CN111605290A - 电雕控制系统及电雕机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电雕控制系统及电雕机，所述系统包括：上位机，安装有控制卡，上位机用于将电雕机待加工的图案转换成数字化的电雕控制数据，并发送给控制卡；多轴模块，与控制卡通信连接，用于接收电雕控制数据；辅助编码器，用于根据版辊转动的位移生成编码器信号；雕刻头驱动模块，与多轴模块通信连接，包括DSP、FPGA及DAC，FPGA包括FIFO和DDR，FPGA将编码器信号和FIFO读取的电雕控制数据存入DDR，DSP读取DDR中的数据并与FPGA共同进行雕刻触发信号的运算，运算结果通过DDR发送到DAC转换成驱动电流，驱动雕刻头运动；控制卡获取并根据FIFO的状态决定下发电雕控制数据的暂停与恢复。本发明可以降低对雕刻头驱动模块的FIFO和DDR的存储容量需求。

Description

电雕控制系统及电雕机

技术领域

本发明涉及电雕制版，特别是涉及一种电雕控制系统，还涉及一种电雕机，也可以推广到快刀伺服领域。

背景技术

随着现代社会的发展，人们对印刷质量的要求越来越高，而版辊是影响其质量的关键因素。版辊形式上有凸版、平板和凹版,其中凹版以其优良性能占据着市场主流。凹版印刷制版方法包括：刻蚀、激光雕刻和电雕等几种方法。电雕制版方法发展于上世纪50年代，电雕制版有以下优点：1.重复性强；2.网点面积和深度可变，可以印制出色彩层次丰富、轮廓清晰、立体感和质感较强的印刷品；3.成本低廉(满足一定产量的前提下)。所以电雕制版仍然是应用最广泛的制版方法。目前电雕制版最先进的国外雕刻头可达到12000Hz，加工精度可达数微米。

电雕制版的关键技术之一是对雕刻头的控制，其性能对印刷质量有决定性的影响。雕刻头是能够输出高频往复运动的电-机械转换装置，其基本原理是依靠洛仑兹力驱动刀杆，带动金刚石刀尖切入辊筒表面的铜层，同时采用高刚度弹簧提供刀杆回复力，并采用磁流体衰减残余振动。对于运动幅度+/-50μm，加工频率12000Hz的雕刻头，其最大速度3.77m/s，最大加速度28424G。一直以来，高速高精凹印电雕制版机器的技术被德国、美国、日本等发达国家的少数公司掌握。对于这种高速高精结构的控制，对实现制造业关键零部件的突破具有重要意义。

对于加工频率为12000Hz的雕刻头，意味着每秒要加工12000个网穴，对应要完成12000个正弦波的跟随运动，而为了提高加工精度，每个正弦波至少由400个点组成，每个点如果用32位数表示的话：12000*400＝1.536e8位数据。上位机在开始加工前，提前将加工数据下发到底层的驱动系统，比如提前下发120秒的加工数据。启动加工后，上位机不断地下发数据，以及时填充下位机中空出来的内存。这种做法需要在底层控制系统采用大内存用以保存上位机下发的加工数据。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够节省存储容量的电雕控制系统及电雕机。

一种电雕控制系统，包括：上位机，安装有控制卡，所述上位机用于将电雕机待加工的图案转换成数字化的电雕控制数据，并将包括所述电雕控制数据在内的数字信号发送给所述控制卡；多轴模块，与所述控制卡通信连接，用于接收所述控制卡发送的所述电雕控制数据；主轴驱动单元，与所述多轴模块电性连接，用于根据所述多轴模块发送的电雕控制数据控制主轴模块带动版辊转动；移动单元驱动模块，与所述多轴模块电性连接，用于根据所述多轴模块发送的电雕控制数据驱动移动单元带动电雕机的雕刻头沿所述版辊的轴向运动；辅助编码器，用于根据所述版辊转动的位移生成编码器信号；雕刻头驱动模块，与所述多轴模块通信连接，所述雕刻头驱动模块包括数字信号处理单元、FPGA及数模转换单元，所述FPGA包括先进先出存储器和第一存储器，所述FPGA与所述辅助编码器通信连接，所述FPGA用于将所述编码器信号和所述先进先出存储器读取的所述电雕控制数据存入所述第一存储器，所述数字信号处理单元用于读取所述第一存储器中的数据并与所述FPGA共同进行雕刻触发信号的运算，所述数字信号处理单元和FPGA的运算结果通过所述第一存储器发送到所述数模转换单元转换成驱动电流，通过所述驱动电流驱动所述雕刻头的刀尖垂直于所述版辊的圆柱面往复运动；其中，所述控制卡还用于获取并根据所述先进先出存储器的数据移出情况决定向所述多轴模块下发所述电雕控制数据的暂停与恢复。

