專利名稱：混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法及刻印機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬產(chǎn)品打標領(lǐng)域，尤其涉及一種混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法以及刻印機。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)中，針對金屬產(chǎn)品的打標方式主要有針刻印技術(shù)和激光刻印技術(shù)。針刻印技術(shù)的工作原理是由針刻印系統(tǒng)內(nèi)的控制器驅(qū)動由多個刻印針頭嵌套的針頭套板在X、Y 二維平面內(nèi)按一定軌跡運動，同時刻印針頭在壓縮空氣作用下做高頻沖擊運動，從而在工件上刻印出有一定深度的標記。激光刻印技術(shù)興起于上世紀90年代，其工作原理是利用 高能激光束(二氧化碳或YAG)瞬間汽化各類材料表面，形成有一定深度和黑度的高精度標識。由于激光刻印技術(shù)的工業(yè)環(huán)境耐受性差，對粉塵、溫度、濕度等極為敏感，因此，至今為止針刻印技術(shù)的應用仍然非常廣泛，它證明了自己在工業(yè)環(huán)境下具有更強的適用性?？逃♂橆^在二維平面內(nèi)的運動是通過將針頭固定在以一個沿X或Y方向運動的皮帶上，再將這樣一個裝置固定在另一個垂直于此方向運動的皮帶上，這樣針頭就可以通過沿兩個相互垂直方向上運動從而遍歷整個二維平面區(qū)域。明顯地，刻印內(nèi)容通常是一些中文字符或者西文字符，點陣不會布滿整個二維平面，且點陣分布是沒有規(guī)律可循的。已有的刻印控制方法是通過步進電機控制皮帶運動，從而帶動針頭沿X或Y方向迂回移動，沿另一方向單向移動遍歷平面的。顯然地，此種刻印控制方法不能依據(jù)刻印內(nèi)容對針頭移動路徑做出自適應選擇，生成的刻印軌跡必然是蛇形刻印軌跡，加長了針頭移動路徑，極大地影響了刻印效率。另一方面，已有的按照全刻印窗口生成蛇形刻印軌跡的刻印控制方法，沒有充分利用步進電機的精確定位特點，針頭沿X或Y方向迂回移動時，沿另一方向單向移動遍歷平面時，整個二維平面只有一個起始點，且沿X或Y方向迂回移動長度為固有最大步數(shù)，累積誤差不可消減，極大地影響了刻印精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種能夠根據(jù)字符矢量和標量特征對刻印軌跡進行自適應規(guī)劃的刻印控制技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法，用于金屬產(chǎn)品的針刻印打標，該刻印控制方法混合字符矢量和標量特征對刻印軌跡進行自適應規(guī)劃，其中，每個字符的點陣分布被分割成數(shù)個點陣連續(xù)塊的組合，每個點陣連續(xù)塊具有一個起始點，沿X或Y方向迂回移動長度根據(jù)該點陣連續(xù)塊的點陣分布情況確定，該方法包括第一步驟，自字符點陣原點起，按照沿Y軸單向，沿X軸迂回方式搜索點陣連續(xù)塊的起始點，若沒有搜索到任何點陣連續(xù)塊的起始點，則結(jié)束該方法；第二步驟，若搜索到點陣連續(xù)塊的起始點，自該點陣連續(xù)塊的起始點，按照沿Y軸單向，沿X軸迂回方式生成蛇形刻印軌跡；第三步驟，在執(zhí)行所生成的蛇形刻印軌跡時，每次沿Y軸單向移動一步后，若X軸所處點不是該點陣連續(xù)塊的邊界點，將該X軸所處點定義為X軸雙向點；第四步驟，對于X軸雙向點，先沿一向移動至該點陣連續(xù)塊的一邊界點，再折回至該X軸雙向點，沿另一向移動至該點陣連續(xù)塊的另一邊界點； 第五步驟，在沿X軸迂回移動時，每次沿Y軸單向移動一步之前，先根據(jù)沿Y軸單向移動一步后的X軸點陣分布,動態(tài)感知下一點陣連續(xù)塊的起始點,將該點坐標保存入下一點陣連續(xù)塊起始點棧；第六步驟，在對本點陣連續(xù)塊生成蛇形刻印軌跡完畢后，若下一點陣連續(xù)塊起始點棧不為空，將下一點陣連續(xù)塊起始點依次出棧，返回第二步驟執(zhí)行；若起始點棧為空，返回至第一步驟執(zhí)行。 