1、圖書分類號：密 級：畢業設計（論文）激光打標機控制機構設計Laser marking machine control system design學位論文原創性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用或參考的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。論文作者簽名： 日期：年月日學位論文版權協議書本人完全了解關于收集、保存、使用學位論文的規定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產權歸所擁有。有

2、權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。可以公布學位論文的全部或部分內容，可以將本學位論文的全部或部分內容提交至各類數據庫進行發布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。論文作者簽名： 導師簽名：日期：年月日 日期：年月日摘要激光打標機是他是電腦和激光技術聯合的產物，是一個被研發出來的高科技術產品。在當前經濟環境下，商標對外觀審美性以及防偽性有超高的要求，所以他必然會成為產品生產中的高端機器。本文研究并設計由單片機組成的激光打標機控制機構的系統設計，仔細介紹了目標文件的結構、單片機中目標文件的管理等技術。本控制理論擁有超

3、強的設計商標的能力和編輯號碼的功能。打標的優點在下面幾個點：一速度，二精度，三持久度，三方面都很厲害。你可以不論它的大小隨便打、畸形工件上也能用標刻圖文，標記具有清晰、永久、美觀的，且可有效防偽。本課題采用微機進行控制，激光打標機與微機接通靠著通用的接口電路。它不但能和一般的激光打標機一樣打標，而且可以把達標的記錄保存好，隨時查看。關鍵詞 激光打標機；控制；設計；微機AbstractLaser marking machine is an application of advanced laser technology and computer control technology and de

4、velopment of high technology products.Under the market economy environment, the trademark on the beautiful and anti-counterfeiting performance have more and more high demand, so the laser marking machine is bound to become engaged in product manufacturing enterprises the necessary equipment.This pap

5、er studies design of single chip microcomputer system structure of the control system of laser marking machine, marking file structure, single chip microcomputer was introduced in detail in the marking of the file management technology.The system has very strong brand design and product line editing

6、 skills.Marking can uninterrupted run continuously.Suitable for marking on any size, special-shaped workpiece graphic, legible and permanent, beautiful, and can be effective.This subject adopts microcomputer to control, the microcomputer through interface circuit connection laser marking machine.In

7、addition to it like a common laser marking machine marking, also require that the marking record keeping for query statistics, etc.Key wordsLaser marking machine controldesignThe microcomputer目 錄摘要IAbstractII1緒論11.1激光打標機研究的背景及意義11.2 我國激光打標的研究現狀21.3 激光打標機的類型選擇31.4 研究的目的和意義41.5 課題研究的內容42 激光打標機控制機構設計52

8、.1 激光打標機的結構52.2 激光打標機的原理52.2.1 激光機打標機的基本原理52.2.2 激光打標機的加工過程62.3 振鏡式激光打標機控制機構的工作原理62.3.1 控制機構的工作原理62.3.2 激光打標機控制系統的功能要求72.3.3 振鏡掃描式激光打標系統的工作思路83 激光打標機硬件電路機構的設計103.1激光打標控制器硬件總體設計103.2激光打標單元電路的設計103.2.1存儲數據的電路103.2.2功率驅動電路123.2.3串行通訊電路133.2.4人機接口電路143.2.5直流電源電路153.3激光打標控制系統軟件設計153.3.1控制系統數據流圖153.3.2文件操

9、作及對大容量存儲器的管理193.3.3參數設置模塊213.3.4步進電機升降速控制223.3.5激光器延遲補償的控制234抗干擾技術244.1干擾的禍合方式244.2抗干擾技術24結論26致謝27參考文獻28附錄291緒論1.1激光打標機研究的背景及意義激光打標技術說到底就是一種脫離傳統的打標技術，直白的將就是噴碼技術，也就是在生產商品的表面上做標識，標識的東西可以是產品的生產日期、保質期和企業標志等。傳統的噴碼技術是利用油墨的霧化通過噴頭噴出，噴出的油墨滴穿過空氣，然后落在物體上，并通過噴頭的移動形成指定的圖案。噴碼技術已被廣泛應用于各種行業如：日化產品、食品、電子產品等。在全球各個國家和地