在其中一个实施例中，所述控制卡与所述多轴模块之间、所述多轴模块与所述雕刻头驱动模块之间通过基于等环网gLink-II协议的工业以太网进行通信。

在其中一个实施例中，所述控制卡与所述多轴模块之间、所述多轴模块与所述雕刻头驱动模块之间通过网线连接，所述先进先出存储器电性连接至所述雕刻头驱动模块的gLink-II网口以读取所述电雕控制数据。

在其中一个实施例中，所述上位机将所述数字信号发送给所述控制卡，是通过PCIe总线发送。

在其中一个实施例中，所述雕刻头驱动模块还包括功率放大器，所述数模转换单元的输出经过所述功率放大器处理后形成所述驱动电流。

在其中一个实施例中，所述第一存储器是双倍速率同步动态随机存储器。

在其中一个实施例中，所述FPGA进行雕刻触发信号的运算包括进行逻辑判断、高阶滤波运算和插值运算。

在其中一个实施例中，所述上位机包括第一级存储区和第二级存储区，所述第一级存储区的存储容量大于所述第二级存储区的存储容量，所述控制卡获取并根据所述先进先出存储器的数据移出情况，决定所述第一级存储区向所述第二级存储区发送所述电雕控制数据的暂停与恢复，以及所述第二级存储区向所述多轴模块下发所述电雕控制数据的暂停与恢复。

一种电雕机，包括：雕刻头；移动单元，用于带动所述雕刻头沿版辊的轴向运动；主轴模块，包括主轴和主轴动力单元，所述主轴动力单元用于通过所述主轴带动所述版辊转动；及根据前述任一实施例所述的电雕控制系统。

在其中一个实施例中，还包括靠头模块，所述靠头模块包括靠头电机和靠头，所述靠头电机用于带动所述靠头将所述雕刻头的刀尖压在所述版辊表面。

上述电雕控制系统及电雕机，综合利用了上位机、数字信号处理单元及FPGA的运算能力，并且数字信号处理单元通过直接访问FPGA的第一存储器实现高速数据交互，从而提高数据处理效率。控制卡获取并根据FPGA的先进先出存储器的数据移出情况决定下发电雕控制数据的暂停与恢复，因此可以配合上位机、数字信号处理单元及FPGA的实时运算进度逐步下发电雕控制数据，而无需将大量加工数据提前下发至雕刻头驱动模块，因此雕刻头驱动模块的存储器只需较小的存储容量就能够满足电雕控制系统的要求，从而可以降低对雕刻头驱动模块的先进先出存储器和第一存储器的存储容量需求。

附图说明

为了更好地描述和说明这里公开的那些发明的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的发明、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些发明的最佳模式中的任何一者的范围的限制。

图1是电雕机结构的示意图；

图2是一实施例中电雕控制系统的结构框图；

图3是一实施例中辅助编码器的光栅的每个栅格对应的正余弦信号的波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。

图1是电雕机结构的示意图。正常工作时，电雕机的主轴在交流伺服电机的带动下使版辊高速旋转，雕刻头在靠头电机的驱动下压在主轴驱动的版辊表面，小车在伺服电机丝杠的传动下，带动雕刻头以低速连续运动或以步进方式沿版辊的轴向移动。电雕控制系统中的工控机将电雕机待加工的图案转换成数字化的图像信息,雕刻头驱动模块再通过数模转换器将数字信号经过转换成模拟信号，控制雕刻头以固定频率(4K～8KHz)在版辊铜层表面雕刻出不同大小和深度的雕刻点(网穴)。

