CN117644293A - 一种应用于激光打标设备的激光打标一体卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光打标技术领域，具体为一种应用于激光打标设备的激光打标一体卡，包括A板与B板，A板电性连接B板，A板包括供电模块、数据接口模块、振镜接口模块、MCU系统与FPGA系统，B板设有激光处理模块，数据接口模块电性连接MCU系统，FPGA系统电性连接MCU系统、振镜接口模块与激光处理模块，本发明研发了一种内置的一体卡，把打标卡集成到激光器中去，去掉了打标卡与激光器之间的信号转换环节，不再需要2个隔离的主控FPGA来进行控制和处理逻辑关系，解决了打标卡与激光器因匹配性较低，导致器件相互损坏问题，同时提高了运行效率与控制精度，减少了元器件，节省了安装体积，降低了成本。

Description

一种应用于激光打标设备的激光打标一体卡

技术领域

本发明属于激光打标技术领域，尤其涉及一种应用于激光打标设备的激光打标一体卡。

背景技术

目前市场上的激光打标设备，其主要构成是由3大器件构成：激光器，打标卡，振镜。打标卡一般安装在工控电脑中，或者通过USB先连接到电脑，打标卡是发出控制信号，控制激光器和振镜协调工作。打标卡控制激光器出激光和关激光，同时打标卡也控制振镜里面的2个电机带动反射镜片偏转实现激光的平面扫描。

如激光打标控制电路及控制卡（公开号：CN218547306U，公开日：2023-02-28），包括与网络设备连接的网口模块，与网口模块连接的主控模块，与主控模块连接的打标接口模块，打标接口模块还与激光器和振镜系统连接；网口模块，用于将网络设备发送的打标信号发送到主控模块；主控模块，用于根据打标信号，生成激光控制信号和振镜控制信号；打标接口模块，用于将激光控制信号发送到激光器，并将振镜控制信号发送到振镜系统，控制激光器和振镜系统进行激光打标。

该电路通过一个主控模块就能实现振镜系统和激光器控制，减小了激光打标控制卡的体积，解决了激光打标机的小型化后，激光打标控制卡无法安装的技术问题，但缺乏相关的技术手段去解决激光器和打标卡的匹配适配性要求较高、兼容性较低、信号传输容易被干扰等问题。

发明内容

针对背景技术中存在的技术缺陷，本发明提出一种应用于激光打标设备的激光打标一体卡，解决了上述技术问题以及满足了实际需求，具体的技术方案如下所示：

一种应用于激光打标设备的激光打标一体卡，包括A板与B板，所述A板电性连接B板，所述A板包括供电模块、数据接口模块、振镜接口模块、MCU系统与FPGA系统，所述B板设有激光处理模块，所述数据接口模块电性连接MCU系统，所述FPGA系统电性连接MCU系统、振镜接口模块与激光处理模块，所述激光打标设备内设有激光器与振镜，所述激光器内设有激光器件、A板与B板。

作为本发明的进一步技术方案，所述供电模块包括24V供电输入电源、3.3V电源转换电路与±15V电源转换电路，所述3.3V电源转换电路与±15V电源转换电路的输入端分别电性连接24V供电输入电源，所述3.3V电源转换电路输出端供电给MCU系统与FPGA系统，所述±15V电源转换电路输出端供电给外界，所述3V电源转换电路包括降压芯片PL8322、降压芯片UTC78L05与降压芯片AM1117，所述24V供电输入电源、降压芯片PL8322、降压芯片UTC78L05与降压芯片AM1117沿电流输入方向依次电性连接，所述±15V电源转换电路输出端供电给振镜。

作为本发明的进一步技术方案，所述MCU系统包括MCU内核、上位机通信模块、文件管理模块、IO接口模块、异常处理模块、中断实时处理模块以及第一通信模块，所述MCU内核通过上位机通信模块与IO接口模块电性连接数据接口模块。