在一個實施例中,第五步驟中動態(tài)感知下一點陣連續(xù)塊的起始點包括根據(jù)沿X軸迂回移動行程[XI，X2]，確定沿Y軸單向移動一步后的X軸感知行程[X2，XI]，其中若沿X軸最后移動方向為X軸正向，則Xl < X2，若沿X軸最后移動方向為X軸負向，則Xl >= X2 ；以X2為起點，在[X2，X1]范圍內(nèi)，感知下一點陣連續(xù)塊的起始點，如果沒有感知到任何下一點陣連續(xù)塊的起始點，則結(jié)束；感知到一個下一點陣連續(xù)塊的起始點,將該點坐標保存入下一點陣連續(xù)塊起始點棧，之后結(jié)束。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種混合字符矢量和標量特征的刻印機，包括刻印針頭控制模塊和字符解析軌跡生成模塊，其中字符解析軌跡生成模塊按照上述的方法生成刻印軌跡，刻印針頭控制模塊控制刻印針頭執(zhí)行所述刻印軌跡； 刻印針頭控制模塊包括從控MCU、EMI濾波模塊、兩相四線步進電機驅(qū)動、高速固態(tài)繼電器、氣動電磁閥、定位傳感器、RS232通訊模塊、I/O通訊模塊；字符解析軌跡生成模塊包括基于WinCE6監(jiān)控軟件、主控MCU、RS232通訊模塊；字符解析生成軌跡模塊通過運行于主控MCU上的基于WinCE6監(jiān)控軟件解析刻印內(nèi)容形成針頭移動軌跡和控制刻印過程，通過RS232通訊模塊與RS232通訊模塊連接，從控MCU模塊接收刻印指令和刻印軌跡，直接控制兩相四線步進電機驅(qū)動模塊，驅(qū)動二維平面上X方向和Y方向上的皮帶帶動針頭移動，通過控制高速固態(tài)繼電器，從而控制氣動電磁閥，EMI濾波模塊特別作用于兩相四線步進電機驅(qū)動模塊、高速固態(tài)繼電器和定位傳感器，進行雜波濾除，防止信號串擾。本發(fā)明的混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法和刻印機能夠有效提高針式亥IJ印系統(tǒng)對金屬產(chǎn)品打標的刻印效率和刻印精度。


圖I揭示了刻印窗口的二維平面示意圖。圖2揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法的流程圖。圖3揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法中動態(tài)感知下一點陣連續(xù)塊起始點的實現(xiàn)流程圖。
圖4揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的混合字符矢量和標量特征的刻印機的結(jié)構(gòu)框圖。圖5揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例進行字符M的刻印過程。圖6揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例進行字符A的刻印過程。
具體實施例方式雖然相對于激光刻印技術(shù)而言，針刻印技術(shù)證明了自己在工業(yè)環(huán)境下具有更強的適用性，但是刻印效率和刻印精度一直是制約針刻印技術(shù)擴大應用范圍的主要因素。已有的刻印控制方法不能依據(jù)刻印內(nèi)容對針頭移動路徑做出自適應選擇，按照現(xiàn)有技術(shù)生成的刻印軌跡是蛇形刻印軌跡，加長了針頭移動路徑，造成刻印效率低下，過長的刻印軌跡也造成了刻印精度的下降。本發(fā)明旨在提出一種刻印技術(shù)，能夠依據(jù)刻印內(nèi)容、 混合字符的矢量和標量特征對針頭移動路徑進行自適應規(guī)劃。為了充分利用步進電機的精確定位特點，解決已有的按照全刻印窗口生成蛇形刻印軌跡的刻印控制方法，針頭沿X或Y方向迂回移動時，沿另一方向單向移動遍歷平面時，整個二維平面只有一個起始點，且沿X或Y方向迂回移動長度為固有最大步數(shù)，累積誤差不可消減。在本發(fā)明的刻印控制方法中，將每個字符的點陣分布視為若干個點陣連續(xù)塊的組合，每個點陣連續(xù)塊都有一個起始點，且沿X或Y方向迂回移動長度根據(jù)該點陣連續(xù)塊的點陣分布情況而定，絕大多數(shù)情況都小于固有最大步數(shù)，累積誤差得到了有效控制。