四轴坐标记录仪的设计

杨 帆，马新文，张 皓，陈政文

(1.武汉工程大学电气信息学院,湖北 武汉 430074；2.湖北省智能机器人重点实验室, 湖北 武汉 430074)

0 引 言

激光银浆蚀刻机主要用于手机ITO膜雕刻中，目前常用的一种做法是点位运动控制加打标方法实现[1-2].在获取雕刻银浆精确尺寸时通常采用双目视觉标定，每一次标定需要输入银浆膜印刷标记位置信息，且印刷标记位对应的原点与光学透镜的原点重合，依据印刷标记位置计算各印刷标记相对于光学透镜的原点的位移量和旋转量[3-5]，根据印刷标记的位移量和旋转量调整所述光学振镜的镜片旋转角度以及下一工作单元的移动坐标，这个过程相当复杂，每次标定一般需要30分钟.如果更换新尺寸的手机ITO膜，又需重新进行一次视觉标定[6-8].为此,本文设计制作了一个四轴坐标记录仪，在每个CCD相机的摄像头的滑杆上加上两条磁条和两个读磁头，配合上位机软件，直接输入新膜对角尺寸，移动CCD相机获取新坐标，即可得到新的标定.这样每更换一次新手机膜所做的新的标定只需3 min就可以完成了，大大地提高工作生产效率.

1 四轴坐标记录仪系统设计

两个CCD相机A、B输出的四组脉冲信号通过正交解码脉冲记数处理电路进行位移、角度测量，用MSP430F149单片机进行通信处理，采用液晶显示器和按键来输入磁栅脉冲的距离值以及相关参数，FM31256-G存储器实现断电保存各种坐标值，再MAX485接口实现单片机与PC机之间的通信.这样的一个坐标记录仪系统的设计能够通过对CCD相机的磁栅信号进行采集处理来实现快速坐标标定的功能，系统整体结构如图1所示.

图1 系统整体结构Fig.1 Overall structure of the system

1.1 正交信号处理电路

HCTL-2032能接受两路正交编码脉冲[9]，所以在本设计中采用两个HCTL-2032芯片接收A、B两个CCD相机的四路脉冲信号，HCTL-2032可以对A、B相机的磁栅读头传来的四组正交信号进行采集，更新，保存来记录标定前后的坐标值，这样不仅使电路设计简单且提高了测量精度和处理数据的速度.

1.2 MAX485通信电路

低功耗收发器MAX485作为系统与上位机通信的接口芯片[10-11]，利用RS-485标准电平的优势，实现PC机和单片机之间的串行长距离可靠通信.通信电路连接图如图2所示，MAX485的-RE引脚与DE引脚连接在一起，通过MSP430F149的P3.3端口可以直接控制收发模式；A、B引脚为通信端口，与PC机相连实现数据传输记录；RO、DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，它们分别与MSP430F149的串行通信接口1的RXD和TXD相连.

图2 MAX485通信电路图Fig.2 MAX485communication circuit diagram

1.3 ROM FM31256-G 电路

FM31256是一种具有总线I2C的铁电存储器，它外置锂电池，当系统掉电后，FM31256开始正常运行及存储各种数据.它与单片机连接电路图如下图3所示.

图3 FM31256-G的电路连接图Fig.3 FM31256-G circuit connection diagram

FM31256的SDA、SCL脚分别连接与单片机的P3.7、P3.8相连，使用3.3 V电源供电.这种铁电存储器与单片机的相结合，能充分发挥其强大的掉电存储功能，同时也取代了传统的EEPROM、实时时钟芯片.

1.4 SP706RE看门狗电路

出于对系统运行的安全考虑，选择SP706RE芯片作为看门狗和复位芯片，可监测微处理器工作状况及数字系统中的供电及电池的工作情况, 该芯片的看门狗功能可持续对系统的工作状态进行监控，一旦系统运行出现故障，就强制对系统进行硬件复位，进一步提高整个系统的抗干扰能力.它的电路连接图如图4所示，SP706R的-RST、WDI脚分别接到单片机的58、59引脚，该芯片也是采用3.3 V电源实现供电.

图4 SP706RE电路连接图Fig.4 SP706RE circuit connection diagram

2 四轴坐标记录仪软件设计

系统软件工作程序是在IAR EW430环境下采用汇编语言和VC++语言混合编写来实现的，它的软件设计工作流程图如图5所示. 首先是各个芯片的初始化，其次读出ROM内以前保存的四坐标值，经过LCD显示屏显示当前值，接受已给命令，得到新的标定值，接着与PC通信记录四轴数据.

图5 软件设计流程图Fig.5 Software design process

本设计采用单片机MSP430F149的I/O接口实现数据通信,IOD8位I/O端口作为HCTL-2032的控制线，而用IOB端口作为数据传输线，通过设置HCTL-2032的X /Y来选择采集通道，采集两个CCD相机的四组正交信号, 通过移动CCD相机获取新坐标.

3 结 语

本设计是以正交解码脉冲处理电路和单片机通信处理电路为核心的四轴坐标记录仪，它汇聚了国内外同类产品优点,另外解决了市面上的坐标记录仪很少能掉电保存数据、更少具有通讯能力给上位机发送各种记录数据的问题.实物设计图如下图6所示，激光银浆蚀刻机双目视觉标定以后，再更换手机ITO膜的新尺寸，该四轴记录仪重新获取标新的视觉标定数据只需3分钟，这样大大节省了时间，提高工作生产效率.

图6 实物设计图Fig.6 Physical design

致 谢

从课题的选择到最终的完成，实验室的李国平老师给予了大力支持，在这里表示诚挚的谢意！

参考文献：

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