作为本发明的进一步技术方案，所述数据接口模块包括LAN网络电路、PD输入电路、PLC控制接口线路与232转换芯片，所述上位机通信模块通过LAN网络电路连接外界，所述IO接口模块通过PLC控制接口线路连接外界。

作为本发明的进一步技术方案，所述FPGA系统包括FPGA内核、振镜控制模块、激光控制模块、数据采集模块、异常处理模块、第二通信模块以及中断生成模块，所述FPGA内核通过振镜控制模块控制振镜接口模块以及通过激光控制模块控制激光处理模块，所述第一通信模块与第二通信模块电性连接，所述中断实时处理模块与中断生成模块电性连接。

作为本发明的进一步技术方案，所述MCU系统通过高速数据总线实时控制FPGA系统，所述中断实时处理模块内设有实时插补模块与轨迹处理模块，所述实时插补模块设有插补周期，所述中断生成模块每一个插补周期产生一个中断并发送信号给所述中断实时处理模块，所述MCU系统每一个插补周期响应一次FPGA中断，所述实时插补模块生成数据并通过第一通信模块发送FPGA系统。

作为本发明的进一步技术方案，所述振镜接口模块包括振镜四对差分驱动信号电路、振镜两对差分接收信号电路与振镜接线端子CON2，所述振镜四对差分驱动信号电路与振镜两对差分接收信号电路电性连接振镜接线端子CON2，所述FPGA系统通过振镜四对差分驱动信号电路发送信号并通过振镜两对差分接收信号电路接收信号，所述振镜接口模块通过振镜接线端子CON2连接振镜。

作为本发明的进一步技术方案，所述激光处理模块设有调速控温风扇线路、DAC数模转换模块、ADC数模转换模块、开关光恒流切换模块、激光器保护线路模块与24V降压型激光电源以及激光电源控制电路，所述FPGA系统通过PWM输出控制调速控温风扇线路。

作为本发明的进一步技术方案，所述FPGA系统电性连接给DAC数模转换模块与开关光恒流切换模块，所述DAC数模转换模块输出两组DAC信号给开关光恒流切换模块，所述开关光恒流切换模块根据FPGA系统的输出控制脚控制两组DAC信号，所述激光器保护线路模块电性连接开关光恒流切换模块并通过ADC信号反馈到ADC数模转换模块，所述ADC数模转换模块将ADC信号由I2C通讯方式发送给FPGA系统。

作为本发明的进一步技术方案，所述24V降压型激光电源内设有降压芯片，所述降压芯片输入端电性连接24V供电输入电源，所述降压芯片输出端电性连接激光器件，所述FPGA系统通过控制激光电源控制电路进而控制24V降压型激光电源。

本发明具有的有益效果在于：

本发明研发了一种内置的一体卡，将打标卡与激光器的FPGA兼并为一个系统，重新设计了打标控制卡和激光控制之间的逻辑关系，摆脱了以往打标卡与激光器需要靠数据线进行连接的处境，打破了目前打标卡与激光器信号转换容易被干扰的困局，以及解决打标卡与激光器之间难以匹配，导致器件相互损坏的问题，降低成本，提高工作效率。

本发明把控制激光和振镜的程序放在一个FPGA系统里面，从而减少了中间传输链路，减少延迟，降低干扰，提高信号传输效率，控制激光和控制振镜的程序，可以在一个FPGA里面并行运行和直接相互交换数据，提高了运行效率与控制精度。

本发明将打标卡与激光器的系统集成并深度融合，使得原来两大器件变成了一个器件，减少了元器件，节省了安装体积，降低了成本，同时排除了自动化产线复杂电磁环境带来的不确定的干扰问题。