电雕机的辅助编码器(辅编)测量版辊位置的原理为：编码器包括叠设的两个光栅(比如一个光栅码盘和一个光栅光圈)，当两个光栅之间发生相对移动时，会产生同步移动的莫尔条纹信号。即光栅码盘会随版辊转动，光栅码盘上黑白刻线的相对移动会产生光强度周期性的光信号，将此光信号由转换成两个相位相差90度的正弦电信号(将这两个相位相差90度的正弦电信号称为正余弦信号)。对该正弦电信号进行一系列处理，比如四倍频技术，可获得位移测量分辨率为光栅间距四分之一的精度，并对倍频后的电信号进行计数，实现位移测量。

图2是一实施例中电雕控制系统的结构框图。在该实施例中，电雕控制系统包括上位机(图1未示)、多轴模块20、主轴驱动单元22、移动单元驱动模块24、雕刻头驱动模块30及辅助编码器40。

上位机安装有控制卡10。并且上位机安装有专用的软件，借助该软件可以将电雕机待加工的图案转换成数字化的电雕控制数据，并将包括电雕控制数据在内的数字信号发送给控制卡10。

多轴模块20与控制卡10通信连接，作为控制卡10与雕刻头驱动模块30之间的一个中继点，将控制卡10下发的电雕控制数据发送给雕刻头驱动模块30。并且多轴模块20与主轴驱动单元22、移动单元驱动模块24电性连接，从而可以向主轴驱动单元22发送电雕控制数据中的主轴驱动数据，以及向移动单元驱动模块24发送电雕控制数据中的移动单元驱动数据；并且多轴模块20可以接收主轴驱动单元22和/或移动单元驱动模块24反馈的反馈信号，再将反馈信号反馈给控制卡10。

主轴驱动单元22用于根据多轴模块20发送的电雕控制数据中的主轴驱动数据控制主轴模块带动版辊转动。移动单元驱动模块24用于根据多轴模块20发送的电雕控制数据中的移动单元驱动数据，驱动移动单元带动电雕机的雕刻头沿版辊的轴向运动。在一个实施例中，移动单元是小车。

辅助编码器40用于根据版辊转动的位移生成编码器信号。

雕刻头驱动模块30与多轴模块20通信连接，雕刻头驱动模块30包括数字信号处理单元(Digital Signal Process，DSP)34、现场可编程逻辑门阵列32(Field ProgrammableGate Array,FPGA)32及数模转换单元(DAC)36。其中现场可编程逻辑门阵列32包括先进先出(First Input First Output)存储器(简称FIFO)和第一存储器。在图2所示的实施例中，第一存储器为双倍速率同步动态随机存储器(Double Data Rate Synchronous DynamicRandom Access Memory，即DDR SDRAM，简称DDR)。现场可编程逻辑门阵列32与辅助编码器40通信连接，现场可编程逻辑门阵列32用于将辅助编码器40输出的编码器信号和FIFO读取的电雕控制数据存入DDR中。数字信号处理单元34用于读取DDR中的数据并与现场可编程逻辑门阵列32共同进行雕刻触发信号(雕刻触发信号用于触发驱动电流)的运算。数字信号处理单元34和现场可编程逻辑门阵列32的运算结果通过DDR发送到数模转换单元36转换成驱动电流，通过驱动电流驱动雕刻头的刀尖垂直于版辊的圆柱面往复运动。

在一个实施例中，FIFO包括写入专用区和读取专用区，其读操作与写操作可以异步进行，写入区中写入的数据按照写入的顺序从读取区中读出。基于FIFO的特性，控制卡10获取并根据FIFO的数据移出情况，决定向多轴模块20下发电雕控制数据的暂停与恢复。即控制卡10实时获取的FIFO状态，并决定是否需要继续向下传输电雕控制数据。

上述电雕控制系统，综合利用了上位机、数字信号处理单元34及现场可编程逻辑门阵列32的运算能力，并且数字信号处理单元34通过直接访问现场可编程逻辑门阵列32的第一存储器实现高速数据交互，从而提高数据处理效率。控制卡10获取并根据现场可编程逻辑门阵列32的先进先出存储器的数据移出情况，决定下发电雕控制数据的暂停与恢复，因此可以配合上位机、数字信号处理单元34及现场可编程逻辑门阵列32的实时运算进度逐步下发电雕控制数据，而无需将大量加工数据提前下发至雕刻头驱动模块30。因此雕刻头驱动模块30的存储器只需较小的存储容量就能够满足电雕控制系统的要求，从而可以降低对雕刻头驱动模块30的先进先出存储器和第一存储器的存储容量需求。

