一种具有ＵＳＢ主从双模式功能的激光三维内雕机制造技术

本发明专利技术涉及一种具有ＵＳＢ主从双模式功能的激光三维内雕机，该内雕机包括ＵＳＢ通讯模块、大容量数据存储模块、扫描振镜控制模块、三维加工机床控制模块、激光器控制模块、人机交互模块和内雕机主控制器，所述的内雕机主控制器分别连接ＵＳＢ通讯模块、大容量数据存储模块、扫描振镜控制模块、三维加工机床控制模块、激光器控制模块和人机交互模块；所述内雕机具有ＵＳＢ主机和ＵＳＢ从机两种工作模式，并能在两种模式之间智能切换，主机模式能直接读取ＵＳＢ移动存储设备，从机模式能通过ＵＳＢ接口与计算机通讯，每种模式均能独立完成雕刻任务。与现有技术相比，本发明专利技术内雕机具有加工稳定，图像清晰，即插即用，操作简便等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光三维内雕机的雕刻控制器，具体涉及一种具有USB主从双模式功 能的激光三维内雕控制器。
技术介绍
目前激光内雕机多采用PC机控制或通过计算机并/串口来实现数据传输，对此类 系统而言，主要存在如下问题(1)加工系统必须配备PC机，不能对目前流行的USB移动存 储设备直接读取；(2)Windows平台的实时性不高，Windows提供的时间函数只能达到毫秒 级，远远不能满足高速实时雕刻的需求；(3)通过PC机并/串行口控制激光雕刻系统只适 用于小批量的单机加工，若要进行大批量的多机同时加工，必须设计单独控制系统来执行 加工程序。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种加工稳定，图像 清晰，即插即用，操作简便的具有USB主从双模式功能的激光三维内雕机。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现一种具有USB主从双模式功能的激 光三维内雕机，其特征在于，该内雕机包括USB通讯模块、大容量数据存储模块、扫描振镜 控制模块、三维加工机床控制模块、激光器控制模块、人机交互模块和内雕机主控制器，所 述的内雕机主控制器分别连接USB通讯模块、大容量数据存储模块、扫描振镜控制模块、三 维加工机床控制模块、激光器控制模块和人机交互模块。所述的USB通讯模块是由AVR单片机和USB接口芯片构成的全速USB接口，兼容 USB V2.0, USB接口芯片和AVR单片机之间具有独立的8位数据总线，USB接口芯片的读、 写、片选以及中断输出都由AVR单片机直接控制。所述的内雕机具有USB主机和USB从机两种工作模式，主机模式和从机模式分别 有专用的USB连接插口，所述的内雕机主控制器根据连接插口上USB总线的信号，智能切换 内雕机的工作模式。所述的主机模式能够自动搜索USB存储设备中的加工文件，然后通过按键选择确 定加工文件。所述的大容量数据存储模块为内雕机扩展的大容量的SRAM数据存储器，该存储 器的数据总线和地址总线挂接在AVR单片机的总线上，内雕机主控制器可以对其进行高速 的读写操作，所述的SRAM数据存储器里存储的是从USB通讯模块传输来的加工数据，该加 工数据在SRAM数据存储器中的存储方式是按照块、面、点逐次递进的结构进行存储。所述的扫描振镜控制模块由2路双极性12位精度的D/A转换器和振镜驱动电路 构成，D/A转换器输出的2路模拟电压信号分别控制扫描振镜的X、Y轴实现激光的平面场 扫描，扫描场几何畸变误差采用软件校正。所述的三维加工机床控制模块包括三维加工机床，X、Y、Z三路步进电机及其驱动电路，内雕机主控制器通过驱动X、Y、Z三路步进电机运转带动三维加工机床运动，其中X、 Y轴实现雕刻图像块的定位，Z轴实现雕刻图像层的定位，以此带动内雕机的光学系统实现 大面幅图像的雕刻。所述的人机交互模块由功能按键和LCD显示屏构成，功能按键采用翻页菜单的形 式，内雕机的手动控制通过内雕机主控制器的中断实现，LCD显示屏显示内雕机的工作状态 和功能按键菜单的内容。 所述的内雕机通过USB通讯模块获得加工数据，转存于大容量数据存储模块中， 内雕机主控制器读取大容量数据存储模块并对其数据进行分析运算，通过步进电机驱动三 维运动加工平台到相应加工位置，然后通过D/A转换电路输出控制扫描振镜X、Y轴的模拟 电压，以此控制激光束的运动，使激光束聚焦于加工器件内完成三维内雕刻任务。与现有技术相比，本专利技术采用单片机系统控制内雕机，具有USB-Host和 USB-Device两种工作模式，并能在两种模式之间智能切换。