本發(fā)明提出一種混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法，適用于金屬產(chǎn)品打標領(lǐng)域。本發(fā)明的刻印方法能夠依據(jù)刻印內(nèi)容、混合字符的矢量和標量特征對針頭移動路徑進行自適應規(guī)劃。圖I揭示了刻印窗口的二維平面示意圖。如圖I所示，刻印窗口 101中包含了 2個字符102。本發(fā)明的刻印方法根據(jù)刻印窗口 101的各個字符102、混合字符矢量和標量特征對刻印軌跡進行自適應規(guī)劃。字符的矢量特征是指每個字符的點陣分布，總是若干個點陣連續(xù)塊的組合，每個點陣連續(xù)塊生成一段刻印軌跡，每段刻印軌跡首尾相連組成字符的刻印軌跡。從而確保一段刻印軌跡上的某一點，相對于前一點總是只需在X軸移動一步，或者在Y軸移動一步。字符的標量特征是指對于每個點陣連續(xù)塊，總是遵循沿Y軸單向，沿X軸迂回的方式生成刻印軌跡。圖2揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法的流程圖。對于刻印窗口 101的各個字符102，本發(fā)明執(zhí)行下述的步驟S201.開始。S202.自字符點陣原點起，按照沿Y軸單向，沿X軸迂回方式搜索點陣連續(xù)塊的起始點。S203.若沒有搜索任何點陣連續(xù)塊的起始點，則該方法結(jié)束。S204.若搜索到點陣連續(xù)塊的起始點，自該點陣連續(xù)塊的起始點，按照沿Y軸單向，沿X軸迂回方式生成蛇形刻印軌跡。S205.在執(zhí)行步驟S204所確定的刻印軌跡時，沿Y軸單向移動一步后，若X軸所處點不是該點陣連續(xù)塊的邊界點，將該X軸所處點定義為X軸雙向點。
S206.對于X軸雙向點，先沿一向移動至該點陣連續(xù)塊的一邊界點，再折回至X軸雙向點，沿另一向移動至該點陣連續(xù)塊的另一邊界點。S207.在沿X軸迂回移動完畢后，沿Y軸單向移動一步之前，根據(jù)沿Y軸單向移動一步后的X軸點陣分布,動態(tài)感知下一點陣連續(xù)塊的起始點，將該點坐標保存入下一點陣連續(xù)塊起始點棧。參考圖3所示,在一個實施例中,動態(tài)感知下一點陣連續(xù)塊起始點的過程實現(xiàn)如下S301.開始。S302.根據(jù)沿X軸迂回移動行程[X1，X2]，確定沿Y軸單向移動一步后的X軸感知行程[X2，X1]，其中若沿X軸最后移動方向為X軸正向，則Xl <X2 ;若沿X軸最 后移動方向為X軸負向，則Xl >= X2。S303.以X2為起點，在[X2，XI]范圍內(nèi)，感知下一點陣連續(xù)塊的起始點。S304.沒有感知到任何下一點陣連續(xù)塊的起始點，該過程結(jié)束。S305.感知到一個下一點陣連續(xù)塊的起始點,將該點坐標保存入下一點陣連續(xù)塊起始點棧，該過程結(jié)束。S208.在對本點陣連續(xù)塊生成蛇形刻印軌跡完畢后，若下一點陣連續(xù)塊起始點棧不為空，將下一點陣連續(xù)塊起始點依次出棧，返回至步驟S204執(zhí)行。S209.若棧為空，返回至步驟S202執(zhí)行。作為刻印效率的對比，將步進電機轉(zhuǎn)速設為固定值，在63mmX38mm的刻印窗口范圍內(nèi)，刻印7個10X16點陣字符“8”，刻印1000次。若采用按照傳統(tǒng)的全刻印窗口生成蛇形刻印軌跡的刻印控制方法，刻印效率為12秒/字。若采用本發(fā)明的混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法，刻印效率為9秒/字。參考圖4所示，本發(fā)明還揭示了一種混合字符矢量和標量特征的刻印機。該刻印機能夠?qū)崿F(xiàn)上述的刻印方法。參考圖4所示，該刻印機是一種采用主從控制結(jié)構(gòu)的針式氣動刻印機，包括刻印針頭控制模塊401和字符解析軌跡生成模塊402。其中字符解析軌跡生成模塊402按照上述的方法生成刻印軌跡，刻印針頭控制模塊401控制刻印針頭執(zhí)行該刻印軌跡?？逃♂橆^控制模塊401包括從控MCU 41UEMI濾波模塊412、兩相四線步進電機驅(qū)動413、高速固態(tài)繼電器H-SSR 414、氣動電磁閥415、定位傳感器416、RS232通訊模塊417和I/O通訊模塊418。