附图说明

图1为一种应用于激光打标设备激光打标一体卡的AB板系统图。

图2为一种应用于激光打标设备激光打标一体卡的框架系统图。

图3为一种应用于激光打标设备激光打标一体卡的PCB板结构图。

图4为一种应用于激光打标设备激光打标一体卡的A板结构图。

图5为一种应用于激光打标设备激光打标一体卡的B板结构图。

图6为一种应用于激光打标设备激光打标一体卡的MCU系统与FPGA系统结构图。

图7为现有激光打标设备的一种系统结构图。

其中：供电模块1、数据接口模块2、振镜接口模块3、MCU系统4、FPGA系统5、激光处理模块6。

具体实施方式

下面结合附图1~7与相关实施例对本发明的实施方式进行说明，本发明的实施方式不局限于如下的实施例中，并且本发明涉及本技术领域的相关必要部件，应当视为本技术领域内的公知技术，是本技术领域所属的技术人员所能知道并掌握的。

激光打标设备是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记，用激光束使表层物质的蒸发露出深层物质，或者导致表层物质的化学物理变化而刻出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图形、文字。

激光打标设备，其主要构成是由3大器件构成：激光器、打标卡与振镜，打标卡一般安装在工控电脑中，或者通过USB先连接到电脑，打标卡是发出控制信号，控制激光器和振镜协调工作。

目前市场上，激光器、打标卡与振镜分别由不同的厂商生产，处理不好器件之间的兼容问题容易损伤器件，所以对于激光器和打标卡的适配性要求较高。同时，激光器与打标卡也存在兼容性较低、体积较大、信号传输容易被干扰、成本高、工作效率与控制精度不足等问题。

针对以上问题，本发明提供一种应用于激光打标设备的激光打标一体卡，如图1所示，包括A板与B板，A板电性连接B板，如图2所示，A板包括供电模块1、数据接口模块2、振镜接口模块3、MCU系统4与FPGA系统5，B板设有激光处理模块6，数据接口模块2电性连接MCU系统4，FPGA系统5电性连接MCU系统4、振镜接口模块3与激光处理模块6，激光打标设备内设有激光器与振镜，激光器内设有激光器件、A板与B板。

A板与B板是通过电线连接的，FPGA系统5与MCU系统4通过高速数据总线连接，A板的各个模块之间的联系是通过电线连接的。

本发明研发了一种内置的一体卡，将打标卡与激光器的FPGA系统兼并为一个系统，重新设计了打标控制卡和激光控制之间的逻辑关系，摆脱了目前打标卡与激光器信号转换容易被干扰的困局，以及解决打标卡与激光器之间难以匹配，导致器件相互损坏的问题。

上文提及的A板与B板是指本发明实体电路两个区域的PCB板，包括下文描述的，A板与A模块为同一样设备的不同描述，B板与B模块为同一样设备的不同描述。

如图3与图4所示，供电模块1包括24V供电输入电源、3.3V电源转换电路与±15V电源转换电路，3.3V电源转换电路与±15V电源转换电路的输入端分别电性连接24V供电输入电源，3.3V电源转换电路输出端供电给MCU系统4、FPGA系统5，±15V电源转换电路输出端供电给外界。

如图6所示，MCU系统4包括MCU内核、上位机通信模块、文件管理模块、IO接口模块、异常处理模块、中断实时处理模块以及第一通信模块，MCU内核通过上位机通信模块与IO接口模块电性连接数据接口模块2，这里所指的电性连接为电线连接。

FPGA系统5包括FPGA内核、振镜控制模块、激光控制模块、数据采集模块、异常处理模块、第二通信模块以及中断生成模块，FPGA内核通过振镜控制模块控制振镜接口模块3以及通过激光控制模块控制激光处理模块6，第一通信模块与第二通信模块电性连接，中断实时处理模块与中断生成模块电性连接。

本发明把控制激光和振镜的程序放在一个FPGA系统5里面，从而减少了中间传输链路，减少延迟，降低干扰，提高信号传输效率，控制激光和控制振镜的程序，可以在一个FPGA里面并行运行和直接相互交换数据，提高了运行效率与控制精度。

