气动打标机的原理及打标系统的设计的研究【图纸丢失，只有论文】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 气动打标机的原理及打标系统的设计的研究  摘   要  为适应全自动生产线上对产品打标记的要求，设计了一种可由计算机控制的自动打标机。其中气动打标机是广泛应用于汽车、摩托车、机械、航空等领域中的重要辅助工具，能够对产品的生产、使用等过程进行有效的管理和识别。目前，国外自动打标技术较为成熟，但价格昂贵，国内气动打标系统抗干扰性不强，精度容易丢失，操作不便。因此，研制一种经济适用、运行可靠、操作方便的气动打标机控制系统，该机具有选字灵活、体积小、安装方便、性能价格比高等优点。既具有一定的理论意义，又具有较大的实用价值 。本文主要介绍了一套基于  口的气动打标机控制系统。这些自动打标机在实际生产中都取得较好的良好的打标效果，拥有广阔的发展前景。  关键词： 自动打标系统 ; 自动打标机的原理 ; 气动打标机 ; 基于 口气动打标买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 on of on  an is an in of it be an in is is to a is to  of a SB in a   of  a SB 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目   录  摘   要：  . 错误 !未定义书签。   . 2 1 绪   论  . 5 言：  . 5 动打标机概述  . 5 动打技术  . 5 动打标系 统的普遍工作原理  . 5 动打标机的系统组成及分析  . 7 动打标机的发展方问  . 8 2 基于 口的气动打标机  . 9 案设计与系统工作原理  . 9 统工作原理分析  . 9 统方案的确定  . 10 标机控制器设计  . 10 口的气动打标机的系统功能  . 11 3 打标机控制器及硬件设计  . 11 制器总体设计  . 11 口芯片  . 12 片机设计  . 13 制器设计  . 14 动控制方法  . 16 补运算  . 16 降频控制  . 19 4 硬件电路设计  . 19 信电路  . 19 心控制电路  . 20 磁阀驱动电路  . 21 进电机驱动电路  . 21 部信号管理电路  . 22 5 打标机控制软件设计  . 23 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 件总体设计  . 23 件功能需求分析  . 23 体设计  . 23 C+开发平台  . 24 程模型  . 24 C+应用程序创建过程  . 25 标机控制软件主程序设计  . 26 示编辑  . 26 录查询  . 31 据通信  . 32 6 打标机控制系统抗干扰设计  . 33 件抗干扰设计  . 34 制干扰源  . 34 断干扰传播路径  . 34 高敏感元件的抗干扰性能  . 35 件抗干扰设计  . 35 信抗干扰设计  . 35 7 研究总结与前景展望  . 37 究总结  . 37 景展望  . 37 致     谢  . 38 参考文献  . 38 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 1 绪论  言 ：  打标又称为标记，是通过一定的技术手段在相关材 料上标记出图案或文字 统的手工纂刻及早期的字模冲印，都是一些典型的标记手段 着自动控制技术及计算机技术的飞速发展，涌现出来了多种新型的打标技术。这些新兴的打标技术以其速度快，图案精美、清晰，使用便捷等特点在市场上得到了广泛的应用 类制造企业通过对打标技术的应用，提高了产品档次，树立了产品品牌形象，增强了产品的防伪作用，同时还为企业提供了产品的可追溯性，因此产品的包装也面临更大的挑战 以制造业为主的中国，随着经济的高速增 长，打标产业市场已成为一项朝阳产业。  动打标技术  气动打标是电磁阀控制压缩空气（ 动高硬度 (>记针以较高频率（ 300 次 /秒左右）上下震动，同时，由计算机操作系统控制、驱动器控制步进电机带动标记针做二维运动，从而实现在工件上的标记 这一点，与针式打印机的打印过程有部分类似。