字符解析軌跡生成模塊402包括基于WinCE6監(jiān)控軟件421、主控MCU422和RS232通訊模塊423。字符解析生成軌跡模塊402通過運行于主控MCU 422上的基于WinCE6監(jiān)控軟件421解析刻印內(nèi)容形成針頭移動軌跡和控制刻印過程，通過RS232通訊模塊423與RS232通訊模塊417連接，從控MCU模塊416接收刻印指令和刻印軌跡，直接控制兩相四線步進電機驅(qū)動模塊413，驅(qū)動二維平面上X方向和Y方向上的皮帶帶動針頭移動，通過控制高速固態(tài)繼電器414，從而控制氣動電磁閥415，EMI濾波模塊412特別作用于兩相四線步進電機驅(qū)動模塊413、高速固態(tài)繼電器414和定位傳感器416，進行雜波濾除，防止信號串擾，保證刻印精度。具體的刻印軌跡的產(chǎn)生過程與前述的刻印控制方法相一致。具體而言，混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法在主控MCU 422中實現(xiàn)。
回到圖1，刻印窗口 101中包含了 2個字符102 :“M”和“A”。對于刻印窗口 101的
各個字符102，混合字符矢量和標量特征自適應生成刻印軌跡。圖5揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例進行字符M的刻印過程。參考圖5所示，自“M”字符點陣原點501起，搜索到點陣連續(xù)塊的起始點501。自該點陣連續(xù)塊起始點501起，按沿X軸迂回移動，沿Y軸單向移動的原則，生成蛇形刻印軌跡。在此過程中，動態(tài)感知到下一點陣連續(xù)塊的起始點502，保存進下一點陣連續(xù)塊起始點棧。判斷下一點陣連續(xù)塊起始點棧不為空，將下一點陣連續(xù)塊的起始點502出棧。自該點陣連續(xù)塊起始點502起，按沿X軸迂回移動，沿Y軸單向移動的原則，生成蛇形刻印軌跡。判斷下一點陣連續(xù)塊起始點棧為空，自字符點陣原點501起，搜索到點陣連續(xù)塊的起始點503。自該點陣連續(xù)塊起始點503起，按沿X軸迂回移動，沿Y軸單向移動的原則，生成蛇形刻印軌跡。判斷下一點陣連續(xù)塊起始點棧為空，自字符點陣原點501起，搜索不到點陣連續(xù)塊起始點，結(jié)束。圖6揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例進行字符A的刻印過程。參考圖6所示，自“A”字符點陣原點601起，搜索到點陣連續(xù)塊的起始點602。自該點陣連續(xù)塊起始點602起，按 沿X軸迂回移動，沿Y軸單向移動的原則，生成蛇形刻印軌跡。在此過程中，判斷點603為X軸雙向點。對X軸雙向點603，先沿一向移動至該點陣連續(xù)塊的一邊界點604，再折回至X軸雙向點603，沿另一向移動至該點陣連續(xù)塊的另一邊界點605。動態(tài)感知到下一點陣連續(xù)塊的起始點606,保存進下一點陣連續(xù)塊起始點棧。動態(tài)感知到下一點陣連續(xù)塊的起始點607，保存進下一點陣連續(xù)塊起始點棧。判斷下一點陣連續(xù)塊起始點棧不為空，將下一點陣連續(xù)塊的起始點606出棧。自點陣連續(xù)塊起始點606起，按沿X軸迂回移動，沿Y軸單向移動的原則，生成蛇形刻印軌跡。判斷下一點陣連續(xù)塊起始點棧不為空，將下一點陣連續(xù)塊的起始點607出棧。自點陣連續(xù)塊起始點607起，按沿X軸迂回移動，沿Y軸單向移動的原貝U，生成蛇形刻印軌跡。判斷下一點陣連續(xù)塊起始點棧為空，自字符點陣原點601起，搜索不到點陣連續(xù)塊起始點，結(jié)束。本發(fā)明的混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法和刻印機能夠有效提高針式亥IJ印系統(tǒng)對金屬產(chǎn)品打標的刻印效率和刻印精度。
權(quán)利要求