10、區標識技術的應用都具有很好的發展前景。隨著噴碼技術的創新與其他新技術的不斷出現，噴碼機的種類在不斷變多，性能也隨之提高很多。按照應用材料的不同一般將噴碼機分為油噴機和激光打標機。隨著噴碼技術的快速發展和廣泛應用，廠商對產品打標的質量、速度和成本的要求隨之提高，人們對產品質量和產品標識信息的要求也在提高，對環保性要求也越高，而傳統的油墨噴碼技術安全低、污染高。激光打標克服了這些缺點，是一種全新的標識方式。激光達標的標識是通過高能量的激光直接聚焦打到物體表面使之發生物理化學變化而形成的，并隨著光束的移動而變化，同時光束的變化，就在物體表面打標成特殊的圖案。現在隨著激光和電子科技技術的發展那么得快，

11、一般的技術都不行了，被淘汰了。將發達的激光技術與計算機技術有機的融合在一起使激光打標技術變的更加出色，不僅能刻麻煩的東西，商標和二維碼，而且帶有非常高的精度。近年來在國內貿易的不斷擴大下，對國內產品的標識技術和防偽技術帶來極大考驗，這將促進此項技術的蓬勃發展和使用。這個東西的優勢在：（1）利用了激光的好多的特點如不用觸碰表面，沒有力的作用。它的材料被廣泛應用，各種各樣的標識都能表現出來非超好用。 （2）時空對光的影響不大幾乎沒有。因此，在自動產業和不尋常的表面加工領域中很大的用到，由于工作的特點不一樣又靈活，在生產加工中，能夠用戶進行多多的工件加工生產的需求，對工人的傷害都很低，這樣能保證工人

12、的安全，從而降低成本。（3）激光和計控制技術的聯合，使他能夠加工暗示的設備而且效率高，用軟件來設計出的圖樣也非常好用。再怎么說激光都是仙境產品，用起來方便，高能量，更改起來不難易操作。這樣一來就大大的增大了加工的生產效率。不用擔心成本了。細講的話很長時間的說不完的，只有真正用起來才能發現它的好處啊，洗完大家能支持。 （4）激光技術的污染從來沒有聽說過，所以很環保安全。在加工吃的東西時中，安全性能有很大的保證。用戶吃的放心，作為生產商也放心了。現在來說激光已經用在了各種各樣的行業里。不論工業，農業通訊等都能看到他的影子，非常耀眼。它是未來先進技術的領頭代表。用它作為新的打標技術毋庸置疑，以前的方

13、法都落伍了。不能跟上時間的發展，相反激光技術只會越來越好的。我們共同等待吧。1.2 我國激光打標的研究現狀 （1）掩模式打標 掩模式打標又可以稱為投影式打標，激光器、掩模板與成像鏡這三部分構成了掩模式打標的主要機構。他是在一塊板子上將這些東西：數字、條碼、字符、圖案，制成一個個模板，通過可以放大的鏡將激光擴束，放在事先準備好的掩模板上均勻的投影，光從雕空的部分透射，通過透鏡將掩模板上圖形成像到加工材料上8。沒有特殊的情況下，標識靠脈沖來實現，沖一下打一個表。激光一旦達到地方，那么就會變熱繼而改變化學成分。這是它的顏色被迫發生改變。而且可別的明顯一看就能看出來。般情況的上下，掩模好的塊很好的用激

14、光發射器是CO2激光器。所有的其他方式都比不過他，他是最有效率的。在工作流動地方就能給物體進行打標，而且工作的量大大的提高。壞處是打標沒有什么靈活性，資源的的應用也有缺陷，它的原理就是在工作的時候，光經過鏡片再到擋板上。這是在打到物體上，那么被打到的東西就會被改變本身的性制。從而進行了打標如圖 1-1 。 圖 1-1掩模式打標（2）陣列式打標 陣列式打標機構能用很多的非常小的激光器，在同一時間一起發出信號，通過凸透鏡，在物體上形成了很多的小坑。進過激光打的小坑有一些特點，那就是每一個都均勻大小相同。這些小坑根據不同的命令，從而拼成不一樣的圖案，字碼，條形框。在我的控制下，讓它橫5個點。豎7個點

15、，這些都是有規定的。這都是陣列式打標。一在很小的CO2激光器功率下，讓它一美妙6000字速度進行打標。他是所有方式中最優秀的在線打標方式，突破了以前的認識。不足的地方就是不能柔和的達標。都是點狀的，放大后分辨率很低。它很大一部分受到限制，只能加工圖案了。對于文字沒希望了。因此我們基本上不會用它。很可惜啊，這是個不錯的東西如圖 1-2 。 圖 1-2 陣列式激光打標原理圖 圖1-3振鏡的掃描系統原理圖（3）振鏡掃描式打標 振鏡掃描機構有兩部分一是伺服電控器，二是光掃描系統。激光掃描器也被分為兩部分了，動磁和動圈。整個的東西都是新的。無論是技術材料還是工藝。 優點突出不論是工作角度，效率到自身的穩

