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激光打标机数据输出模块的设计

2020-2-25 14:09:09

4.3.1 数据输出模块的设计

 

根据用户绘制的图形和设置的打标参数,在上位机的软件界面中绘制并调整好要打标的图元信息,并且进行数据离散,将打标数据保存到数据缓冲区中。生成的打标数据按照指定的精确定时间隔,依次地发送到底层 PCI 卡上的两路 16 位的 D/A, 这些数据就转换成对应的二进制电压值,控制两块振镜的偏转,最后完成对图元的打标。整个打标过程以 10 微秒级别的精细插补周期进行实时插补。

在该模块中,采用串行工作结构。其基本思想是先让数据转换模块生成好全部数据,然后再通知数据输出模块输出数据,两个模块通过一个大容量的数据缓冲区连接起来。数据输出模块结构框图如图 4-10 所示。

数据转换模块中的功能是将图元路径数据转换成相对应的电压值。转换过程依次经过 4 个步骤:

1) 路径分段[23]

在路径分段之前,作为一个可选的优化措施,可以先使用某种算法作路径优化, 以得到一个相对较短的空行程方案。

 


由于图元路径是由一系列直线段和贝塞尔曲线组成,为简化插补算法,需要把每条曲线都拟合成一系列短线段的组合,这些短线段以一系列的 GraphicsPath 对象保存。利用 GDI+库中的函数 Flatten 能够完成这个工作,Flatten 的作用是以指定的

精度把贝塞尔曲线扁平化为一系列短线段的组合,

 


 

2) 逐段插补[24]


经过路径分段后,图元路径已经全部变成直线段的组合,然后依次取出每一段直线,按照用户指定的步进长度进行插补运算。

使用一种斜线插补算法来完成这一工作。斜线插补算法[25]是在正负法基础上改进的一种计算机绘图方法,正负法是向 4 个方向(正负 x 方向和正负y 方向)进给, 转角均是直角,斜线插补算法是将它改进为 8 个方向进给(x,y 方向同时进给就产生斜线方向,从而得到 8 个方向)。除少数几个转折点之外,大多数转角为钝角(135

度),因此产生的曲线较光滑。插补示意图如图 4-12 所示。

 

3) 光学畸变校正[26,27]

4-12 斜线插补算法示意图


图元逐段插补后,直线段被插补成一系列点阵坐标,因为双振镜扫描[28,29]方式存在固有的扫描场几何畸变。当扫描范围达到一定大时,这种畸变是不能允许的, 打标出的图形将产生严重的失真,必须加以校正。本文所采用的方法是通过偏移待


打标的点阵坐标,使振镜多偏转或少偏转某一角度,从而达到校正畸变的目的。

4) 二维坐标映射成电压值

控制卡提供两路 16 D/A 输出[30],因此数据转换的最后一步是把二维坐标映射成相应的 16 位整数电压值。映射变换公式是线性的,并且与用户设置的打标幅面有关,坐标不能够超出幅面范围。

通过数据转换模块,图元的路径被转换成相应的电压值,保存在数据缓冲区里。当转换工作全部完成时,数据数据模块按照打标工艺的要求,采用一个合理的流程把数据通过 D/A 控制卡输出到激光器振镜系统,从而开始激光打标过程。


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