一种激光点阵打码方法

专利名称：一种激光点阵打码方法
专利说明一种激光点阵打码方法 技术领域：
本发明涉及激光打码，尤其涉及一种激光点阵打码方法。
背景技术：
激光打码技术以其高速、低耗、绿色环保等特点适用于高速流水生产线的食品、饮料、酒类、日用品上刻划生产日期、批号、条码等内容。以往的激光打码通常都是按照矢量轨迹，在工件上连续刻划。
然而，采用矢量打码技术时，由于需要连续打点，打码的速度较慢，而且每刻划完一个字符图案转入下一字符图案时需要关断一次激光，导致设备使用寿命减短。

发明内容
本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光点阵打码方法，控制振镜高速扫描，减少了激光打点数，提高打刻速度，并避免字符图案跳转时的激光关断。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的 一种激光点阵打码方法，其特征在于，该方法包括 获取需刻划字符图案，将字符图案分解为点阵并计算点阵中光点坐标； 数字信号处理器读取所述字符图案的光点坐标，控制振镜驱动单元驱动X、Y振镜按照字符图案的光点坐标偏转并驻留预设时间。
其中，包括将字符图案的光点坐标转换为电参数，根据电参数控制振镜驱动单元驱动X、Y振镜偏转，其转换方法如下 X＝f*tgαY＝f*tgβ(式1.1) α，β在(-5°～5°)范围时，X＝f*α，Y＝f*β 其中，X为X轴向物理坐标，Y为Y轴向物理坐标，f为振镜到焦平面中心的距离，α，β为2个振镜偏转角度； 将16位数字量0～(216-1)表示-5°～5°的控制角度，振镜中心的数字量为(215，215)，则输出的数字量DX，DY表示为 Dx＝215(1+36α/π)Dy＝215(1+36β/π)(式1.2) 将X＝f*α，Y＝f*β代入(式1.2)得 Dx＝215(1+36X/(π*f))Dy＝215(1+36Y/(π*f)) 数字信号处理器通过D/A转换电路将数字量DX、DY线性转换为-5V～+5V的模拟电压，振镜驱动单元接收模拟电压驱动振镜偏转。
其中，还包括获取生产线运行速度，通过速度补偿算法计算光点的坐标。
从以上技术方案可以看出，本发明通过字符图案分布的位移坐标化，再将位移坐标转换成电压参数从而控制振镜驱动单元驱动振镜偏转，减少了激光打点数，提高标刻速度，实现高效率；本发明刻划一个光点后高速跳向下一光点，避免字符图案跳转时的激光关断，延长设备使用寿命；另采用数字信号处理器对打码系统进行控制，提高控制精度。