16、定性都是無可挑剔的。這樣可以大大提高使用的壽命和長時間的工作提供保障。任意位置零功率這樣可以降低使用的功率，又減少了工件的發熱效應。先進的高穩定性精密檢測傳感器技術提供了高線程度、高分辨率、高重復性以及低位移的性能1。 光學掃描儀可以分為 X 和 Y 方向的掃描系統，他們都是有固定位置的。都定在反射騎上，這樣就不用擔心機構不穩定問題。振鏡的原理如圖 1-3 。1.3 激光打標機的類型選擇激光打標機的劃分也就是兩方面。一種是掃描部分，一種是激光器。 （1）按激光器的不同分按激光器的不同就兩種固氣兩種，YAG是固體的簡單好用，氣體是CO2。固體的好處吧就在于打金屬時方便很多，尤其特殊的非金屬的加工

17、方面，特別優秀。則氣體打標就一般般也就能達標一些木頭之類的東西。（2）按激光器分按照激光器的工作種類不同來分的話就多了。就比如脈沖型和連續型這兩種。掩模式機器說簡單點就是脈沖型，它有幾個好處體現在打標的速度不慢。同時加工的零件多，效率號使用性高。相反的其缺點就明顯了內容太單一、打一個標，要做一個版。不能重復使用。打的也不清楚不合要求。（3）根據掃描的方式來分 不管怎么分只有兩種是我能用到的，第一種是在靜止光路離進行的，第二種實在運動的光路里進行的。這種工作方式標記的速度有點緩慢，當在工件不但體積龐大而且重量較重時，除了那種設備功能特別強大，不然已經找不到了。有點事點面一致，各個地方均勻的打出來

18、。 在商場里近年來光路運動型的應用空前的多，其最大的點就是在速度和使用上，比其他產品好了不止一點半點。導光機構在平面的動作依靠電機來完成，可以上下移動，也可以左右移動。就是說它的移動基本上不受限制。但是這樣就限制住了移動的速度。打標很慢，激光打在物體的時間就延長。以至于打出的東西顏色重。相比而言振鏡的速度就好很多，這樣可以滿足大部分的工作要求。得到廣泛使用。但可以通過光學知識來進行調整，距離激光器的遠與近打標的點由小到大，它適用于那種中心顏色較深，而四周顏色較淺的達標環境。1.4 研究的目的和意義在大量的結構調節的措施推動下，我國的激光領域應用分廣泛醫療器械，辦公辦學，電子機械等。這個行業的快

19、速發展，不僅是對自身的一種考驗。同時也帶動著古老工業的發展。促使他們更加努力的去創新，這樣才不會被社會淘汰。只要這樣才能干趕超發達國家。近年來，激光打標機可謂是吃茶風雨。它的領導地位幾乎無人能當，什么類型的激光機都有不斷涌出，在提高競爭力的同時也要考慮到他的實用性。一定要讓它能健康穩定的發展啊。1.5 課題研究的內容目前，激光打標技術已經相當的成熟，代優正逐步的取傳統的打方法。能效的提激光打標的爭奪能力，很有代表性。我的論文的內容有：（1）我的這個激光打標機設計的全面思想是：它基本的操控形式、工作基本原理和使用的流程，振鏡式原理和它打標的工作方式求。（2）單片機和通訊電路之間的連接方式的討論。

20、（3）介紹了硬件電路系統設計思想，主要有：電源、復位電路、開關的選擇、顯示器選擇。 2 激光打標機控制機構設計2.1 激光打標機的結構激光打標機一般有這些結構：控制機構、發射器、振鏡器、電源、傳送機構等，如圖 2-1 所示。 圖 2-1激光打標機的結構對激光打標機控制機構各部分功能進行仔細介紹如下： （1）傳送機構：簡單的將就是用來傳送被加工的東西。同時還可以實時測量出他的速度和精度。并且能夠根據這些來改變它的傳送要求。這些東西都可以通過總機來驚醒控制。 （2）激光器系統：為了雕刻物體，必須有能量。它的產生就是為了提供能量的。 （3）掃描振鏡系統：讓激光通過它來實時的發生改變。控制激光的軌道，