本发明将打标卡与激光器的系统集成并深度融合，使得原来两大器件变成了一个器件，减少了元器件，节省了安装体积，降低了成本，同时排除了自动化产线复杂电磁环境带来的不确定的干扰问题。

如图7所示，图7为目前激光打标设备系统的一种实施例，激光器与打标卡各自设有一套系统，其中打标卡中设有打标卡PCB板，而激光器设有激光器内控制板和激光器内功率板两块PCB板。

激光器控制板是用来接收和处理其他厂家生产的打标卡发出的控制信号的，并按其收到的信号，将其转换成合适的逻辑信号来实现对激光的控制，激光器内功率板是用于控制激光器件进行激光输出。

打标卡和激光器通过一条1～4m的数据线进行连接，而打标卡与振镜通过2～4m的振镜数据线连接，同时打标卡和激光器，振镜都采用不同的单独的DC电源（5V和24V、±15V）进行供电。

本发明去掉打标卡中的激光接口电路以及物理接口、去掉了激光器中的MCU板、去掉了打标卡的5V3A电源供电、去掉了振镜±15V3A电源，如图1所示，重新设计了电源供电处理电路，并对打标卡和激光器内的电路板进行了整合，使得新设计的内置一体化打标卡只需要使用一个24V/14.5A直流电源进行供电。

如图3所示，3.3V电源转换电路包括降压芯片PL8322、降压芯片UTC78L05与降压芯片AM1117，24V供电输入电源、降压芯片PL8322、降压芯片UTC78L05与降压芯片AM1117沿电流输入方向依次电性连接，±15V电源转换电路输出端供电给振镜，这里所指的电性连接为电线连接。

在本发明中，24V供电输入电源经过降压芯片PL8322降压为12V电源，而12V电源能供电给激光打标设备的其余装置，如风扇；12V电源经过降压芯片UTC78L05降压为5V电源；5V电源经过降压芯片AM1117降压为3.3V电源，3.3V电源供电给MCU系统4与FPGA系统5，同时24V供电输入电源经过±15V电源转换电路降压为±15V电源，±15V电源供电给振镜设备，这只是本发明电源输出的一种实施例，本发明的供电模块1包括但并不局限于这几种电源输出。

本发明改变了以往需要三个不同电源进行供电的现状，只需要一个24V电源供电，便能满足激光、打标与振镜的需求，降低成本与设备的体积。

值得注意，24V供电输入电源是由外电提供，接的A板插拔式接线端子。

如图4所示，数据接口模块2包括LAN网络电路、PD输入电路、PLC控制接口线路与232转换芯片，上位机通信模块通过LAN网络电路连接外界，IO接口模块通过PLC控制接口线路连接外界。

LAN网络电路是本发明和电脑进行数据通讯的接口，是通过以太网芯片为核心的器件组成的单元线路连接MCU系统4的上位机通信模块进行网络通讯，同时LAN网络电路的输入端为图1、图2中的数据接口。

PD输入端口电路是把弱电信号通过电路放大和处理输入到MCU系统4进行逻辑判断，以判断目前激光的处理逻辑是否正常，防止激光的控制逻辑不正常导致激光器件损伤。以实现对激光器件的保护。

PLC控制接口线路运用了光耦隔离电路控制着九路输入信号和四路输出信号与外设PLC设备互联互通，通过IO接口模块实现外部信号与IO信号通信，通过232转换芯片，本发明实现和外部设备的232通讯。

振镜接口模块3包括振镜四对差分驱动信号电路、振镜两对差分接收信号电路与振镜接线端子CON2，振镜四对差分驱动信号电路与振镜两对差分接收信号电路电性连接振镜接线端子CON2，这里所指的电性连接为电线连接。FPGA系统5通过振镜四对差分驱动信号电路发送信号，并通过振镜两对差分接收信号电路接收信号，振镜接口模块3通过振镜接线端子CON2连接振镜。