在一个实施例中，控制卡10与多轴模块20之间、多轴模块20与雕刻头驱动模块30之间通过基于等环网gLink-II协议的工业以太网进行通信，从而进行双向数据传输。gLink-II是固高为满足工业现场应用而研发的高性能千兆网络协议，它采用环型冗余拓扑结构，实现数据冗余和链路冗余，保证了系统的高速实时响应和大数据传输，提高了系统的通信可靠性。gLink-II总线可以连接工业现场所有需要互联的控制器、驱动器、轴控模块以及IO模块，为用户解决车间长距离连接困扰、提高设备速度。利用等环网的高实时特性，控制卡10可以实时获取远端的雕刻头驱动模块30中FIFO的状态，并决定否需要往下传输数据。FIFO获取的延迟达到微秒级别，使得雕刻头驱动模块30需要的数据缓冲区非常小，这样就降低了对雕刻头驱动模块30的FIFO及第一存储器的存储容量需求。同时控制卡10中断唤醒传输，将响应提到100微秒内，使得雕刻头驱动模块30能够具有高实时响应特性。

在一个实施例中，控制卡10与多轴模块20之间、多轴模块20与雕刻头驱动模块30之间通过网线连接。控制卡10、多轴模块20及雕刻头驱动模块30设有用于插接网线的gLink-II网口。FIFO电性连接至雕刻头驱动模块30的gLink-II网口以读取多轴模块20传输的电雕控制数据。网线可以选用有一定冗余长度的，这样能够降低电雕控制系统的硬件在设备中的摆放位置约束。

在一个实施例中，上位机将是通过PCIe(peripheral component interconnectexpress)总线将电雕控制数据发送给控制卡10。

在一个实施例中，雕刻头驱动模块30还包括功率放大器(功放)38，数模转换单元30的输出经过功率放大器38处理后，形成用于驱动雕刻头的刀尖垂直于版辊的圆柱面往复运动的驱动电流。在雕刻头驱动模块30，由于各种补偿算法计算量过大，同时采用DSP和FPGA进行计算，并且DSP通过直接访问FPGA的DDR实现高速数据交互。最终的DAC指令通过FPGA的DDR发送到功放，产生驱动电流带动雕刻头进行加工。为保证雕刻的网穴在版辊表面的位置准确性，FPGA根据辅助编码器信号，按照位置同步输出的功能，精确控制驱动电流的时序。

在一个实施例中，数字信号处理单元34从现场可编程逻辑门阵列32的DDR中提取数据，进行运算处理后将运算得到的数据再存放到DDR中，之后现场可编程逻辑门阵列32从DDR中读取数据。现场可编程逻辑门阵列32中形成有定制化的DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)控制器，可以实现与数字信号处理单元34之间的高速通信。并且现场可编程逻辑门阵列32中形成有定制化的运算加速器，主要是进行逻辑判断、高阶滤波运算，以及插值等运算，以减轻数字信号处理单元34的计算负担。

在一个实施例中，上位机包括第一级存储区和第二级存储区，第一级存储区的存储容量大于第二级存储区的存储容量。控制卡10还用于根据获取到的FIFO的数据移出情况，决定第一级存储区向第二级存储区发送电雕控制数据的暂停与恢复。即上位机包括2级缓存(一个很大的数据缓存区和一个小的数据缓存区)，数据从大缓存区不断压到小的缓存区，并从小的缓存区不断下发到FPGA。

在一个实施例中，多轴模块20是四轴模块。

本申请相应提供一种电雕机，包括雕刻头、移动单元、主轴模块及电雕控制系统。移动单元用于带动雕刻头沿版辊的轴向运动。在一个实施例中，移动单元是小车。主轴模块包括主轴和主轴动力单元，主轴动力单元用于通过主轴带动版辊转动。在一个实施例中，主轴动力单元是主轴电机。

在图1所示的实施例中，电雕控制系统包括上位机(图1未示)、多轴模块20、主轴驱动单元22、移动单元驱动模块24、雕刻头驱动模块30及辅助编码器40。

上位机安装有控制卡10。并且上位机安装有专用的软件，借助该软件可以将电雕机待加工的图案转换成数字化的电雕控制数据，并将包括电雕控制数据在内的数字信号发送给控制卡10。