气动打标具有成本低（目前单机价格 1万元左右）、操作维护简单、应用领域广泛，标记深度深、便于计算机系统或网络控制的特 点  动打标系统的普遍工作原理  自动打标机的核心是自动打标系统，其主要由计算机控制系统、步进电机电源、定位步进电机、选字步进电机、气缸、字模及工件组成，其结构组成如图 1所示 1。  各运动控制部分都装有光电传感器，预置了初始位置。一通电，系统重新校正各部分的定位，计算机控制系统发出初始化信号，控制定位步进电机、选字步进电机和气缸买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 到起始位置 始工作时，计算机控制系统接受信息并发出指令（脉冲数及电机运转方向），接通步进电机电源，控制定位步进电机 实现打标头的横向定位，从而将打标头移动到打字位置 成后，计算机控制系统控制气缸动作，气缸冲击字模，把字符打到工件上，从而完成一个标记的打印，气缸退回。循环进行，直到一个工件的标记全部打完后，选字步进电机和定位步进电机回到初始位置 消除系统间断运转所引起的累计误差。  气动打标机工作时，气动打标机可固定在需要打标标记产品的流水线或专用夹具上，然后连通压缩空气源 与控制机箱相连 计算机 接到来自 Y 原点控制开关和  X 原点控制开关的信号后，即输出信号控制安装在步距细分拖动机构上的  Y 行程步进电机、 X 行程步进电机  然后上料系统将工件送入打标工位，  同时夹紧气缸将工件夹紧，  X ，  Y 轴向需要打印的第一点位置运动，  运动到位后，  Z 轴向下运动并且打标头向下冲击，  打上一个点，  打完一个点后，  打标头缩回，  此时  X ，  Y 轴再向需要打印的第二点位置运动，  到位后打标头打上第二个点，  如此重复循环工作，  带动标记头在驱动气源的配合工作下，采用高速冲击方式 ，形成字符，或图形点阵，直到打标完毕，从而完成在金属、塑料、玻璃、陶瓷等硬质材料上所需要的各种文字、号码、图形的标记打标 . 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 动打标机的系统组成及分析  气动打标系统主要由：标记软件、标记头行走机构、控制机构、气动机构构成 2。  一是标记软件。目前气动打标系统与计算机的连接通常采用并口和  口两种连接方式。用户可通过标记软件制作出所需输出的文字或图案，一个完善的气动标记软件通常包含以下功能：（ 1）自动记忆功能：系统自动记忆设定的标记状态、打标格式、打标数据等各种信息，在下次开机时自动恢 复上次关机时的状态，不需要初始化可立即工作。（ 2）工件存储功能：系统可以将建立好的不同格式工件以不同的文件名保存起来，方便的进行各种格式的标记。（ 3）模拟显示功能：工件的打标内容与打标位置在系统的主操作窗口中以  1： 1 的比例显示出来，所见即所打，对于三轴的标记系统，系统可以三维的方式来显示所打标的内容。此外，还包括流水号自动递增、多种标记速度选择、自动日期等功能。  二是标记头行走机构。标记头的行走包含垂直  Z 方向行走和水平  向行走。其中垂直  Z 方向行走调节的主要目的是根据工件尺寸大小来保持标 记头与工件之间有合适的打标距离。距离过近或者过远都会对打印效果造成很大的影响。目前采用的多是通过旋转丝杆来带动固定在丝杆上的标记机构在垂直方向移动，旋转丝杆有手动和电动两种方式。目前采用较多的是手动方式。而电动调节方式以操作简单，定位精度高等特点，已开始被部分企业所采用。  三是控制机构。控制机构由开关电源、控制板、驱动器、步进电机等部分组成，这一部分统称为控制箱。气动打标机机头通过多芯电缆及航插接头与控制箱相连。控制箱通过接口电路与计算机相连。控制箱接收计算机指令控制步进电机动作。当计算机接到来自  Y 原点 控制开关和  X 原点控制开关的信号后，即输出信号控制安装在步距细分拖动机构上的  Y 行程步进电机、 X 行程步进电机，在驱动气源和气动打标头等部件的配合工作下，采用高速冲击方式 ,形成字符 ,或图形点阵。其中，驱动器的细分数，电压及控制板的相关参数均可根据打印要求做相关调节。  四是气动机构。气动机构包含空气过滤器、电磁阀、标记针腔、标记针头等几部分组成。其中，空气过滤器对压缩空气进行净化，实现油水分离。控制箱控制电磁阀实现对压缩空气的控制，高质量的电磁阀可以确保标记字迹连续不缺笔。标记针腔有多种方式，它决定了标记 针的运动方式。