振镜四对差分驱动信号电路主要功能是FPGA将激光扫描轨迹数据，发送给振镜，具体的实现方式是：驱动4路信号线分别是CLK+，CLK-，SYNC+，SYNC-，X+，X-，Y+，Y-，其中接口信号CLK+，CLK-为时钟信号差分对，信号SYNC+，SYNC-为同步信号差分对；信号X+，X-为激光振镜X轴指令差分对；信号Y+，Y-为激光振镜Y轴指令差分对。FPGA将信号CLK+，CLK-，SYNC+，SYNC-，X+，X-，Y+，Y-通过四路差分线路驱动芯片将信号提供给振镜单元。

而振镜两对差分接收信号电路主要功能是将振镜的状态信号（X_FB+，X_FB-，Y_FB+，Y_FB-2）按XY100协议反馈给内置一体卡的FPGA。接收2路信号线分别是X_FB+，X_FB-，Y_FB+，Y_FB-，其中接口信号X_FB+，X_FB-为激光振镜X轴反馈信号差分对，信号Y_FB+，Y_FB－为激光振镜Y轴反馈信号差分对。

本发明与振镜进行连接的方式是通过一条小于0.3m的连接线进行连接，而连接线的两端分别连接本发明的振镜接口模块3与振镜的接口，其中振镜接线端子CON2为图1、图2中的A板接口。

如图5所示，激光处理模块6设有调速控温风扇线路、DAC数模转换模块、ADC数模转换模块、开关光恒流切换模块、激光器保护线路模块与24V降压型激光电源以及激光电源控制电路，FPGA系统5通过PWM输出控制调速控温风扇线路。

调速控温风扇线路主要实现激光打标设备内风扇的调速，以确保激光系统的温度始终保持在设定的最高温度范围以下。具体来说，由12V电源提供风扇动能，风扇转速由FPGA系统5输出PWM调节，当温度变高时风扇速度增加散热加快，反之亦然，PWM调节范围设定在35%～95%，低于35%风扇将不会转动。

FPGA系统5电性连接给DAC数模转换模块与开关光恒流切换模块，DAC数模转换模块输出两组DAC信号给开关光恒流切换模块，开关光恒流切换模块根据FPGA系统5的输出控制脚控制两组DAC信号。

激光器保护线路模块电性连接开关光恒流切换模块，并通过ADC信号反馈到ADC数模转换模块，ADC数模转换模块将ADC信号由I2C通讯方式发送给FPGA系统5，这里所指的电性连接为电线连接。

DAC数模转换模块主要承载激光的功率大小的信号传送，由FPGA系统5提供的DAC帧同步信号，DAC串行时钟信号，DAC串行数据信号来驱动，经过模块中的DAC模数转换芯片实现FPGA系统5与激光处理模块6之间的信息交换。

ADC数模转换模块承载温度、电流等模拟量信号的转换和传送，以帮助MCU实现对激光器件的温度和电流情况的信息采集。具体是：由FPGA提供的I2C串行数据及时钟信号经过模块中的ADC芯片转换实现FPGA系统5与激光处理模块6之间的信息交换。

由DAC数模转换模块输出的四路DAC信号作为输入信号，AB路组成一组，CD路组成一组，共两组DAC信号，光恒流切换模块有FPGA系统5提供的一级激光开关光切换输出控制脚和二级激光开关光切换输出控制脚，控制两组DAC信号。

其中一级激光开关光切换输出控制脚控制AB路切换选择，高电平输出A路，低电平输出B路，同样二级激光开关光切换输出控制脚控制CD路切换选择，高电平输出C路，低电平输出D路。

激光器保护线路模块通过开关光恒流切换模块提供的两组参考工作电压及工作电流与设置好的阈值电流及阈值电压进行比较，信息通过ADC信号反馈到ADC数模转换模块再由I2C通讯方式被FPGA系统5接收。

