对振镜式激光打标控制器的深入研究
关于振镜的那些事
关于打标机中振镜的那些事激光器中的振镜是一种光学元件，它用于控制激光束的方向和位置。
振镜通常是平面镜或反射镜，它们可以被精确地调整以改变激光束的传播方向。
这对于许多应用来说非常重要，包括激光切割、激光打印、激光雷达、光学通信和科学研究等领域。
振镜通常由具有高反射率的镜子制成，以确保激光光束被完全反射，而不是被吸收或散射。
它们可以安装在激光系统中的可调支架上，通过旋转或倾斜振镜来控制激光束的方向。
此外，振镜通常与电机、传感器和控制系统结合使用，以实现精确的位置和方向调整。
在某些情况下，激光系统可能需要多个振镜来实现更复杂的光路控制。
振镜的准确控制对于确保激光系统的性能和稳定性非常重要，因此它们在许多高精度应用中都扮演着关键角色。
振镜的型号和规格多种多样，具体选择取决于应用需求和系统设计。
以下是一些常见的振镜型号和类型：平面振镜(Flat Mirror)：平面振镜是最简单和常见的振镜类型，它们用于改变激光束的传播方向。
它们通常由具有高反射率的光学材料制成，如金属或介质镜片。
扫描振镜(Scanning Mirror)：扫描振镜通常设计成可旋转或倾斜，以扫描激光束在一个平面上的位置。
它们在激光雷达、光学扫描和显微镜等应用中广泛使用。
声光振镜(Acousto-Optic Modulator, AOM)：声光振镜使用声波来改变光的折射角度，从而实现光的偏转或调制。
它们通常用于光学通信、频谱分析和激光调制应用。
电光振镜(Electro-Optic Modulator, EOM)：电光振镜使用电场来改变光的折射性质，允许实时调制光的偏振或强度。
它们在通信、光学成像和科学研究中有广泛应用。
共振振镜(Resonant Mirror)：共振振镜是特殊设计的振镜，其振动频率与激光波长相匹配。
它们用于增强某些光谱测量和光谱学应用。
二维振镜(2D Mirror)：二维振镜可以在水平和垂直方向上移动，允许控制激光束的位置和方向，适用于复杂的激光扫描和定位任务。
振镜式激光标记机
1.1 激光标记系统国内外发展动态激光标记又称激光打标，是利用高能量密度的激光束对目标作用，使目标表面发生物理或化学的变化，从而获得可见图案的标记方式。
高能量的激光束聚焦在材料表面，使材料迅速汽化，形成凹坑。
随着激光束有规律地移动同时控制激光的开断，在材料表面加工形成指定的图案。
激光打标是在激光焊接、激光热处理、激光切割、激光打孔等应用技术之后发展起来的一门激光加工技术，与传统的标记方式（机械刻划、喷墨、腐蚀、电火花、冲压、丝网印刷等）相比，激光打标有以下优点：几乎可以在所有材料上标记、可方便迅速地修改打标内容、速度快、成本低、定位准确、可实现微小标记、标记牢固永久、精美清晰、不接触加工材料、加工后工件表面不产生任何机械形变，可实现生产线在线实时打标（飞行打标）、可在多种形状表面（平面、柱形、球形等）打标、可实现三维打标、无污染。
激光打标技术目前在国内外工业上的应用正被人们逐渐重视，各种新型的打标系统层出不穷，它以其独特的优点正在取代冲压、印刷、化学腐蚀等传统标记方法，在许多行业得到广泛的应用，国际上一些发达国家已将激光打标技术作为工业加工的工艺标准。
我国也非常重视激光打标技术，国家科委将该技术列入了“八五火炬计划”，具有巨大的发展潜力和广阔的市场前景。
近年来，随着激光器的性能和可靠性的提高，加上计算机技术的迅速发展和光学器件的进步，激光打标技术发展非常迅速。
激光标记系统的核心是其控制系统，因此，激光标记系统的发展历程就是其控制系统的发展过程。
从1995年到2003年短短的8年时间，国内激光打标控制系统经历了大幅面时代、转镜时代和振镜时代，控制方式也完成了从软件直接控制到上下位机控制到实时处理、分时复用的一系列演变。
近两年来，振镜式激光标记系统已经成为主流产品。
1. 大幅面时代所谓大幅面，是指将绘图仪的控制部分直接用于激光标记：将绘图笔取下，在X、Y轴基点和原绘图笔的位置上分别安装45°折返镜，在原绘图笔位置下端安装小型聚焦镜，直接用绘图软件输出打印命令即可驱动系统运行。
激光振镜整合方案
