气动打标机控制系统硬件构成

打标机系统一般是两轴运动控制系统,它根据用户输入的打标内容,控制步进电机带动打印头在x-y平面内按一定轨迹运动,同时控制打印针在压缩空气作用下作300hz左右的高频冲击工件表面,从而在工件表面上形成由密集点构成的字符或图案,完成任务的加工。

本文中所开发的气动打标机系统,硬件平台采用arm9+fpga架构,将打标机的控制部分与驱动部分集成在一起,这样体积小,抗干扰性强,同时外接3.5寸触摸液晶屏与矩阵键盘,使用户能够与打标机控制系统友好交互。

硬件采用arm+fpga的构架,同时在控制板卡上面集成驱动。硬件设计方面主要实现两个模块:运动控制模块和人机交互模块。运动控制模块主要实现运动控制的功能,fpga通过总线从arm端得到运动微指令,转化成相应的频率和个数的脉冲发出,或者控制数字io。人机交互模块以arm为中心扩展了串口、usb接口、lcd接口、触摸屏等接口。

控制系统软件设计

应用软件是实现人机交互的重要组成部分,通过打标应用软件,用户输入加工内容,系统对加工内容进行解析,将字形或者图形信息转换为点阵信息,从而控制电机依照设定的轨迹进行加工。打标机控制系统由刻印控制模块,文件管理模块,机械参数设置模块,硬件测试模块以及时间管理模块组成,

文件管理模块通过usb使系统与外部进行文件交互,如加工日志,字库,用户logo文件等,它使系统使用起来更加灵活,方便。机械参数设置模块用于对外围机械的硬件参数进行设置管理,如加工幅面,脉冲当量等。硬件测试模块用来测试外围设备与系统连接是否正常,如限位开关,气泵电磁阀,电机等。时间管理模块完成对系统时间的管理,它是加工日志记录以及时间类型加工任务有意义的前提。刻印控制模块是整个应用软件的核心部分,下面作重点介绍。

刻印控制模块

刻印控制模块实现的功能为:用户输入刻印的内容,设定完各个任务参数后,模块根据用户选定的字库文件以及参数,将刻印任务的字符从字库文件中提取出字形信息,经过变换处理后在用户工作区中将字形轨迹显示预览。用户可以通过鼠标来调整刻印任务在工件上的加工位置。在调整完毕后,用户就可以启动加工命令,控制电机按照指定的轨迹进行运动,同时控制气泵电磁阀使打标针头做高频冲击。这样,在工件上就加工出用户设定的内容刻印控制模块的结构。运动控制部分主要由6个模块组成,刻印任务输入模块,字库解析模块,图形文件解析模块,图形交互模块,加工控制模块,日志记录模块。下面就各个模块进行详细介绍。

刻印任务输入模块

负责刻印任务的创建。创建的任务类型有普通字符串,流水号,vin,图形文件等,其中vin码与流水号是具有特殊编码的字符串,他们都有自己的编码规则,在每一次任务加工完毕之后,根据参数设定,任务的编号都会自加一个增量。在该模块中,它还包含了打印任务的参数设置,包括中英文字库选择,字高,字宽,扇形半径等等,在设定完这些参数后,用户就可以创建一个有效的刻印任务。

解析模块

接收刻印任务输入模块输入的数据后,如果是字符类任务,则调用字库解析模块,对刻印任务的内容进行解析处理;如果是图形文件,则调用图形文件解析模块进行图形点阵信息提取。在字库解析模块中,支持的字库为autocad的shx字库,shx字库文件由文件头部信息,字体索引表,字形描述表三部分组成。模块根据用户选择的字库,建立字库文件的字符信息索引表,然后根据刻印内容的字符,从索引表中找出该字符的字形描述信息,根据功能码的意义进行解析,这样就得到了字符的点阵信息,按照特定的格式存储起来。最后将字形轨迹进行优化处理后输出。

系统支持的图形文件有dxf,ai,plt三种格式。通过图形解析模块,将图形信息转换为指定格式的点阵信息输出。

图形交互模块

①视窗的缩小与放大,使用户能够方便的观察刻印任务的轨迹;

②刻印任务的位置改变,使用鼠标或者键盘的方向键,都可以调整刻印任务在工件表面的加工位置;

③加工任务的参数于属性修改,如字高,字宽,中英文字库修改,图形文件尺寸的缩放,镜像变形,禁止刻印等;

④对针跟随功能,当刻印任务的位置发生变化时,打标机的针头会“跟随”任务到新的位置,这样用户可以很清楚的知道该刻印任务在工件上的加工位置,该功能提供了9种模式,如任务的左上角,中心等;

⑤多个任务对齐功能,如左对齐,上对齐等;

⑥修改刻印任务的加工顺序。

加工控制模块

在刻印任务建立及修改后,加工数据就准备就绪。用户设定好加工速度,空走速度,抬落笔延时等参数后,通过加工控制模块,控制x,y轴的电机以及气泵电磁阀,就可以在工件上进行加工。模块中引入了抬落笔延时参数与反向间隙,抬落笔延时参数可以避免在加工过程中的拖尾与缺笔的现象,而反向间隙参数可以补偿设备在反向过程中带来的误差,以保证加工效果。

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