当系统检测到泵浦激光器的工作电流超过设定的阈值电流或是工作电压超过设定的阈值电压，就会触发关闭泵浦驱动电源信号，使泵浦驱动电源关闭，从而使泵浦激光器断电，起到保护泵浦激光器电流电压过大以及模块输出功率过高而损坏泵浦激光器的目的。

24V降压型激光电源内设有降压芯片，降压芯片输入端电性连接24V供电输入电源，降压芯片输出端电性连接激光器件，这里所指的电性连接为电线连接，FPGA系统5通过控制激光电源控制电路进而控制24V降压型激光电源。

24V降压型激光电源输入降压芯片降压为5V，并提供给激光器件发光，而激光器件的24V降压型激光电源由激光电源控制电路控制，FPGA系统5输出脚控制激光电源控制电路，高电平时芯片输出5V电压，低电平时芯片无电压输出，当激光器保护线路模块检测异常状况时，泵浦过压保护输入端口电平将从高电平转变成低电平，FPGA系统5会发出指令给激光电源控制电路关闭激光器件激光电源。

MCU系统4通过高速数据总线实时控制FPGA系统5，MCU系统4的中断实时处理模块内设有实时插补模块与轨迹处理模块，在MCU系统4中，MCU内核直接通过电线连接MCU系统4中除第一通信模块以外的其余模块；在FPGA系统5中，FPGA内核直接通过电线连接FPGA系统5中的其余模块。

在MCU系统4中，利用上位机通信模块、文件管理模块、IO接口模块连接数据接口模块2，利用中断实时处理模块与第一通信模块与FPGA系统5进行数据交互。

在FPGA系统5中，利用数据采集模块进行数据采集，振镜控制模块控制振镜接口模块3，激光控制模块控制激光处理模块6，并利用中断生成模块与第二通信模块与MCU系统4进行数据交互。

实时插补模块设有插补周期，每个插补周期设有若干组数据，每组数据包含16bitX振镜位置信息，16bit Y振镜位置信息，16bit激光开关光控制逻辑，相当于一个时间段调整一次振镜位置和激光控制逻辑。

FPGA的中断生成模块每一个插补周期产生一个中断，向MCU系统4请求数据，发送信号给中断实时处理模块，MCU系统4每一个插补周期响应一次FPGA中断，实时插补模块生成若干组数据，并通过第一通信模块发送FPGA系统5，然后唤醒轨迹预处理模块执行。

值得注意，FPGA系统5设有系统周期，FPGA系统5的数据采集模块每一个系统周期采样一次数据，包括报警状态、激光状态、振镜状态等，FPGA系统5每一个系统周期更新一次振镜的位置，激光控制逻辑，FPGA系统两个系统周期内响应一次异常处理，MCU空闲时段执行低优先级的上位机模块、文件管理交互、IO模块处理。

以往，因为激光器的控制是有一定逻辑关系，不合适的逻辑关系往往会导致激光器损伤，所以激光器内部的控制板的另外一个功能是检测打标卡发出的控制信号是否符合激光器的要求，如果不符合的情况下，就会强制按激光器自身的逻辑出光，或者干脆停机保护，并发出保护信号。所以实际在激光打标设备的生产使用过程中，有可能会遇到这样类似的问题，导致无法找到原因影响使用。

本发明去掉了信号的中间转换环节，重新设计了打标控制卡和激光控制之间的逻辑关系，使得激光器与打标卡之间的逻辑关系，不再需要2个隔离的主控FPGA来进行控制和处理逻辑关系，也不存在复杂的主控FPGA和主控FPGA之间的信号转换，以及匹配问题，也就解决了不匹配性可能导致的器件相互损害问题。

以往，由于打标卡和激光器之间存在信号交互，且激光器厂家和打标控制板卡厂家不是同一个厂家，且通信讯号是经过转换处理的。这样信号交互之间存在一定的信号交互延迟，同时由于激光器厂家和控制卡厂家多种多样，导致信号连接存在一定的兼容性问题。客户在使用激光打标设备的时候，有时候遇到一些繁杂的问题，很难分析到底是激光器问题还是控制板卡问题。