激光振鏡整合方案介绍激光振鏡整合方案是一种将激光技术与振鏡技术相结合的创新方案。
通过将激光器和振鏡器件进行整合，可以实现更高效、更精确的激光控制和调节。
本文将从激光振鏡整合方案的原理、应用领域、优势以及发展前景等方面进行深入探讨。
原理激光振鏡整合方案的原理主要涉及两个方面：激光技术和振鏡技术。
激光技术激光技术是一种通过受激辐射产生的高纯度、高亮度、高相干性的光束。
激光器是激光技术的核心设备，它通过激发激光介质中的原子或分子，使其处于激发态，然后通过受激辐射的过程，将能量以激光的形式释放出来。
振鏡技术振鏡技术是一种通过改变光束的传播方向和光束的相位来实现光束控制的技术。
振鏡器件通常由反射镜和位移器件组成，通过改变反射镜的位置或角度，可以实现光束的调节和控制。
激光振鏡整合方案激光振鏡整合方案将激光器和振鏡器件进行整合，实现了激光的精确控制和调节。
通过改变振鏡器件的位置或角度，可以改变激光光束的传播方向和相位，从而实现对激光的调节。
激光振鏡整合方案的核心在于将激光器和振鏡器件进行精确的对准和整合，以确保激光器和振鏡器件之间的光束传输的高效率和高精度。
应用领域激光振鏡整合方案在很多领域都有广泛的应用。
激光加工激光振鏡整合方案可以在激光加工领域中发挥重要作用。
通过对激光光束的控制和调节，可以实现对材料的精确加工和切割。
激光振鏡整合方案可以提高激光加工的效率和精度，同时降低能量损耗和成本。
激光通信激光振鏡整合方案在激光通信领域中也有广泛的应用。
激光通信是一种通过激光光束传输信息的技术，它具有传输速度快、抗干扰能力强等优势。
激光振鏡整合方案可以实现对激光光束的调节和控制，提高激光通信的传输质量和稳定性。
光学成像激光振鏡整合方案在光学成像领域中也有重要应用。
通过对激光光束的控制和调节，可以实现对目标物体的精确成像和测量。
激光振鏡整合方案可以提高光学成像的分辨率和准确性，同时降低成像过程中的光损耗和噪声。
优势激光振鏡整合方案相比传统的激光技术和振鏡技术具有以下优势：1.高效性：激光振鏡整合方案可以实现激光的精确控制和调节，提高激光的利用效率和能量利用率。
振镜的工作原理
振镜的工作原理一、激光打标的发展过程：激光打标机的核心是激光打标控制系统和激光打标头，因此，激光打标机的发展历程就是激光打标控制系统和激光打标头的发展过程。
从1995年起，在激光打标机领域就经历了大幅面时代、转镜时代和振镜时代，控制方式也完成了从软件直接控制到上下位机控制到实时处理、分时复用的一系列演变，如今，半导体激光机、光纤激光机、乃至紫外激光机的出现和发展又对光学过程控制提出了新的挑战——振镜式激光打标头(振镜式扫描系统)是最新产品。
1998年，振镜式扫描系统在中国的大规模应用开始到来。
所谓振镜，又可以称之为电流表计，它的设计思路完全沿袭电流表的设计方法，镜片取代了表针，而探头的信号由计算机控制的-5V —5V或-10V－+10V的直流信号取代，以完成预定的动作。
同转镜式扫描系统相同，这种典型的控制系统采用了一对折返镜，不同的是，驱动这套镜片的步进电机被伺服电机所取代，在这套控制系统中，位置传感器的使用和负反馈回路的设计思路进一步保证了系统的精度，整个系统的扫描速度和重复定位精度达到一个新的水平。
二、激光扫描原理：振镜扫描式打标头主要由XY扫描镜、场镜、振镜及计算机控制的打标软件等构成。
其工作原理是将激光束入射到两反射镜（扫描镜）上，用计算机控制反射镜的反射角度，这两个反射镜可分别沿X、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在打标材料上按所需的要求运动，从而在材料表面上留下永久的标记，聚焦的光斑可以是圆形或矩形.南京波长光电科技有限公司武汉事业部提供的扫描反射镜，具有99.5%以上的反射率，每片的尺寸根据激光光束的大小计算。
相对于两轴扫描镜，一般Y反射镜比X反射镜尺寸更大些，X反射镜是扫描到Y反射镜，而不是直接扫描到物体。
其原理如下图所示在振镜扫描系统中，可以采用矢量图形及文字，这种方法采用了计算机中图形软件对图形的处理方式，具有作图效率高，图形精度好，无失真等特点，极大的提高了激光打标机的质量和速度。
GT系列激光振镜运动控制器(GT-400-SCAN)