21、讓我所想要打出的圖案通過它來實現。它的反應要求非常的迅速，不然會影響達標的效果。（4）控制機構：就是大腦控制各個機構的聯動。并且對重要的數據進行總結處理。（5）電源：很簡單，本文所有的機構基本上都用電來帶動。所以電源是很重要的一部分，不可缺少。 2.2 激光打標機的原理2.2.1 激光機打標機的基本原理激光打標機基本上就劃分為了，冷熱加工這兩種原理。 “冷加工”不是我們想的低溫度。二是利用能量特別高的的光子為手段，它能夠用一些我們拼是想不到的東西，破壞物體的分子結構。這是很厲害的，稍微不在意就會讓很寶貴的工件，變成垃圾。但他的好處也是很厲害的，無題不會發熱。那這樣就沒有加熱帶來的傷害，這是很難

22、能寶貴的。 “熱加工”吧原理和上面的差不多，都是用光子。但是作用卻是有相當大的區別。他可以做到讓目標自身產生熱量，引起各種我們所想要的變化。這都是很神奇的功能。2.2.2 激光打標機的加工過程我的這個機器可以把用戶的要求，很簡單的通過一些處理給解答出來。這樣就很方便的達標出目標圖案。整個過程都是對激光的各種處理，來實現的。工件的處理很簡單。激光走的路線、自身的強弱都是能控制的。我的激光打標的流程也就和下面的圖一樣。如圖 2-2 。 圖 2-2 打標處理的流程圖2.3 振鏡式激光打標機控制機構的工作原理2.3.1 控制機構的工作原理激光打技術吧再怎么變，他都是激光應用的演變和推廣。他就是發出一道

23、很強的激光，強到什么程度呢。能把物體表面照的發生性制變化。這樣你照到的地方就和沒照到的地方卻別出來。而且這個變化幾十年上百年都不會變回去。防偽又實用。這些都是在日常的過程中會用到的東西。就現在來說我們的這個行業中，振鏡式的機子普遍比較受歡迎，而且像靜止的打標等，各種不同打標方式都可以被它打出來，能力是很強大的。這樣看來，它的廣泛使用是無法阻擋的。振鏡式的工作是我在本文中的主要形式。我的激光器已經選好就是CO2式的，主要就是給木材和塑料進行打標。工作思路圖如圖2-3。圖2-3 激光打標機控制系統原理圖下面來介紹一下靜態打標過程，先進性內容的輸入。再處理這些數據，讓它能被控制器看懂。最后支配激光器

24、輸出，在物體的表面上畫出我們想要的圖形。機器處于在線狀態時，情況有變了。這個就要用到系統檢測器，他需要先探測出東西在哪才能達標。整個過程都是可以實時控制的，對我們的要求也更高。 根據現有的激光打標市場的發展狀況以及目前控制系統的發展趨勢，從以前的單片機控制系統到現在嵌入式控制系統，為了更好的適應未來激光打標的市場。2.3.2 激光打標機控制系統的功能要求.結論經過一段時間的努力，通過查找各種資料設計出了一臺小型的激光打標機。該機械具有很強的商標設計及產品流水線號編輯能力，能將打標記錄保存以供查詢統計。本文還有一個好處，就是好多的技術都進行了改變，得到了一個全新的方案，這是很寶貴的。但這品不是完

25、美的，還是有著不少缺點，例如控制系統繁瑣，成本高，有機會再繼續完善它吧。在以后我也會繼續的努力，做好每一件事。總的而言，任務的要求都還是做到了，是一次不錯的進步。致謝參考文獻1王健. 激光打標機控制系統軟件平臺構建及矢量打標控制研究J.南京理工大學,2010，03:54-56.2劉學藝. 激光打標機中相關光學問題的研究J.長春理工大學2010,07:14-15+193張乃熙. 二氧化碳激光打標機的研制J.長春理工大學,2010,04:45-46.4肖毅. 一種激光打標系統的設計與實現J.華中師范大學,200101:7-9.5寧國勤. 激光打標控制系統的研究與實現J.華中師范大學，2002,06:193-194+199.6趙曰峰. 陣列式激光打標技術的研究J.曲阜師范大學，2004,08:39-40+42+3.7袁芳. 激光打標關鍵技術的研究及實現J.武漢理工大學2013,04:142-146.8田會峰. 變色激光打標機的研制J.蘇州大學,2008，05:62+64.9田東紅. 激光打標機開放式數控系統的研究J.天津大學,2007，07:62+6