多轴模块20与控制卡10通信连接，作为控制卡10与雕刻头驱动模块30之间的一个中继点，将控制卡10下发的电雕控制数据发送给雕刻头驱动模块30。并且多轴模块20与主轴驱动单元22、移动单元驱动模块24电性连接，从而可以向主轴驱动单元22发送电雕控制数据中的主轴驱动数据，以及向移动单元驱动模块24发送电雕控制数据中的移动单元驱动数据；并且多轴模块20可以接收主轴驱动单元22和/或移动单元驱动模块24反馈的反馈信号，再将反馈信号反馈给控制卡10。

主轴驱动单元22用于根据多轴模块20发送的电雕控制数据中的主轴驱动数据控制主轴模块带动版辊转动。移动单元驱动模块24用于根据多轴模块20发送的电雕控制数据中的移动单元驱动数据，驱动移动单元带动电雕机的雕刻头沿版辊的轴向运动。

辅助编码器40用于根据版辊转动的位移生成编码器信号。

雕刻头驱动模块30与多轴模块20通信连接，雕刻头驱动模块30包括数字信号处理单元34、现场可编程逻辑门阵列3232及数模转换单元36。其中现场可编程逻辑门阵列32包括先进先出存储器(简称FIFO)和第一存储器。在图2所示的实施例中，第一存储器为双倍速率同步动态随机存储器。现场可编程逻辑门阵列32与辅助编码器40通信连接，现场可编程逻辑门阵列32用于将辅助编码器40输出的编码器信号和FIFO读取的电雕控制数据存入DDR中。数字信号处理单元34用于读取DDR中的数据并与现场可编程逻辑门阵列32共同进行雕刻触发信号的运算。数字信号处理单元34和现场可编程逻辑门阵列32的运算结果通过DDR发送到数模转换单元36转换成驱动电流，通过驱动电流驱动雕刻头的刀尖垂直于版辊的圆柱面往复运动。

FIFO包括写入专用区和读取专用区，其读操作与写操作可以异步进行，写入区中写入的数据按照写入的顺序从读取区中读出。基于FIFO的特性，控制卡10获取并根据FIFO的数据移出情况，决定向多轴模块20下发电雕控制数据的暂停与恢复。即控制卡10实时获取的FIFO状态，并决定是否需要继续向下传输电雕控制数据。

上述电雕机，综合利用了上位机、数字信号处理单元34及现场可编程逻辑门阵列32的运算能力，并且数字信号处理单元34通过直接访问现场可编程逻辑门阵列32的第一存储器实现高速数据交互，从而提高数据处理效率。控制卡10获取并根据现场可编程逻辑门阵列32的先进先出存储器的数据移出情况决定下发电雕控制数据的暂停与恢复，因此可以配合上位机、数字信号处理单元34及现场可编程逻辑门阵列32的实时运算进度逐步下发电雕控制数据，而无需将大量加工数据提前下发至雕刻头驱动模块30。因此雕刻头驱动模块30的存储器只需较小的存储容量就能够满足电雕控制系统的要求，从而可以降低对雕刻头驱动模块30的先进先出存储器和第一存储器的存储容量需求。

在一个实施例中，电雕机还包括靠头模块，靠头模块包括靠头电机和靠头，靠头电机用于带动靠头将雕刻头的刀尖压在版辊表面。

在一个实施例中，辅助编码器用于根据版辊转动的位移生成正余弦信号。在一个实施例中，辅助编码器包括光栅码盘、光栅光圈及光电传感器。光电传感器用于将光栅码盘上的光栅相对于光栅光圈上的光栅运动产生的莫尔条纹转化成正余弦信号，即将光信号由转换成两个相位相差90度的正弦电信号(根据莫尔条纹原理，光栅码盘上的光栅每相对于光栅光圈上的光栅移动一个栅格，会产生一对正余弦信号)。图3是一实施例中辅助编码器的光栅的每个栅格对应的正余弦信号的波形图，其中横坐标为时间，纵坐标为电压。可将辅助编码器设于版辊皮带轮上，使得光栅码盘跟随版辊皮带轮转动，从而使得光栅码盘与版辊同轴转动。