1.ー種混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法，用于金屬產(chǎn)品的針刻印打標，其特征在于，所述刻印控制方法混合字符矢量和標量特征對刻印軌跡進行自適應規(guī)劃，其中，每個字符的點陣分布被分割成數(shù)個點陣連續(xù)塊的組合，每個點陣連續(xù)塊具有一個起始點，沿X或Y方向迂回移動長度根據(jù)該點陣連續(xù)塊的點陣分布情況確定，該方法包括 第一步驟，自字符點陣原點起，按照沿Y軸單向，沿X軸迂回方式捜索點陣連續(xù)塊的起始點，若沒有搜索到任何點陣連續(xù)塊的起始點，則結(jié)束該方法； 第二步驟，若搜索到點陣連續(xù)塊的起始點，自該點陣連續(xù)塊的起始點，按照沿Y軸單向，沿X軸迂回方式生成蛇形刻印軌跡； 第三步驟，在執(zhí)行所生成的蛇形刻印軌跡時，毎次沿Y軸單向移動ー步后，若X軸所處點不是該點陣連續(xù)塊的邊界點，將該X軸所處點定義為X軸雙向點； 第四步驟，對于X軸雙向點，先沿一向移動至該點陣連續(xù)塊的ー邊界點，再折回至該X軸雙向點，沿另一向移動至該點陣連續(xù)塊的另一邊界點； 第五步驟，在沿X軸迂回移動時，毎次沿Y軸單向移動ー步之前，先根據(jù)沿Y軸單向移動ー步后的X軸點陣分布，動態(tài)感知下一點陣連續(xù)塊的起始點，將該點坐標保存入下一點陣連續(xù)塊起始點棧； 第六步驟，在對本點陣連續(xù)塊生成蛇形刻印軌跡完畢后，若下一點陣連續(xù)塊起始點棧不為空，將下一點陣連續(xù)塊起始點依次出棧，返回第二步驟執(zhí)行；若起始點棧為空，返回至第一步驟執(zhí)行。
2.如權(quán)利要求I所述的混合字符矢量和標量特征的刻印控制方法，其特征在于，所述第五步驟中動態(tài)感知下一點陣連續(xù)塊的起始點包括 根據(jù)沿X軸迂回移動行程[XI，X2]，確定沿Y軸單向移動ー步后的X軸感知行程[X2，XI]，其中若沿X軸最后移動方向為X軸正向，則Xl < X2，若沿X軸最后移動方向為X軸負向，則 Xl >= X2 ； 以X2為起點，在[X2，X1]范圍內(nèi)，感知下一點陣連續(xù)塊的起始點，如果沒有感知到任何下一點陣連續(xù)塊的起始點，則結(jié)束； 感知到ー個下一點陣連續(xù)塊的起始點，將該點坐標保存入下一點陣連續(xù)塊起始點棧，之后結(jié)束。
3.ー種混合字符矢量和標量特征的刻印機，其特征在于，包括 刻印針頭控制模塊和字符解析軌跡生成模塊，其中所述字符解析軌跡生成模塊按照權(quán)利要求I或2所述的方法生成刻印軌跡，刻印針頭控制模塊控制刻印針頭執(zhí)行所述刻印軌跡； 所述刻印針頭控制模塊包括從控MCU、EMI濾波模塊、兩相四線步進電機驅(qū)動、高速固態(tài)繼電器、氣動電磁閥、定位傳感器、RS232通訊模塊、I/O通訊模塊； 所述字符解析軌跡生成模塊包括基于WinCE6監(jiān)控軟件、主控MCU、RS232通訊模塊；字符解析生成軌跡模塊通過運行于主控MCU上的基于WinCE6監(jiān)控軟件解析刻印內(nèi)容形成針頭移動軌跡和控制刻印過程，通過RS232通訊模塊與RS232通訊模塊連接，從控MCU模塊接收刻印指令和刻印軌跡，直接控制兩相四線步進電機驅(qū)動模塊，驅(qū)動ニ維平面上X方向和Y方向上的皮帶帶動針頭移動，通過控制高速固態(tài)繼電器，從而控制氣動電磁閥，EMI濾波模塊特別作用于兩相四線步進電機驅(qū)動模塊、高速固態(tài)繼電器和定位傳感器，進行雜波濾除，防止 信號串擾。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種混合字符矢量和標量特征刻印控制方法及刻印機，適用于金屬產(chǎn)品打標領(lǐng)域。該刻印方法能夠依據(jù)刻印內(nèi)容，混合字符的矢量和標量特征，對刻印軌跡進行自適應規(guī)劃。解決了現(xiàn)有的刻印控制方法不能依據(jù)刻印內(nèi)容對針頭移動路徑做出自適應選擇，造成生成的刻印軌跡是蛇形刻印軌跡，針頭移動路徑長的缺陷，能夠有效提高刻印效率。本發(fā)明的刻印方法將每個字符的點陣分布視為若干個點陣連續(xù)塊的組合，能夠有效控制累積誤差，提高刻印精度。
文檔編號B41J3/413GK102689521SQ2011100742
公開日2012年9月26日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者劉亮, 周媛, 曾敬, 許煜, 趙文浩, 聞?chuàng)P 申請人:上海寶信軟件股份有限公司