本发明可以控制振镜的同时，可以直接控制激光，而不是还需要激光器中的主控板来转换控制指令才能控制激光，打标卡和激光器深度融合同时也就解决了兼容性问题。

以往，打标卡和激光器分开放置，中间通过数据线连接，这样2个器件需要2个壳体来安装和放置。无形之中增加了设备体积，不太适合未来自动化产线对小体积器件的越来越强烈的需求。

同时连接信号线长，信号传输容易被干扰。现在自动化产线的应用越来越多，如果还是使用现在市场上的这种方式构成的激光打标机来应对自动化产线，那么除了体积大的问题外，自动化产线本身复杂的电磁环境对激光打标机也是一个非常大的考验。

本发明把打标卡集成到激光器中去缩小了电路板体积，同时使得原来的激光器和打标卡这两大器件变成了一个器件，节省了安装体积；由于不存在连接信号线，且原有的激光器控制板和打标卡变成了只有一个激光控制卡内置一体卡，设于激光器里面，这样也就排除了自动化产线复杂电磁环境带来的不确定的干扰问题。

以往，由于存在信号转换，以及连接线、更多的安装结构件，以及需要更多的安装空间。这些都导致了更高的生产成本，运输成本，安装培训和使用成本，这些成本增加是累进的。

本发明由于器件少了，成本也会降低，而且不仅仅是直接成本降低，由于体积变小、运输成本、包装成本都会降低；由于体积小，机器在客户场地的安装空间也小，客户的空间成本也降低；由于结构更简单，需连接的数据线更少，所以安装培训成本也降低。

以往，由于激光器控制板和打标卡是独立的两个器件，其各自拥有独立的主控MCU，因此要完成激光加工动作，必须是先由打标卡先发出指令，指令经过转换电路转换成传输信号后，传送到信号线，经过信号线后再经过转换电路才进入到激光器的MCU，激光器的MCU收到这个指令后，才开始控制激光器的后续电路工作，控制激光器出光。

这个过程复杂且链路较长，就导致激光的控制存在必然的延迟和控制不够精细，无法在细微的控制上达到和振镜同步的效果，导致激光加工效率低。

本发明重新对打标卡的FPGA芯片进行嵌入式程序开发，重新设计了打标控制卡和激光控制之间的逻辑关系，因此，控制激光和控制振镜的程序，可以在一个FPGA里面并行运行和直接相互交换数据，减少了中间传输链路，除了减少延迟，降低干扰外，提高信号传输效率外。

本发明减少了中间交互过程，数据更快传送到MCU，提高了系统的响应速度；FPGA同时控制振镜驱动模块和激光驱动模块，同步性能更高，激光出光和振镜同步时延迟时长缩短，提高控制精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于激光打标设备的激光打标一体卡，其特征在于，包括A板与B板，所述A板电性连接B板，所述A板包括供电模块（1）、数据接口模块（2）、振镜接口模块（3）、MCU系统（4）与FPGA系统（5），所述B板设有激光处理模块（6），所述数据接口模块（2）电性连接MCU系统（4），所述FPGA系统（5）电性连接MCU系统（4）、振镜接口模块（3）与激光处理模块（6），所述激光打标设备内设有激光器与振镜，所述激光器内设有激光器件、A板与B板。

2.根据权利要求1所述的应用于激光打标设备的激光打标一体卡，其特征在于，所述供电模块（1）包括24V供电输入电源、3.3V电源转换电路与±15V电源转换电路，所述3.3V电源转换电路与±15V电源转换电路的输入端分别电性连接24V供电输入电源，所述3.3V电源转换电路输出端供电给MCU系统（4）与FPGA系统（5），所述±15V电源转换电路输出端供电给外界，所述3V电源转换电路包括降压芯片PL8322、降压芯片UTC78L05与降压芯片AM1117，所述24V供电输入电源、降压芯片PL8322、降压芯片UTC78L05与降压芯片AM1117沿电流输入方向依次电性连接，所述±15V电源转换电路输出端供电给振镜。