在一个实施例中，现场可编程逻辑门阵列32根据版辊当前圈需要雕刻的点数对所述正余弦信号进行正余弦信号细分处理，得到雕刻触发信号；再通过所述雕刻触发信号触发驱动电流，驱动所述雕刻头的刀尖垂直于所述版辊的圆柱面往复运动，使刀尖切入辊筒表面的铜层雕刻出雕刻点。

上述电雕机工作时，靠头电机带动靠头将雕刻头的刀尖压在版辊表面，主轴驱动单元驱动主轴电机工作，主轴电机通过主轴带动版辊转动；同时雕刻头驱动模块驱动雕刻头的刀尖垂直于版辊的圆柱面往复运动，而小车在移动单元驱动模块的驱动下，带动雕刻头以低速连续运动或以步进方式沿版辊的轴向移动，从而能将待加工图案雕刻在版辊的圆柱面上。

在一个实施例中，每个雕刻点对应一正弦波电流指令，每一所述正弦波电流指令包括多个点指令，每一所述雕刻触发信号用于触发一所述点指令。

在一个实施例中，控制卡10与多轴模块20之间、多轴模块20与雕刻头驱动模块30之间通过基于等环网gLink-II协议的工业以太网进行通信，从而进行双向数据传输。gLink-II是固高为满足工业现场应用而研发的高性能千兆网络协议，它采用环型冗余拓扑结构，实现数据冗余和链路冗余，保证了系统的高速实时响应和大数据传输，提高了系统的通信可靠性。gLink-II总线可以连接工业现场所有需要互联的控制器、驱动器、轴控模块以及IO模块，为用户解决车间长距离连接困扰、提高设备速度。利用等环网的高实时特性，控制卡10可以实时获取远端的雕刻头驱动模块30中FIFO的状态，并决定否需要往下传输数据。FIFO获取的延迟达到微秒级别，使得雕刻头驱动模块30需要的数据缓冲区非常小，这样就降低了对雕刻头驱动模块30的FIFO及第一存储器的存储容量需求。同时控制卡10中断唤醒传输，将响应提到100微秒内，使得雕刻头驱动模块30能够具有高实时响应特性。

在一个实施例中，控制卡10与多轴模块20之间、多轴模块20与雕刻头驱动模块30之间通过网线连接。控制卡10与、多轴模块20及雕刻头驱动模块30设有用于插接网线的gLink-II网口。FIFO电性连接至雕刻头驱动模块30的gLink-II网口以读取多轴模块20传输的电雕控制数据。网线可以选用有一定冗余长度的，这样能够降低电雕控制系统的硬件在设备中的摆放位置约束。

在一个实施例中，上位机将是通过PCIe(peripheral component interconnectexpress)总线将电雕控制数据发送给控制卡10。

在一个实施例中，雕刻头驱动模块30还包括功率放大器38，数模转换单元30的输出经过功率放大器38处理后，形成用于驱动雕刻头的刀尖垂直于版辊的圆柱面往复运动的驱动电流。在雕刻头驱动模块30，由于各种补偿算法计算量过大，同时采用DSP和FPGA进行计算，并且DSP通过直接访问FPGA的DDR实现高速数据交互。最终的DAC指令通过FPGA的DDR发送到功放，产生驱动电流带动雕刻头进行加工。为保证雕刻的网穴在版辊表面的位置准确性，FPGA根据辅助编码器信号，按照位置同步输出的功能，精确控制驱动电流的时序。

在一个实施例中，数字信号处理单元34从现场可编程逻辑门阵列32的DDR中提取数据，进行运算处理后将运算得到的数据再存放到DDR中，之后现场可编程逻辑门阵列32从DDR中读取数据。现场可编程逻辑门阵列32中形成有定制化的DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)控制器，可以实现和数字信号处理单元34之间的高速通信。并且现场可编程逻辑门阵列32中形成有定制化的运算加速器，主要是进行逻辑判断、高阶滤波运算，以及插值等运算，以减轻数字信号处理单元34的计算负担。

