四軸坐標(biāo)記錄儀的設(shè)計

楊 帆，馬新文，張 皓，陳政文

(1.武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院,湖北 武漢 430074；2.湖北省智能機器人重點實驗室, 湖北 武漢 430074)

0 引 言

激光銀漿蝕刻機主要用于手機ITO膜雕刻中，目前常用的一種做法是點位運動控制加打標(biāo)方法實現(xiàn)[1-2].在獲取雕刻銀漿精確尺寸時通常采用雙目視覺標(biāo)定，每一次標(biāo)定需要輸入銀漿膜印刷標(biāo)記位置信息，且印刷標(biāo)記位對應(yīng)的原點與光學(xué)透鏡的原點重合，依據(jù)印刷標(biāo)記位置計算各印刷標(biāo)記相對于光學(xué)透鏡的原點的位移量和旋轉(zhuǎn)量[3-5]，根據(jù)印刷標(biāo)記的位移量和旋轉(zhuǎn)量調(diào)整所述光學(xué)振鏡的鏡片旋轉(zhuǎn)角度以及下一工作單元的移動坐標(biāo)，這個過程相當(dāng)復(fù)雜，每次標(biāo)定一般需要30分鐘.如果更換新尺寸的手機ITO膜，又需重新進(jìn)行一次視覺標(biāo)定[6-8].為此,本文設(shè)計制作了一個四軸坐標(biāo)記錄儀，在每個CCD相機的攝像頭的滑桿上加上兩條磁條和兩個讀磁頭，配合上位機軟件，直接輸入新膜對角尺寸，移動CCD相機獲取新坐標(biāo)，即可得到新的標(biāo)定.這樣每更換一次新手機膜所做的新的標(biāo)定只需3 min就可以完成了，大大地提高工作生產(chǎn)效率.

1 四軸坐標(biāo)記錄儀系統(tǒng)設(shè)計

兩個CCD相機A、B輸出的四組脈沖信號通過正交解碼脈沖記數(shù)處理電路進(jìn)行位移、角度測量，用MSP430F149單片機進(jìn)行通信處理，采用液晶顯示器和按鍵來輸入磁柵脈沖的距離值以及相關(guān)參數(shù)，F(xiàn)M31256-G存儲器實現(xiàn)斷電保存各種坐標(biāo)值，再MAX485接口實現(xiàn)單片機與PC機之間的通信.這樣的一個坐標(biāo)記錄儀系統(tǒng)的設(shè)計能夠通過對CCD相機的磁柵信號進(jìn)行采集處理來實現(xiàn)快速坐標(biāo)標(biāo)定的功能，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of the system

1.1 正交信號處理電路

HCTL-2032能接受兩路正交編碼脈沖[9]，所以在本設(shè)計中采用兩個HCTL-2032芯片接收A、B兩個CCD相機的四路脈沖信號，HCTL-2032可以對A、B相機的磁柵讀頭傳來的四組正交信號進(jìn)行采集，更新，保存來記錄標(biāo)定前后的坐標(biāo)值，這樣不僅使電路設(shè)計簡單且提高了測量精度和處理數(shù)據(jù)的速度.

1.2 MAX485通信電路

低功耗收發(fā)器MAX485作為系統(tǒng)與上位機通信的接口芯片[10-11]，利用RS-485標(biāo)準(zhǔn)電平的優(yōu)勢，實現(xiàn)PC機和單片機之間的串行長距離可靠通信.通信電路連接圖如圖2所示，MAX485的-RE引腳與DE引腳連接在一起，通過MSP430F149的P3.3端口可以直接控制收發(fā)模式；A、B引腳為通信端口，與PC機相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸記錄；RO、DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，它們分別與MSP430F149的串行通信接口1的RXD和TXD相連.

圖2 MAX485通信電路圖Fig.2 MAX485communication circuit diagram

1.3 ROM FM31256-G 電路

FM31256是一種具有總線I2C的鐵電存儲器，它外置鋰電池，當(dāng)系統(tǒng)掉電后，F(xiàn)M31256開始正常運行及存儲各種數(shù)據(jù).它與單片機連接電路圖如下圖3所示.

圖3 FM31256-G的電路連接圖Fig.3 FM31256-G circuit connection diagram

FM31256的SDA、SCL腳分別連接與單片機的P3.7、P3.8相連，使用3.3 V電源供電.這種鐵電存儲器與單片機的相結(jié)合，能充分發(fā)揮其強大的掉電存儲功能，同時也取代了傳統(tǒng)的EEPROM、實時時鐘芯片.

1.4 SP706RE看門狗電路

出于對系統(tǒng)運行的安全考慮，選擇SP706RE芯片作為看門狗和復(fù)位芯片，可監(jiān)測微處理器工作狀況及數(shù)字系統(tǒng)中的供電及電池的工作情況, 該芯片的看門狗功能可持續(xù)對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，一旦系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障，就強制對系統(tǒng)進(jìn)行硬件復(fù)位，進(jìn)一步提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力.它的電路連接圖如圖4所示，SP706R的-RST、WDI腳分別接到單片機的58、59引腳，該芯片也是采用3.3 V電源實現(xiàn)供電.

圖4 SP706RE電路連接圖Fig.4 SP706RE circuit connection diagram

2 四軸坐標(biāo)記錄儀軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件工作程序是在IAR EW430環(huán)境下采用匯編語言和VC++語言混合編寫來實現(xiàn)的，它的軟件設(shè)計工作流程圖如圖5所示. 首先是各個芯片的初始化，其次讀出ROM內(nèi)以前保存的四坐標(biāo)值，經(jīng)過LCD顯示屏顯示當(dāng)前值，接受已給命令，得到新的標(biāo)定值，接著與PC通信記錄四軸數(shù)據(jù).

圖5 軟件設(shè)計流程圖Fig.5 Software design process

本設(shè)計采用單片機MSP430F149的I/O接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,IOD8位I/O端口作為HCTL-2032的控制線，而用IOB端口作為數(shù)據(jù)傳輸線，通過設(shè)置HCTL-2032的X /Y來選擇采集通道，采集兩個CCD相機的四組正交信號, 通過移動CCD相機獲取新坐標(biāo).

3 結(jié) 語

本設(shè)計是以正交解碼脈沖處理電路和單片機通信處理電路為核心的四軸坐標(biāo)記錄儀，它匯聚了國內(nèi)外同類產(chǎn)品優(yōu)點,另外解決了市面上的坐標(biāo)記錄儀很少能掉電保存數(shù)據(jù)、更少具有通訊能力給上位機發(fā)送各種記錄數(shù)據(jù)的問題.實物設(shè)計圖如下圖6所示，激光銀漿蝕刻機雙目視覺標(biāo)定以后，再更換手機ITO膜的新尺寸，該四軸記錄儀重新獲取標(biāo)新的視覺標(biāo)定數(shù)據(jù)只需3分鐘，這樣大大節(jié)省了時間，提高工作生產(chǎn)效率.

圖6 實物設(shè)計圖Fig.6 Physical design

致 謝

從課題的選擇到最終的完成，實驗室的李國平老師給予了大力支持，在這里表示誠摯的謝意！

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