引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展,，在成批,、大量的現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，標(biāo)記設(shè)備采用自動(dòng)控制方式已成為主流,。工業(yè)零部件的標(biāo)記方式主要有字模沖壓,，電化學(xué)腐蝕,，激光打標(biāo)與氣動(dòng)打標(biāo)。字模沖壓速度快,，工作過程簡(jiǎn)單,，但是它靈活性差，刻印深度不夠,。電化學(xué)腐蝕精度高,，不破壞工作的平整度，但是它對(duì)工件表面的平整度要求比較高,，刻印深度較淺,，并且需要使用模板，打標(biāo)液等耗材,。激光振鏡打標(biāo)精度高,，速度快，美觀,，但價(jià)格昂貴,，刻印深度淺，維護(hù)不方便,，在某些場(chǎng)合不滿足生產(chǎn)的實(shí)際要求,。氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)成本低，加工速度快,，精度較高,，維護(hù)方便，抗干擾能力強(qiáng)以及打標(biāo)的內(nèi)容與深度均可以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛使用,，特別是在對(duì)標(biāo)記速度有嚴(yán)格要求的流水線作業(yè)場(chǎng)合,。

氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

打標(biāo)機(jī)系統(tǒng)一般是兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，它根據(jù)用戶輸入的打標(biāo)內(nèi)容,，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)打印頭在x-y平面內(nèi)按一定軌跡運(yùn)動(dòng),，同時(shí)控制打印針在壓縮空氣作用下作300hz左右的高頻沖擊工件表面，從而在工件表面上形成由密集點(diǎn)構(gòu)成的字符或圖案,，完成任務(wù)的加工,。

本文中所開發(fā)的氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)系統(tǒng)，硬件平臺(tái)采用arm9" title="arm9">arm9+fpga架構(gòu),，將打標(biāo)機(jī)的控制部分與驅(qū)動(dòng)部分集成在一起,，這樣體積小，抗干擾性強(qiáng),，同時(shí)外接3.5寸觸摸液晶屏與矩陣鍵盤，使用戶能夠與打標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)友好交互,。

硬件采用arm+fpga的構(gòu)架,，同時(shí)在控制板卡上面集成驅(qū)動(dòng),。硬件設(shè)計(jì)方面主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模塊：運(yùn)動(dòng)控制模塊和人機(jī)交互模塊。運(yùn)動(dòng)控制模塊主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的功能,，fpga通過總線從arm端得到運(yùn)動(dòng)微指令,，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的頻率和個(gè)數(shù)的脈沖發(fā)出，或者控制數(shù)字io,。人機(jī)交互模塊以arm為中心擴(kuò)展了串口,、usb接口、lcd接口,、觸摸屏等接口,。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要組成部分,，通過打標(biāo)應(yīng)用軟件,，用戶輸入加工內(nèi)容，系統(tǒng)對(duì)加工內(nèi)容進(jìn)行解析,，將字形或者圖形信息轉(zhuǎn)換為點(diǎn)陣信息,，從而控制電機(jī)依照設(shè)定的軌跡進(jìn)行加工。

打標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)由刻印控制模塊,，文件管理模塊,，機(jī)械參數(shù)設(shè)置模塊，硬件測(cè)試模塊以及時(shí)間管理模塊組成,，如圖2所示,。

文件管理模塊通過usb使系統(tǒng)與外部進(jìn)行文件交互，如加工日志,，字庫,，用戶logo文件等，它使系統(tǒng)使用起來更加靈活,，方便,。機(jī)械參數(shù)設(shè)置模塊用于對(duì)外圍機(jī)械的硬件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置管理，如加工幅面,，脈沖當(dāng)量等,。硬件測(cè)試模塊用來測(cè)試外圍設(shè)備與系統(tǒng)連接是否正常，如限位開關(guān),，氣泵電磁閥,，電機(jī)等。時(shí)間管理模塊完成對(duì)系統(tǒng)時(shí)間的管理,，它是加工日志記錄以及時(shí)間類型加工任務(wù)有意義的前提,。刻印控制模塊是整個(gè)應(yīng)用軟件的核心部分,，下面作重點(diǎn)介紹,。

刻印控制模塊

刻印控制模塊實(shí)現(xiàn)的功能為：用戶輸入刻印的內(nèi)容,，設(shè)定完各個(gè)任務(wù)參數(shù)后，模塊根據(jù)用戶選定的字庫文件以及參數(shù),，將刻印任務(wù)的字符從字庫文件中提取出字形信息,，經(jīng)過變換處理后在用戶工作區(qū)中將字形軌跡顯示預(yù)覽。用戶可以通過鼠標(biāo)來調(diào)整刻印任務(wù)在工件上的加工位置,。在調(diào)整完畢后,，用戶就可以啟動(dòng)加工命令，控制電機(jī)按照指定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng),，

同時(shí)控制氣泵電磁閥使打標(biāo)針頭做高頻沖擊,。這樣，在工件上就加工出用戶設(shè)定的內(nèi)容刻印控制模塊的結(jié)構(gòu)如圖3所示,。