在一个实施例中，上位机包括第一级存储区和第二级存储区，第一级存储区的存储容量大于第二级存储区的存储容量。控制卡10还用于根据获取到的FIFO的数据移出情况，决定第一级存储区向第二级存储区发送电雕控制数据的暂停与恢复。即上位机包括2级缓存(一个很大的数据缓存区和一个小的数据缓存区)，数据从大缓存区不断压到小的缓存区，并从小的缓存区不断下发到FPGA。

在一个实施例中，多轴模块20是四轴模块。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电雕控制系统，其特征在于，包括：

上位机，安装有控制卡，所述上位机用于将电雕机待加工的图案转换成数字化的电雕控制数据，并将包括所述电雕控制数据在内的数字信号发送给所述控制卡；

多轴模块，与所述控制卡通信连接，用于接收所述控制卡发送的所述电雕控制数据；

主轴驱动单元，与所述多轴模块电性连接，用于根据所述多轴模块发送的电雕控制数据控制主轴模块带动版辊转动；

移动单元驱动模块，与所述多轴模块电性连接，用于根据所述多轴模块发送的电雕控制数据驱动移动单元带动电雕机的雕刻头沿所述版辊的轴向运动；

辅助编码器，用于根据所述版辊转动的位移生成编码器信号；

雕刻头驱动模块，与所述多轴模块通信连接，所述雕刻头驱动模块包括数字信号处理单元、FPGA及数模转换单元，所述FPGA包括先进先出存储器和第一存储器，所述FPGA与所述辅助编码器通信连接，所述FPGA用于将所述编码器信号和所述先进先出存储器读取的所述电雕控制数据存入所述第一存储器，所述数字信号处理单元用于读取所述第一存储器中的数据并与所述FPGA共同进行雕刻触发信号的运算，所述数字信号处理单元和FPGA的运算结果通过所述第一存储器发送到所述数模转换单元转换成驱动电流，通过所述驱动电流驱动所述雕刻头的刀尖垂直于所述版辊的圆柱面往复运动；

其中，所述控制卡还用于获取并根据所述先进先出存储器的数据移出情况决定向所述多轴模块下发所述电雕控制数据的暂停与恢复。

2.根据权利要求1所述的电雕控制系统，其特征在于，所述控制卡与所述多轴模块之间、所述多轴模块与所述雕刻头驱动模块之间通过基于等环网gLink-II协议的工业千兆以太网进行实时通信。

3.根据权利要求2所述的电雕控制系统，其特征在于，所述控制卡与所述多轴模块之间、所述多轴模块与所述雕刻头驱动模块之间通过网线连接，所述先进先出存储器电性连接至所述雕刻头驱动模块的gLink-II网口以读取所述电雕控制数据。

4.根据权利要求1所述的电雕控制系统，其特征在于，所述上位机将所述数字信号发送给所述控制卡，是通过PCIe总线发送。

5.根据权利要求1所述的电雕控制系统，其特征在于，所述雕刻头驱动模块还包括功率放大器，所述数模转换单元的输出经过所述功率放大器处理后形成所述驱动电流。

6.根据权利要求1所述的电雕控制系统，其特征在于，所述第一存储器是双倍速率同步动态随机存储器。

7.根据权利要求1所述的电雕控制系统，其特征在于，所述FPGA进行雕刻触发信号的运算包括进行逻辑判断、高阶滤波运算和插值运算。

8.根据权利要求1所述的电雕控制系统，其特征在于，所述上位机包括第一级存储区和第二级存储区，所述第一级存储区的存储容量大于所述第二级存储区的存储容量，所述控制卡获取并根据所述先进先出存储器的数据移出情况，决定所述第一级存储区向所述第二级存储区发送所述电雕控制数据的暂停与恢复，以及所述第二级存储区向所述多轴模块下发所述电雕控制数据的暂停与恢复。

9.一种电雕机，其特征在于，包括：

雕刻头；

移动单元，用于带动所述雕刻头沿版辊的轴向运动；

主轴模块，包括主轴和主轴动力单元，所述主轴动力单元用于通过所述主轴带动所述版辊转动；及

根据权利要求1-8中任一项所述的电雕控制系统。

10.根据权利要求9所述的电雕机，其特征在于，还包括靠头模块，所述靠头模块包括靠头电机和靠头，所述靠头电机用于带动所述靠头将所述雕刻头的刀尖压在所述版辊表面。

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