其中活塞式气动标记针腔，根除了传统气动标记头耗买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 气量大、出针行程短、冲击频率低的设计缺陷， 工作气压即可在玻璃上标记，使气动打标机的使用拓展到一个更广泛的应用领域。标记针采用高硬度合金材料磨制而成，其硬度一般大于  个高品质的标记针对提高打印应用范围、提高打印质量起着重要的作用，早期的气动打标机多采用进口标记针头，近几年。国产化的标记针头的质量也的得到了显著的提高。但仍存在成本较高等问题。目前国际上正在开展通过离子表面注入技术实现对普通材料的变性研究如能实现，则可大幅度 提高标记针的性能及成本，届时，气动打标记的应用将跨上一个新的台阶。  动打标机的发展方问  气动打标机是计算机技术、自动控制技术、机械设计技术、气动技术等多项报术综合交义的技术密集型产品 此气动打标机技术也日趋完善 内外气动打标技术的发展主要有以下三个方向 3 数字化、自动化  20世纪 动打标机的数字化、自动化成为这一领域的研究热点，近年来，随着传感技术、电子技术、自动控制技术、计算机技术的发展，现代的打标机己经进入了计算机控制 为主的时代 . 数字化自动化的具体表现有：打标过程实时监控和打标工件运行过程的监控 (如对钢管在生产线上的监控 )；自动扫描、自动定位和跟踪检测技术在打标机系统中的应用；能够实时地、自动地修改和处理仟意复杂的图形和字符 . 多功能、集成化  在现代生产环境下，打标机不仅要能够进行单一形式的打标，还要实现功能多样化 标机既要能够打印标准字库中的字符，还要能够打印用户自行设计的字符图样，并且还能够在一定程度上对点阵字符的打印轨迹进行优化 样做电机的无效行程就较多 ，效率很低 么将获得较高的打印效率  结构简单化、操作界面人性化  随着打标机集成化的提高，很多功能将集中在少数儿个模块中实现，气动打标机的结构也就相对变得越来越简单 时也体现在软件方面，窗口式的操作程序、触摸屏等技术使打标机的各种操作更清楚、更容易掌握，这买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 也是当前气动打标机技术发展的一个方向 对当前中国庞大的市场，各大打标机生产企业也紧紧抓住操作界面中文化这一课题，致力于开发符合国人操作习惯的操作界面 . 2 基于 口的气动打标机  传统的工业标记打印效率低、不美观、稳定性差、废品率高。气动、电动相结合的方式结构简单、成本低、速度快、可控性好 前围绕在计算机周围的各式各样的连接线将有所改观，取而代之的是各种 时，通过集线器或交换机扩展总线功能使普通用户能够非常方便地添加更多外设，无传统接口的计算机目前己成为现实 4。 针对不同的打印对象可以选择不同类型的气动打标机，且各种打标机的控制原理和方法各不相同，为此本文提出了一种基于 结构，整套控制系统包括硬件控制系统和控制软件。  下面首先对控制器进行总体设计，得出控制器的系统结构，并分别对控制器中的关键部分 单片机和 行设计。对本系统中 后对通信模块、核心控制电路、电磁阀驱动电路、步进电机驱动电路和外部信号管理模块电路进行设计。  案设计与系统工作原 理  统工作原理分析  用户输入要打印标记，系统根据所要标记的图形或文字的轮廓，经过主机中的打标控制软件处理，生成操作与画线指令，由主机的 和 经过 成步进电机的控制脉冲信号。发送控制信号到步进电机驱动器和高压气源电磁阀，受指令控制的步进电机驱动器驱动步进电机带动打印头在平面上按所标记的轮廓运动，驱动电磁阀标记轮廓的过程中作高频开关动作，从而实现了打印头在压缩空气作用下的高频冲击运动，在工件上打印出标记。另外，步进电机反过来将其位置及状态信息传给  通过单片机反馈回打印控制系统，由打标控制系统进行综合，进而形成新的标记指令。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 统方案的确定  通过对系统各个部分的分析 ，最后，我们确定了一个整体的设计方案，即：该系统由打标机控制器、打标机控制软件构成。  打标机控制器，采用单片机与 要负责将上位机的指令转化为步进电机的控制脉冲以驱动电机和电磁阀，并将步进电机的状态信息反馈给上位机，选择  打标机控制软件，主要实现打印机的系统设置，各种标记处理，打印显示，数据保存、通信，误差补偿、校正，外部数据接口等功能，在 6。 0环境下开发。  下图是系统设计的总体框图。  