基于嵌入式的网络激光标刻控制技术研究

发布时间：2017-10-29 10:28

  本文关键词：基于嵌入式的网络激光标刻控制技术研究

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【摘要】：激光标刻技术已经普遍应用于工业生产的各个领域,传统激光标刻设备一般由工控机、控制板卡、上位机控制软件、激光发生器及振镜头等部分组成,其集成性较低且网络数据通讯困难、易受病毒攻击以及工作准备过程复杂,已越来越不适应现代工业生产中多粉尘、多电磁干扰的多工位生产环境的要求。鉴于此,本文提出一种基于集成多模块嵌入式系统的网络化解决方案,本方案通过数据传输模式的改变,实现整个激光标刻生产控制模式的改变,从而使激光标刻脱离工控机、操作系统及标刻控制软件。本方案以STM32CPU与RTL8019AS芯片构建的嵌入式以太网实现数据的接收与发送,并通过激光器控制模块及激光运动控制模块实现系统核心标刻功能;再者,本文还深入研究了激光的产生及控制机理、激光高速振镜控制机理以及激光标刻控制算法,并在深入理论研究的基础上实现了系统的软、硬件设计;另外,根据系统设计方案及综合标刻实验,本文还探索分析了网络激光标刻性能的影响因素及其相应性能演变机理,并建立了激光标刻性能评估初级模型。经标刻实验及企业中试表明,本研究有效实现了系统集成及网络化激光标刻,为大规模集群化部署的激光加工生产控制提供了一种新型解决方案,同时也为工业4.0先进生产控制理念的实现提供了理论及技术基础。
【关键词】：网络激光标刻 嵌入式以太网 激光高速振镜 激光标刻性能 性能演变
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 本文的研究背景及研究意义9-11
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 国内外激光技术研究动态及发展趋势分析11-13
• 1.2.1 国外激光技术研究及发展动态分析11-13
• 1.2.2 国内激光技术研究动态分析13
• 1.3 本文的研究内容13-15
• 1.3.1 研究内容概述13-14
• 1.3.2 各章节安排14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 2 控制系统设计理论分析16-24
• 2.1 工业现场需求分析16-18
• 2.1.1 硬件需求分析17-18
• 2.1.2 软件需求分析18
• 2.2 控制方案对比分析18-19
• 2.2.1 多方案对比分析18-19
• 2.2.2 本设计方案分析19
• 2.3 激光加工原理19-22
• 2.3.1 激光加工基本原理分析19-21
• 2.3.2 激光标刻基本原理21-22
• 2.4 本章小结22-24
• 3 嵌入式网络激光标刻控制系统硬件设计24-41
• 3.1 系统硬件总体设计24-26
• 3.1.1 系统方案概述24-26
• 3.1.2 硬件总体设计26
• 3.2 基本电路模块设计26-29
• 3.2.1 控制器件的选型26-27
• 3.2.2 电路原理分析27-28
• 3.2.3 扩展存储及实时时钟电路设计28-29
• 3.3 网络通信模块设计29-33
• 3.3.1 MAC工作机理30-31
• 3.3.2 PHY工作机理31
• 3.3.3 模块硬件组成31-33
• 3.4 激光器控制模块设计33-35
• 3.4.1 激光器的选择33
• 3.4.2 模块电路设计33-35
• 3.5 激光运动控制模块设计35-38
• 3.5.1 标刻机理及振镜控制模型35-36
• 3.5.2 振镜控制电路设计与分析36-38
• 3.6 人机交互模块设计38-39
• 3.7 报警模块设计39-40
• 3.8 本章小结40-41
• 4 嵌入式网络激光标刻控制系统软件设计与机理分析41-53
• 4.1 底层驱动程序设计与分析41-45
• 4.1.1 激光器的驱动程序设计41-42
• 4.1.2 振镜驱动程序设计与控制机理分析42-44
• 4.1.3 驱动程序的实现与信号分析44-45
• 4.2 协议栈的移植45-48
• 4.2.1 TCP/IP协议栈分析45-46
• 4.2.2 协议栈移植与机理46-48
• 4.3 网络激光标刻控制算法设计及算法机理分析48-52
• 4.3.1 网络激光标刻控制分析48-49
• 4.3.2 二值点阵激光标刻机理与实现49-50
• 4.3.3 灰度图激光标刻算法设计与实现50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 系统实验及网络激光标刻性能演变机理53-62
• 5.1 信号频率对标刻性能的影响53-55
• 5.1.1 信号频率的控制及计算方法53
• 5.1.2 实验及分析53-55
• 5.2 P-V双因素对网络激光标刻性能的影响机理分析55-61
• 5.2.1 功率P因素对标刻性能的影响机理分析55-59
• 5.2.2 标刻速度V因素对标刻性能的影响机理分析59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 6 系统抗干扰技术62-67
• 6.1 抗干扰技术概述62
• 6.2 硬件抗干扰技术62-64
• 6.2.1 硬件电路设计上的抗干扰措施62-63
• 6.2.2 印制电路板的抗干扰措施63-64
• 6.3 软件抗干扰措施64-65
• 6.4 抗干扰后控制信号波形65-67
• 7 总结与展望67-70
• 7.1 主要结论67-68
• 7.2 创新点总结68
• 7.3 展望68-70
• 参考文献70-74
• 附录74-77
• 附录Ⅰ本人在攻读硕士学位期间所发表的论文及专利74-75
• 附录Ⅱ本人在攻读硕士学位期间获奖及所参与项目实践情况75-76
• 附录Ⅲ 嵌入式网络激光标刻控制系统硬件电路原理图76-77
• 致谢77

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本文编号：1112623