激光刻字机的微机控制系统.doc

1993年第11誊弟3期长春邮电学院学报199Sv0I．11No．3
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激光刻字机的微机控制系统
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摘要
提出了一种应用激光技术在金属钻头柄部刻印商标型号的设计方案．详细介绍了单片
机控制系统的硬悼电路及软件编程，并做了模拟实验．实验结果表明：谈方案设计台理．控
1概述
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激光加工是激光技术应用最早的领域之一。利用激光高功率、高密度的特点，可以
对玻璃、陶瓷、金属合金及钻石等硬质材料加工，也可以对塑料、橡胶等软质材料进行
加工。
与传统的机械加工技术相比较，激光加工技术具有加工速度快、热变形小的特点，
尤其适合于高熔点、高硬度的脆性材料和复合材料，并易于与电子技术相结台，实现自
动化．·
本文论述的激光刻字机，是为在硬质台金材料的钻头柄部打标记而研究设计的。该
刻字机利用了现代的计算机控制技术，实现了产品加工的自动化和程控化，特别对于序
列号和标记需要经常变化的产品，更显示出它的优越性。
本文重点讨论了单片机控制系统的组成、硬件电路及软件编程。
2激光刻字机的组成
图1给出了激光刻字机的基本组成框图。
收*日期．19930220-男1945年生讲师
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围l激光刺字机的结构框图
图l中激光器的型号为ND：YAG激光器，激光电源采用脉冲式激光电源，瞄准系统和
聚焦系统应该协调同步。当瞄准系统瞄准刻字位置时，聚焦系统也应该同时聚焦到同一
位置。精密工作台上安装两台步进电机，一台步进电机带动工作台沿水平方向左右移
动·另一台步进电机夹持着待刻字的钻头完成360的转动，实际上钻头的运动是平动与
转动两个运动的合成。激光控制系统的作用是协调各部分的相互关系，精确地控制工作
台的移动和工件的转动量，控制激光电源的脉冲触发电路，使ND：YAG激光器发出脉
冲激光，在工件上打点刻字。
激光刻字机的基本操作步骤是按照要刻划的字或图案，将聚焦的激光光束射向工
件表面的指定位置。当照射到工件表面的激光功率密度超过l0～10‘W／cmz时，就能使
工件表面材料熔化，在该处形成凹陷的一个“坑点”。按照字划顺序移动激光柬或移动．
工件，可连续打出许多类似的“坑点”，这样连接起来就能把字或图案刻划在工件表面
上。这些字或者图案的每一划都是由许多紧密排列的点组成的。
3单片机控制系统的硬件电路设计
整个单片机控制系统的硬件部分(见图2)由主控制器、键盘显示控制电路、步进
电机驱动电路及激光电源脉冲触发电路四部分组成。
3．1主控制器
在该系统中，利用8031单片机作为主控制器，扩展了一片2764芯片作为程序存储
器I扩展了一片6264芯片作为数据存储器。由于MCS一5l单片机的数据线和地址线是
复用的，为了将它们分离开，在单片机外部增加了373芯片作为地址锁存器。
扩展后的单片机系统，具有8k字节的程序存储能力和8k字节的数据存储能力。
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3．2键盘与显示
圈2剖字机单片机控制系统硬件框圈
键盘与显示选用了INTEL公司生产的8279芯片。8279芯片是一种通用的可编程
的键盘、显示接口部件，单个芯片能完成键盘输入和LED显示控制两种功能。使用8279
芯片的优点在于CPU不必再扫描键盘或则新显示器，它的工作可由程序设定。
在本系统中，钻头刻字的内容一般为数字与字母两部分，字母表示钻头的型号、材
料性质等，数字表示该钻头的直径．钻头的规格在∞．00~30．00mm之间。它分两行
捌印，采用六个LED显示块。
在显示方式中，段选线通过驱动器由OUTB。~OUTB，OUTA。~OUTA提供，位
选线由SL。～s提供。
在键盘工作方式中，规定扫描线SL。～sL：为列线，回复线RL。～R为行线，键盘
设置24个键。
3．3步进电机的驱动
步进电机是将电脉；中信号变换成角位移(或线位移)的一种机电式数模转换器．步
进电机能接受步进脉冲的控制，一步一步地旋转。其运行速度取决于步进咏；中的频率；
改变各相通电方式，可以改变电机运行方式；步进电机每转一圈后，累积误差为零。系
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统中的两台步进电机分别控制工作台的水平移动和工件的转动。由于步进电机功率驱
动电路工作在较大脉冲电流状态，因此在电路连接上采用光电耦合器将单片机系统和
驱动电源隔离开-这样可避免单片机与步进电机功率回路的其他干扰。
3．4脉冲激光电源的出光控制
脉j巾激光电源的出光控制，由8031单片机的P完成。
4刻字机的系统软件设计
激光刻字机微机控制系统的控制软件，包括主控程序、步进电机驱动程序、显示程
序、数据处理程序、键盘管理程序、字库及刻字程序等。
控制软件的总体框图如图3所示。
4．1字库的建立
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