USB-Host模式下激光内雕机 能对USB移动存储设备实现直接读取，改变了传统激光加工设备必须配备PC机的现状。 USB-Device模式采用USB接口实现PC机与激光内雕机的数据传输，克服了传统的基于PC 机控制的激光加工设备实时性不高的问题，USB接口使得系统能够扩展多台内雕机共用一 台PC机控制，实现多机同时加工，系统扩展了大容量的SRAM数据存储器，能够满足大容量 数据存储的需要，实现了激光内雕机在脱机状态下工作。该设备克服了现有技术的缺陷，适 应了目前计算机接口和移动存储技术的发展趋势，提高了设备的兼容性，能适应高速、大数 据量、高精度的加工需求。该设备加工稳定，图像清晰，即插即用，操作简便。本专利技术可以独立的工作于USB主机或从机的任一模式，并且能够在两种模式间智 能切换。USB主机模式的特征在于，当存有加工数据的USB存储设备连接到内雕机时，内雕 机切换到USB主机工作模式，并且自动搜索可用的加工文件，当得到确认后，读取加工文件 转存数据到内雕机的SRAM数据存储器，内雕机接收到开始加工指令后，即对加工数据进行 运算并且转换为控制振镜、三维加工机床以及激光器的控制信号，从而完成雕刻任务；USB 设备模式的特征在于，通过安装于计算机上的图像处理软件，转换文件格式为适合雕刻加 工的数据格式，通过PC机USB接口连接内雕机并且传输加工数据到内雕机的数据存储器， 内雕机主控制器通过对数据存储器中数据的运算，控制加工设备完成雕刻工作。USB菊花链 式的星形总线结构，使得PC机可以同时支持多达127个外设的同时连接，所以本专利技术可实 现大批量的多机同时加工；内雕机扩展的大容量数据存储器，使加工数据存储于下位机，从 而本专利技术又能实现脱机工作；嵌入式USB主机功能的实现，可以改变激光加工设备必须配 置PC机的现状，实现内雕机对USB移动存储设备的直接读取，使内雕机具有更高的可靠性、 实时性和灵活性。附图说明图1为本专利技术结构原理图；图2为本专利技术内雕机USB通讯模块电路图；图3为本专利技术内雕机外扩数据存储模块电路图；图4为本专利技术扫描振镜控制模块和三维机床控制模块电路图；图5为本专利技术人机交互模块电路图6为本专利技术固件程序流程图。 具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术具有USB主从双模式功能的激光三维内雕机具有USB主机和USB从机两种 工作模式。USB 主机模式时内雕机能直接读取USB移动存储设备，如同计算机上的USB接口， 只要把U盘等存储设备连接到内雕机的USB主机模式插口即可，内雕机通过读取USB移动 存储设备中的加工数据完成雕刻任务，此种工作模式，内雕机不需要配置计算机(即PC主 机)；USB从机模式下，内雕机是需要配置计算机的，工作方式就像通过USB连接的打印机， 计算机可以控制并传输加工数据给内雕机。主机和从机两种模式是可以独立工作的，都能 完成雕刻任务。实施例如图1所示，一种具有USB主从双模式功能的激光三维内雕机，该内雕机包括PC 主机模块、USB通讯模块、大容量数据存储模块、扫描振镜控制模块、三维加工机床控制模 块、激光器控制模块、人机交互模块和内雕机主控制器，所述的内雕机主控制器分别连接 USB通讯模块、大容量数据存储模块、扫描振镜控制模块、三维加工机床控制模块、激光器控 制模块和人机交互模块。其中各主要模块通过以下方式实现(I)USB通讯模块，全速USB接口，兼容USB V2. 0，由AVR单片机和USB接口芯片构 成。AVR单片机和USB接口芯片之间具有独立的8位数据总线，USB接口芯片的读、写、片选 控制线以及中断输出由AVR单片机直接控制，可方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有ＵＳＢ主从双模式功能的激光三维内雕机，其特征在于，该内雕机包括ＵＳＢ通讯模块、大容量数据存储模块、扫描振镜控制模块、三维加工机床控制模块、激光器控制模块、人机交互模块和内雕机主控制器，所述的内雕机主控制器分别连接ＵＳＢ通讯模块、大容量数据存储模块、扫描振镜控制模块、三维加工机床控制模块、激光器控制模块和人机交互模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永礼，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]