[发明专利]一种具有USB主从双模式功能的激光三维内雕机

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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，本发明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。