在线工业标记打印机的研究

论文摘要

在工业领域中,需要对机械产品的零部件进行有效的管理,在市场上对其进行识别和质量跟踪,经常需要在产品表面留下如商标、流水号、日期等永久性的标识。机械零部件上的标记打印在追求美观的同时,要求有一定的打印速度和打印深度。标记打印能够为企业提供产品的可追溯性,更好地贯彻ISO9001标准。由于传统的标记打印在打印效率、美观以及防伪等方面存在问题,不适应现代化大生产的要求。激光打印技术虽然较好的克服了传统工艺的许多缺点,但激光器在恶劣的生成现场缺乏长期稳定性的工作特点的制约,不能完全满足实际生产的需要。鉴于气动标记刻印方法独有的优势,产生了本文对气动标记打印机的研究。本文在全面考虑了气动标记打印机的工作特性和系统需求后,提出了以单片机和FPGA为驱动核心的标记打印机的整体设计方案。该方案集用户输入、指令处理、控制、显示、数据通信及脉冲驱动于一体,可以保证系统高效、稳定的实现项目的所有要求。在设计FPGA控制器时,采用了优化后的比较积分直线插补算法使得输出的插补脉冲均匀稳定;在软件方面,开发了一套PC工业标记系统软件,采用了多线程技术和TTF矢量字库等技术。从功能上考虑,控制软件主要有具有本地、远程两种访问模式的记录查询功能、采用多线程管理的检测功能以及数据通信功能;按照客户的要求实现在线打印具有较高刻印速度和精度的图形、文本、流水号、日期和VIN码等;对钢瓶刻印采用了较为简便的模板法和键盘输入法。该方案充分利用了FPGA可以高速并行工作的特点,能够高精度平稳的输出控制脉冲,使打印过程平稳进行。本文最后得出结论,并提出了对后续研究的一些想法。整套标记打印系统经过较长时间的运行调试,表现稳定,现已经投放市场。从生产厂家重庆恒伟精密机械有限公司和客户的反馈信息来看,系统工作稳定,打印速度达到设计指标,能够在256细分下驱动电机平稳快速运动,打印精度高,达到市场领先水平,得到了客户的充分肯定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 气动打标机研究现状及发展方向
• 1.2.1 气动打标机的研究现状
• 1.2.2 气动打标机的发展方向
• 1.2.3 气动打标机相关技术的发展
• 1.3 论文的主要工作
• 2 标记系统的基本工作原理与方案设计
• 2.1 系统工作原理
• 2.2 系统需求
• 2.3 方案对比
• 2.3.1 PC 机作为控制器
• 2.3.2 单片机/数控卡作为外部控制器
• 2.3.3 FPGA 作为外部控制器
• 2.4 系统方案的确定
• 3 标记打印机控制器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 单片机的数据处理
• 3.3 FPGA 的数据处理
• 3.3.1 现场可编程门阵列的设计思路
• 3.3.2 FPGA 实现的功能
• 3.4 插补算法
• 3.4.1 插补算法简介
• 3.4.2 逐点比较法
• 3.4.3 数字积分法
• 4 标记打印机控制软件的设计
• 4.1 软件需求及总体设计
• 4.1.1 软件需求
• 4.1.2 软件总体设计
• 4.2 矢量字体
• 4.2.1 TTF 字库简介
• 4.2.2 Bezier 曲线
• 4.2.3 B 样条曲线
• 4.2.4 字体显示
• 4.3 界面设计
• 4.3.1 拾取图形
• 4.3.2 标记编辑
• 4.3.3 多国语言界面
• 4.3.4 图元文件
• 4.4 钢瓶刻印
• 4.4.1 钢瓶刻印原理
• 4.4.2 模板刻印
• 4.4.3 键盘输入
• 4.5 软件设计其他方面
• 4.5.1 多线程原理
• 4.5.2 打印演示设计
• 4.5.3 数据通信与检测
• 5 系统误差分析与校正
• 5.1 系统误差分析
• 5.1.1 次要系统误差
• 5.1.2 主要系统误差
• 5.2 位置误差校正
• 5.3 反转时的误差修正
• 5.4 开、关气延时的补偿
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• 附录B 工业标记打印机控制器实物图
• 附录C 工业标记打印机实物图
• 附录D 工业标记打印机平面及球面打印效果图