图1为本发明无关断式激光点阵打码系统框图； 图2为本发明主控单元模块方框图； 图3为本发明点阵实施例示意图。
具体实施方式

下面结合具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
参见图1所示，无关断式激光点阵打码系统包括主控单元1、CO2激光器2、X振镜5、Y振镜6、振镜驱动单元3、输入显示单元4。
CO2激光器2在主控单元1 PWM信号的控制下产生一定波长的激光束。激光光束经过X振镜5和Y振镜6进行偏转，使激光束有目的地偏转打到目标光点上留下印记。其中，激光束的功率大小和X方向偏转或Y方向的偏转角度由数字信号处理器DSP组成的主控单元控制。
从输入显示单元4输入预刻划字符图案，主控单元1接受输入显示单元的字符图案，将字符图案按点阵排列并转换为坐标数据存储，读取需刻划的字符图案的坐标数据，并控制振镜驱动单元3驱动X、Y振镜按照字符图案坐标数据偏转。
将字符图案坐标数据转换为电参数包括 主控单元1通过D/A转换电路将数字量DX、DY线性转换为-5V～+5V的模拟电压，然后将模拟电压发送振镜驱动单元3驱动振镜偏转。对应的振镜会偏转-5°～5°利用一定焦距的聚焦镜，可以扫描出平面范围。假设振镜离中心点偏转α度，激光从反射镜到焦平面中心的距离为f。那么在聚焦系统的焦平面上激光点就会移动f*tgα。焦距固定的扫描系统f为一个固定值。假定中心点坐标为(0，0)那么整个扫描范围内的每一个点就是对应的X、Y坐标就可以有如下公式 X＝f*tgαY＝f*tgβ α，β在(-5°～5°)范围时，X＝f*α，Y＝f*β(式1.1) 将16位数字量0～(216-1)表示-5°～5°的控制角度，振镜中心的数字量为(215，215)，5°＝π/36rad，则输出的数字量DX，DY表示为 Dx＝215(1+36α/π)Dy＝215(1+36β/π)(式1.2) 将(式1.1)代入(式1.2)得 Dx＝215(1+36X/(π*f))Dy＝215(1+36Y/(π*f)) 主控单元1通过D/A转换电路将数字量DX、DY线性转换为-5V～+5V的模拟电压，然后将模拟电压发送振镜驱动单元驱动振镜偏转。
参见图2所示，为本发明主控单元中结构框图。
包括数字信号处理器DSP11、X数模转换单元12、Y数模转换单元12、脉宽调制驱动单元PWM 14、控制I/O单元15、RS232接口16、RS422接口17。主控单元的核心是数字信号处理器DSP处理器，采用美国Texas Instruments公司的TMS320F2812DSP微控器构成。该单元的内核是一个32bit数字信号处理器，峰值指令执行速度达到150MIPS，而且内部集成32K零等待周期的随机存储器RAM 18和256K闪存FLASHROM 19，具有大多数外围控制接口电路，如UART、SPI、CAN、PWM。
DSP通过对需要打码的字符图案形状分解成点阵并计算点阵中光点坐标，并从与控制I/O15电路相连的速度传感器获取生产线运行速度值，通过预设的速度补偿算法，实时求出光点所在坐标的X和Y轴偏转量数字量以及对应的激光束功率控制值。其中，偏转数字量通过X数模转换单元、Y数模转换单元发送给振镜驱动单元，控制振镜X和Y振镜进行偏转到预定目标位置；激光束功率控制值则通过脉冲宽度调制PWM驱动单元14放大，送入CO2激光器中，控制激光束输出功率。同时，DSP启动定时计数器，激光束在目标光点停留设定的时间留下标记。而激光束在相邻的目标点之间则高速移动不作停留，从而不留下痕迹，使打码图形有点阵打印的效果。扩展的FLASHROM 19用于存储控制程序、运行过程中的常数和用户设定的打码图形；SRAM 20保存临时参数和结果；NVSRAM 21保存可被用户修改的常数，并且有掉电保护功能。
优选地，数字信号处理器DSP可通过RS232驱动电路与或RS422驱动电路与个人电脑或远程操控单元进行数据交换，获得在线打码的图形和设定参数，如打码区域、字型大小、笔画粗细，通过运算换算成振镜的偏转量、激光输出功率和点阵中光点的停留时间，从而控制振镜的运动。
控制I/O 15单元用于连接传感器，如物件位置传感器、速度传感器、安全门开关等。
外部总线扩展18预留总线接口，为应用扩展USB接口、网络接口。
激光打码机主空器的软件将采用TI公司生产的基于实时操作系统DSP/BIOSTI的架构进行开发。
参见图3所示，为一点阵实施例，假设建立7*5的点阵，用数组储存每个字的信息，则数字8表示为 8[35]＝{0，1，1，1，0， 1，0，0，0，1 1，0，0，0，1 0，1，1，1，0 1，0，0，0，1 1，0，0，0，1 0，1，1，1，0} 激光刻划时，数字信号处理器DSP取得相应的数据，根据要刻划字的大小，计算出每个点物理坐标，然后根据物理坐标可以计算出DSP输出的数字量坐标，利用DSP来实时的控制激光在相应的数字坐标驻留预设时间灼烧出斑点，然后高速跳转向下一数字坐标从而实现刻划点阵式的字体。
为缩放字符大小，本发明将多个光点组合替代原一个光点31。见图3中部分斑点放大示意图，用3个光点组合替代一个光点，从而实现调整字符的比例。在本发明的其它实施例中，也可以用5个光点、7个光点组合替代一个光点进行显示，并不影响本发明的实现。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1、一种激光点阵打码方法，其特征在于，该方法包括
获取需刻划字符图案，将字符图案分解为点阵并计算点阵中光点坐标；
数字信号处理器读取所述字符图案的光点坐标，控制振镜驱动单元驱动X、Y振镜按照字符图案的光点坐标偏转并驻留预设时间。
2、根据权利要求1所述的一种激光点阵打码方法，其特征在于包括将字符图案的光点坐标转换为电参数，根据电参数控制振镜驱动单元驱动X、Y振镜偏转，其转换方法如下
X＝f*tgαY＝f*tgβ(式1.1)
α，β在(-5°～5°)范围时，X＝f*α，Y＝f*β
其中，X为X轴向物理坐标，Y为Y轴向物理坐标，f为振镜到焦平面中心的距离，α，β为2个振镜偏转角度；
将16位数字量0～(216-1)表示-5°～5°的控制角度，振镜中心的数字量为(215，215)，则输出的数字量DX，DY表示为
Dx＝215(1+36α/π) Dy＝215(1+36β/π)(式1.2)
将X＝f*α，Y＝f*β代入(式1.2)得
Dx＝215(1+36X/(π*f))Dy＝215(1+36Y/(π*f))
数字信号处理器通过D/A转换电路将数字量DX、DY线性转换为-5V～+5V的模拟电压，然后将模拟电压发送振镜驱动单元驱动振镜偏转。
3、根据权利要求1或2所述的一种激光点阵打码方法，其特征在于还包括获取生产线运行速度，通过速度补偿算法得出光点的坐标。
全文摘要
本发明公开了一种激光点阵打码方法，该方法包括获取需刻划字符图案，将字符图案分解为点阵并计算点阵中光点坐标；数字信号处理器读取所述字符图案的光点坐标，控制振镜驱动单元驱动X、Y振镜按照字符图案的光点坐标偏转并驻留预设时间。本发明控制振镜高速扫描，减少激光打点数，从而提高标刻速度，并避免字符图案跳转时的激光关断，延长设备的使用寿命。
文档编号G02B26/08GK101100138SQ20071002943
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者昆 梁 申请人:东莞市创普光电技术有限公司