運(yùn)動(dòng)控制部分主要由6個(gè)模塊組成,，刻印任務(wù)輸入模塊，字庫解析模塊,，圖形文件解析模塊,，圖形交互模塊，加工控制模塊,，日志記錄模塊,。下面就各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。

刻印任務(wù)輸入模塊

負(fù)責(zé)刻印任務(wù)的創(chuàng)建,。創(chuàng)建的任務(wù)類型有普通字符串,，流水號(hào)，vin,，圖形文件等,，其中vin碼與流水號(hào)是具有特殊編碼的字符串，他們都有自己的編碼規(guī)則,，在每一次任務(wù)加工完畢之后,，根據(jù)參數(shù)設(shè)定，任務(wù)的編號(hào)都會(huì)自加一個(gè)增量,。在該模塊中,，它還包含了打印任務(wù)的參數(shù)設(shè)置，包括中英文字庫選擇,，字高,，字寬，扇形半徑等等,，在設(shè)定完這些參數(shù)后,，用戶就可以創(chuàng)建一個(gè)有效的刻印任務(wù)。

解析模塊

接收刻印任務(wù)輸入模塊輸入的數(shù)據(jù)后,，如果是字符類任務(wù),，則調(diào)用字庫解析模塊,，對(duì)刻印任務(wù)的內(nèi)容進(jìn)行解析處理；如果是圖形文件,，則調(diào)用圖形文件解析模塊進(jìn)行圖形點(diǎn)陣信息提取。

在字庫解析模塊中,，支持的字庫為autocad的shx字庫,，shx字庫文件由文件頭部信息，字體索引表,，字形描述表三部分組成,。模塊根據(jù)用戶選擇的字庫，建立字庫文件的字符信息索引表,，然后根據(jù)刻印內(nèi)容的字符,，從索引表中找出該字符的字形描述信息，根據(jù)功能碼的意義進(jìn)行解析,，這樣就得到了字符的點(diǎn)陣信息,，按照特定的格式存儲(chǔ)起來。最后將字形軌跡進(jìn)行優(yōu)化處理后輸出,。

系統(tǒng)支持的圖形文件有dxf,，ai，plt三種格式,。通過圖形解析模塊,，將圖形信息轉(zhuǎn)換為指定格式的點(diǎn)陣信息輸出。

圖形交互模塊

圖形交互模塊負(fù)責(zé)將解析得到的數(shù)據(jù),，顯示到視窗中,，使用戶在加工前就能夠清楚的知道刻印任務(wù)將在工件的什么位置進(jìn)行加工，即所見即所得,。該模塊實(shí)現(xiàn)的主要操作有：

①視窗的縮小與放大,，使用戶能夠方便的觀察刻印任務(wù)的軌跡；

②刻印任務(wù)的位置改變,，使用鼠標(biāo)或者鍵盤的方向鍵,，都可以調(diào)整刻印任務(wù)在工件表面的加工位置；

③加工任務(wù)的參數(shù)于屬性修改,，如字高,，字寬，中英文字庫修改,，圖形文件尺寸的縮放,，鏡像變形，禁止刻印等,；

④對(duì)針跟隨功能,，當(dāng)刻印任務(wù)的位置發(fā)生變化時(shí),，打標(biāo)機(jī)的針頭會(huì)“跟隨”任務(wù)到新的位置，這樣用戶可以很清楚的知道該刻印任務(wù)在工件上的加工位置,，該功能提供了9種模式,，如任務(wù)的左上角，中心等,；

⑤多個(gè)任務(wù)對(duì)齊功能,，如左對(duì)齊，上對(duì)齊等,；

⑥修改刻印任務(wù)的加工順序,。

加工控制模塊

在刻印任務(wù)建立及修改后，加工數(shù)據(jù)就準(zhǔn)備就緒,。用戶設(shè)定好加工速度,，空走速度，抬落筆延時(shí)等參數(shù)后,，通過加工控制模塊,，控制x，y軸的電機(jī)以及氣泵電磁閥,，就可以在工件上進(jìn)行加工,。模塊中引入了抬落筆延時(shí)參數(shù)與反向間隙，抬落筆延時(shí)參數(shù)可以避免在加工過程中的拖尾與缺筆的現(xiàn)象,，而反向間隙參數(shù)可以補(bǔ)償設(shè)備在反向過程中帶來的誤差,，以保證加工效果。

日志記錄模塊

在加工完畢以后,，對(duì)于vin碼,，流水號(hào)這兩種重要編碼的加工信息進(jìn)行保存，以便用戶以后查看加工記錄,。保存的信息包含加工內(nèi)容,，時(shí)間，編碼方式,。


圖1 氣動(dòng)打標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖


圖2 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖



圖3 刻印控制軟件結(jié)構(gòu)圖

結(jié)束語

本研究將嵌入式" title="嵌入式">嵌入式技術(shù)應(yīng)用到氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中,，并將控制器與驅(qū)動(dòng)器集成到一起，充分的利用了軟硬件資源,。這使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，體積小，可靠性高,，易于攜帶,。在此基礎(chǔ)上，完成了應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)，提供了良好的人機(jī)交互界面,，使用方便,。

作者簡(jiǎn)介

夏光明(1985-) 男 碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造,、自動(dòng)化,、自動(dòng)控制等。

參考文獻(xiàn)(略)