GT系列激光振镜运动控制器(GT-400-SCAN)GT-400-SCAN型激光振镜控制器是固高科技开发的新一代的激光振镜控制器，该控制器硬件系统采用PCI总线形式，基于更高主频的DSP处理器和FPGA的架构，能对振镜扫描头和激光进行实时同步精确控制的多功能控制卡。
该控制器提供了更多得到存储空间和更高的控制性能以及更加精简的控制指令集。
该控制器可以广泛的应用于金属非金属的打标、精细加工、半导体切割以及快速成型等应用领域。
激光振镜控制功能：基于高性能的DSP+FPGA结构，高速高精度的振镜运动控制。
提供可容纳10000条控制指令的缓冲区，提高振镜控制的实时性。
可实现二轴激光振镜的直线和圆弧插补输出，支持三维动态调焦功能(选件)。
支持缓冲区运动的暂停、恢复和停止操作。
高速高精度的飞行打标功能，支持模拟飞行打标和带码盘反馈的飞行打标模式。
多种模式的图像扫描功能，可以实现高清晰真灰度的图片扫描，可以通过调节控制参数实现图像灰度和对比度的调节。
控制器具备振镜非线性校正功能。
具有专门的快速定位功能以及跳转出光的功能，可以用于激光打孔等行业。
多种激光振镜工艺参数设置功能，最大限度的提高振镜扫描系统的性能，降低用户的开发难度。
具备多种特殊应用功能，满足一些特殊行业应用。
振镜刷新周期为10μs。
在缓冲区内可以直接控制D/A输出和I/O输出。
运动控制功能：可以提供多达4轴的脉冲输出，可以实现柱面以及大幅面的平面打标，各轴运动相互独立。
脉冲输出频率达1MHz。
HOME信号、限位信号和报警信号输入接口，限位或报警触发自动停止运动。
HOME 或INDEX捕获可实现精确回原点。
可以设置轴运动近速度、加速度和位置，T型曲线加减速。
激光控制功能：可以设置激光开关延时，单位为1us ，且延时时间可以为负值,即可以提前开光。
PWM输出的时基可选，分别为1MHz和8MHz。
可直接设置PWM输出的频率和占空比，用于控制CO2激光器输出的能量大小或控制Q驱动器的Q脉冲，最高频率可达8MHz。
激光打标机振镜参数
激光打标机振镜参数激光打标机是一种可以将激光束聚焦在工件表面上，通过加工的方式来实现材料去除或是颜色变化，从而实现对工件的标记或是加工的一种设备。
而在激光打标机中，振镜也是一个非常重要的组成部分。
振镜是指将激光束反射到工件表面上的光学元件，振镜的性能和参数将直接影响到激光打标机的加工效率和加工质量。
那么，激光打标机振镜参数包括什么呢？首先，振镜的种类和尺寸是一个非常重要的参数。
在激光打标机中，一般会使用扭秤镜或是加速器镜，这两种振镜具有反射率高、惯性小、动态响应快等特点，可以满足激光打标机对高速、高精度的加工要求。
同时，振镜的尺寸也需要考虑到加工的范围和工件的大小，一般而言，振镜的口径越大，加工范围就越广。
其次，振镜的反射率和晶体材料也是激光打标机振镜参数中的重要组成部分。
一般来说，振镜的反射率越高，能量损失就越少，加工效率就越高。
而振镜的晶体材料也是影响反射率的一个因素，一般来说，铜化镁铝石榴石等晶体材料具有优异的反射率和性能。
第三，振镜的扫描角度和工作频率也是影响激光打标机加工效率和精度的重要参数。
一般来说，振镜的扫描角度越大，加工速度就越快，但精度也会有损失。
而工作频率则是指激光束的扫描频率，频率越高，加工密度就越高，但是在实际应用中也要考虑到振镜的可靠性和寿命等问题。
最后，振镜的精度和控制方式也是激光打标机振镜参数中的重要组成部分。
振镜的精度是指它对光束的偏转误差，精度越高，加工质量也越好。
而控制方式则是指振镜的驱动方式和控制器，一般来说，采用闭环控制方式可以提高振镜的稳定性和精度等性能。
综上所述，激光打标机振镜参数包括种类、尺寸、反射率、晶体材料、扫描角度、工作频率、精度和控制方式等多个方面。
在实际应用中，我们需要根据具体加工需求和要求来选择适合的振镜参数，并进行合理的调整和控制，从而达到最佳的加工效果和加工质量。
激光打标机振镜工作原理
激光打标机振镜工作原理
激光打标机是一种利用激光束对物体进行标记的设备。
其工作原理主要是通过激光束的反射和偏转来实现对物体的打标。
激光打标机主要由激光器、振镜、控制系统和工作台组成。
