分为模拟激光关光时空笔行走的轨迹。比例完全依照实际打标的图案。

以上所述的为本发明的最佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的等同变化，皆应属本发明的保护范围。

Claims

1.激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置，其特征在于：主要由激光数据采集模块、振镜数据采集模块、可编程逻辑门阵列主控模块、通信模块和上位机组成；其中

2.根据权利要求1所述的激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置，其特征在于：所述可编程逻辑门阵列主控模块上还接有同步动态随机存储器。

3.根据权利要求1所述的激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置，其特征在于：所述通信模块为USB通信模块。

4.根据权利要求1所述激光打标卡数据采集及标刻图像验证装置而实现的激光打标卡数据采集及标刻图像验证方法，其特征是包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的激光打标卡数据采集及标刻图像验证方法，其特征是：在步骤3中，激光器状态数据和振镜坐标数据存放在可编程逻辑门阵列主控模块内部的先入先出队列中或外部的同步动态随机存储器中。

6.根据权利要求4所述的激光打标卡数据采集及标刻图像验证方法，其特征是：在步骤5之后，还进一步包括将上位机画出的图形和打标卡软件画的图形做对比，判断标刻是否出现问题的步骤。