3.根据权利要求1所述的应用于激光打标设备的激光打标一体卡，其特征在于，所述MCU系统（4）包括MCU内核、上位机通信模块、文件管理模块、IO接口模块、异常处理模块、中断实时处理模块以及第一通信模块，所述MCU内核通过上位机通信模块与IO接口模块电性连接数据接口模块（2）。

4.根据权利要求3所述的应用于激光打标设备的激光打标一体卡，其特征在于，所述数据接口模块（2）包括LAN网络电路、PD输入电路、PLC控制接口线路与232转换芯片，所述上位机通信模块通过LAN网络电路连接外界，所述IO接口模块通过PLC控制接口线路连接外界。

5.根据权利要求3所述的应用于激光打标设备的激光打标一体卡，其特征在于，所述FPGA系统（5）包括FPGA内核、振镜控制模块、激光控制模块、数据采集模块、异常处理模块、第二通信模块以及中断生成模块，所述FPGA内核通过振镜控制模块控制振镜接口模块（3）以及通过激光控制模块控制激光处理模块（6），所述第一通信模块与第二通信模块电性连接，所述中断实时处理模块与中断生成模块电性连接。

6.根据权利要求5所述的应用于激光打标设备的激光打标一体卡，其特征在于，所述MCU系统（4）通过高速数据总线实时控制FPGA系统（5），所述中断实时处理模块内设有实时插补模块与轨迹处理模块，所述实时插补模块设有插补周期，所述中断生成模块每一个插补周期产生一个中断并发送信号给所述中断实时处理模块，所述MCU系统（4）每一个插补周期响应一次FPGA中断，所述实时插补模块生成数据并通过第一通信模块发送FPGA系统（5）。

7.根据权利要求1所述的应用于激光打标设备的激光打标一体卡，其特征在于，所述振镜接口模块（3）包括振镜四对差分驱动信号电路、振镜两对差分接收信号电路与振镜接线端子CON2，所述振镜四对差分驱动信号电路与振镜两对差分接收信号电路电性连接振镜接线端子CON2，所述FPGA系统（5）通过振镜四对差分驱动信号电路发送信号并通过振镜两对差分接收信号电路接收信号，所述振镜接口模块（3）通过振镜接线端子CON2连接振镜。

8.根据权利要求1所述的应用于激光打标设备的激光打标一体卡，其特征在于，所述激光处理模块（6）设有调速控温风扇线路、DAC数模转换模块、ADC数模转换模块、开关光恒流切换模块、激光器保护线路模块与24V降压型激光电源以及激光电源控制电路，所述FPGA系统（5）通过PWM输出控制调速控温风扇线路。

9.根据权利要求8所述的应用于激光打标设备的激光打标一体卡，其特征在于，所述FPGA系统（5）电性连接给DAC数模转换模块与开关光恒流切换模块，所述DAC数模转换模块输出两组DAC信号给开关光恒流切换模块，所述开关光恒流切换模块根据FPGA系统（5）的输出控制脚控制两组DAC信号，所述激光器保护线路模块电性连接开关光恒流切换模块并通过ADC信号反馈到ADC数模转换模块，所述ADC数模转换模块将ADC信号由I2C通讯方式发送给FPGA系统（5）。

10.根据权利要求8所述的应用于激光打标设备的激光打标一体卡，其特征在于，所述24V降压型激光电源内设有降压芯片，所述降压芯片输入端电性连接24V供电输入电源，所述降压芯片输出端电性连接激光器件，所述FPGA系统（5）通过控制激光电源控制电路进而控制24V降压型激光电源。