图 图   打标机控制器设计  打标机的控制器的性能的优劣直接影响打印质量，口前控制器核心主要由单片机实现，通过单片机收发打印指令、指令运算、生成步进脉冲，单片机的工作是相当繁重的，这样如果需要使打印速度与精度达到较高的水平，则需要一个性能较高的单片机芯片，并且单片机的程序的复杂度也同样需要提高，这将使系统的开发成本大大增加。近几年，多领域的电子设计都采用单片机与 单片机的程序代码是顺序执行的，或者说是串行执行，而 用 使单片机的处理仟务变得简单，选择低端产品就可以满足仟务要求，这样既提高了系统的运行速度，又降低了系统的设计成本，所以控制器选用单片机与 5。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 口的气动打标机的系统功能  根据总体方案设计，对待开发的气动打标机归纳出如下功能：  参数管理功能  实现系统参数的设置、保存、调用等。管理的参数有图形显示参数、刻印参数、打印方式等参数。  加工控制功能  具有自动加工、手动连续或暂停 /继续加工、手动设置刻印针头的参考点、急停等功能。系统根据加 工控制指令和所设置的参数，进行插补计算，发送控制信号到步进电机驱动器和高压气源电磁阀，控制打印标记。   通过 现上位机和单片机和 方面将插补量和控制信息传递给单片机和 一方面打标机状态信息和加工信息传至上位机。  打印演示功能  图形化可视界面，显示和打印具有相同效果，在打印的同时演示打印路线。  图形管理功能  按照用户要求，对所打印的气动打标机运动轨迹图形进行编辑操作，如字体变换等。此外可进行放大、缩小、旋转、移动和还原等图形变换操作。  3 打标机控制 器及硬件设计  制器总体设计  控制器是标记打印机系统的硬件核心部分。它的主要功能是处理主机通过 向步进电机，控制打印针在 X、 时，控制器控制电磁阀，使打印针头作高频微冲击运动；将步进电机的位置和状态信息形成指令，再通过  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 上位机的数据通过 过 其转换为 果该数据是画线指令或操作指令，发送该指令给 果该数据是复位、停止的中断信号，则直接处理中断，并将处理的结 果反馈给上位机。按钮指令包括复位和急停，由单片机直接处理。  总结得出， 片机主要完成与 断处理和 进方向和电磁阀控制等工作，其系统结构如图  图 of 口芯片  通用串行总线 具有即插即用、传输速度快、通用性强、易扩展等优点。 一般 件编程、驱动程序开发等，这对很多开发者来说是既烦琐又不是必须掌握的。采用 以无需改变现存系统固件，也无需编写驱动程序，只要具备一定的计算机应用程序的知识，就可以轻松开发出  源管理器、 48。 0规范下的全速物理接口。内含两个双数据缓冲区，一个是 576字节接收缓冲区，另一个是 640字节发送缓冲区，它们均用于 供六个控制脚 (纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 据载波检测、 6 与同类产品相比， 7：  具有较小的封装。 8脚 在 0%左右。  高集成度。片内集成 512字节 于存储厂家 ，片内集成收发器、无需外部电阻；片内集成时钟，无需外部晶体。  低成本，可实现 大多数竞争者的 拉电阻、晶振和 有竞争力的器件价格，简化的外围电路，无成本驱动支持使得  具有低功耗、高速度的特性，符合 0规范，适合于所有的 波特率为 300921。 6工业级温度范围为  85。  使用 以很容易地将 路板接到上位机的 统会提示发现新硬件，并要求安装驱动程序。双击从 照提示完成安装。安装完成以后，在系统设备管理器的“端口”里看见了“ SB ，即 可以对这个串口进行操作。  采用 线枚举、数据收发与转换等全部由芯片自动完成。  片机设计  由于 本系统的主要指令处理及步进脉冲形成由 以单片机的处理能力要求不高，故我们选择美国 7。 性能的 位单片机，兼容标准 供许多高性价比的应用场合。每片 够满足系统的串行通信要求。在出厂时已处于擦除状态，用户随时可对其进行编程，编程接口可接收高电压 (+12V)或低电压 (允许编 程信号。低电压编程模式给用户提供在线编程的条件，方便用户编程和调试；高电压编程模式可买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 以与通用的  本系统中，单片机所实现的功能较简单。程序首先进行单片机的初始化工作，接着程序进入到查询接口的循环中，当有数据到达时，程序对数据进行判断，如果该数据是画线指令或操作指令，发送该指令给 果该数据是复位、停止的中断信号，则直接处理中断，并将处理的结果反馈给上位机。本系统单片机的程序设计流程图  CM 单片 机 过 无需拆开设备。其次 052指令集完全兼容，它包含 64 表明  m 点在  线上方的  0，表明  m 点在  线下方的 m 处。从坐标原点出发，当    0时，应沿  + 一步后新的坐标值为：  =            (=                   (=               (当  F m<0 时，应向  +Y 方向进给一步，走一步后新的坐标值为：  =                   (=            (= e           (其它三个象限的计算方法，可以用相同的原理获得。总之，插补计算过程就是：  偏差判别，坐标进给，偏差计算，终点判别 。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 降频控制  步进电机有一技术参数是空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使打标机高速打印，脉冲频率应该有加速过程，即采用升降频控制。升降频控制方法很多，如线形升降频、 数曲线升降频等。因 文采用线性升降频 8。  在线性速度变化下，可以将一段直线运动分解为加速、匀速和减速三段。加、减速步数在程序中重新计算后赋值。加速步数为总步数的一半 ，取整数。减速步数为总步数减去加速步数。最高频率也要根据计算后的加速步数通过计算重新赋值。  加速方程是： f(t) =  知启动频率 般大于突跳频率 )和加速度 a(在加减速过程中保持不变 )，可对直线进行离散，求出对应的频率与时间间隔，转化成定时常数及脉冲数。将定时常数按升序排成一个表，按顺序方式查表得的数值作为软件定时器 0的计数初值，就可以实现升速控制。反之则实现降速控制。因步进电机的电磁转矩和转速是非线性关系，因而加速度与频率也不是绝对的线性关系。所以它不能使步进电机在最短的时间内升到最 高的频率，且保证力矩最大，适用于要求不太高的场合。  4 硬件电路设计  整个硬件设计的原理图和 9910。  信电路  实现 方面从主机接收 一方面可从 如图 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 图 心控制电 路  单片机与 成控制器的各种控制功能， 如图  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 CM 磁阀驱动电路  控制电磁阀工作主要考虑的是抗干扰设计，采用光电隔离控制。同时，在电磁阀两端并接续流二极管，消除开关继电器线圈时产生的反电动势干扰，如图  进电机驱动电路  对于输出给步进电机驱动器的方向和脉冲信号，则主要考虑的是驱动能力，电路如图 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 图 4反向施密特触发器，使用 74一方面是用来对输出信号进行波形整形，对干扰信号有一定的抑制作用。  部信号管理电路  控制器接收的外部信号有打印启动、急停、原点限位信号。它们都是由开关产生的简单的脉冲信号或电平信号。在外部其电路图如下：  图 于外部开关触点核心部件为弹性金属片，因此不可避免的 存在抖动，采用光电隔离买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 控制。  5 打标机控制软件设计  打标机控制系统是由软件和硬件组成的，逻辑上是一致的。所以一个系统功能的强弱。同一般的计算机系统的硬件和软件在不但取决于系统的硬件，也取决于系统的软件。  件总体设计  本章对气动打标机控制软件进行设计，首先根据软件需求进行总体设计，介绍了制软件的开发平台 ，然后分别对主要模块包括显示编辑模块、记录查询模块、数据通信模块进行设计。  件功能需求分析  根据用户的实际需要，打标机系统控制软件应该满足以下主要功能：  显示编辑：用户可以根据需要 在操作界面上输入想要打印的字符或者图形，也可以对自定义的字符图形进行编辑。  参数设置：对打印参数进行设置。  通信：根据制定的通信协议，实现控制软件和控制器之间的通信，从而