激光器是激光打标机的核心部件，它产生高能量的激光束。
振镜则是将激光束引导到物体上的重要组件。
激光打标机的振镜通常由两个反射镜组成，分别称为X轴振镜和Y 轴振镜。
它们可以分别控制激光束在水平和垂直方向上的偏转。
通过改变振镜的角度和频率，可以实现对激光束的精确定位和快速移动。
具体来说，当激光束从激光器中发出后，首先经过一个准直系统，使其成为平行的光束。
然后，激光束进入振镜系统，经过X轴振镜和Y轴振镜的反射和偏转，最终被引导到工作台上的物体表面。
振镜的控制是通过控制系统实现的。
控制系统可以根据需要调整振镜的角度和频率，从而实现激光束的精确定位和移动。
控制系统一般由电脑和相关的软件组成，用户可以通过软件来控制激光打标机进行标记操作。
用户可以将需要打标的图案、文字或图形输入到软件中，然后通过控制系统将激光束准确地照射在物体表面，完成标记过程。
激光打标机广泛应用于各个行业，例如电子、机械、医疗器械等。
它具有标记速度快、标记质量高、标记效果持久等优点。
同时，激光打标机还可以实现无接触标记，避免了对物体造成损伤。
总结起来，激光打标机的工作原理是通过激光束的反射和振镜的偏转来实现对物体的标记。
振镜的角度和频率可以通过控制系统进行调整，从而实现激光束的精确定位和移动。
激光打标机具有标记速度快、标记质量高、标记效果持久等优点，被广泛应用于各个行业。
ZMC420SCAN 激光振镜运动控制器的应用
ZMC420SCAN 激光振镜运动控制器的应用导语：ZMC420SCAN系列是正运动技术推出的振镜运动控制器，集成了复杂的运动控制和振镜控制等功能，是一款为激光行业客户提供需要同时控制电机轴运动、振镜轴运动、激光能量控制的专业控制器，在一台设备上完成振镜打标或者轨迹切割的功能，广泛应用于金属或非金属的大幅面拼接打标及切割、普通振镜打标及切割、XY+振镜轴联动无拼接打标及切割等场合。
本文通过对ZMC420SCAN的产品介绍来了解其在激光行业的相关应用。
一、ZMC420SCAN产品功能介绍1.ZMC420SCAN的振镜功能•XY2-100的振镜控制协议，刷新周期50us•两组二轴激光振镜的直线插补、圆弧插补及连续轨迹加工等输出•简单的振镜工艺参数设置，降低客户的开发难度•振镜矫正功能，保证激光加工的精度2.ZMC420SCAN的激光控制•O-10V模拟量输出、高速PWM输出可控制激光能量•可实现PWM输出、模拟量输出与运动速度的同步•数字量输入输出可控制激光器的开关闸、光纤激光器的能量控制等•精准输出，可以设置微秒级的提前、延时开关激光3.ZMC420SCAN的运动控制•20轴EtherCAT总线/RTEX总线/脉冲控制，可混合使用•4096段运动缓冲，可实现脉冲轴/总线轴和振镜轴的混合插补•多维硬件位置比较输出，位置同步输出PSO功能•电子凸轮、同步跟随、直线插补、圆弧插补、连续轨迹加工、30+种机械手正逆解算法等二、ZMC420SCAN的振镜应用激光振镜打标和切割是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下标记或者完成切割，可以打出各种文字、符号和图案以及切割不同材质成为不同形状的工件。
按照激光器类型和行业应用，市场主流可分为光纤激光打标、紫外激光打标、二氧化碳激光打标、二氧化碳激光切割、光纤激光切割等，广泛应用于手机制造业、汽车行业、新能源、五金、家电、钟表、医疗和食品包装材料、电子元器件、陶瓷玻璃等行业。
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对振镜式激光打标控制器的深入研究随着激光打标机应用范围的不断扩大，对激光打标的速度和精度要求也越来越高。
TI公司的TMS320F2812DSP，是专门为工业控制应用而设计的高速处理器，应用其来开发激光打标控制器具有实际意义，文中设计的激光打标控制器应用前景广阔。
1 控制器的工作原理
振镜式激光打标控制器上位机是安装了打标软件的计算机，文字和图形通过图像处理成大量的打标数据，并在打标软件界面上显示出效果图。
打标数据由USB总线传输到扩展存储器RAM上，再由DSP按顺序取出送入到D/A转换芯片中，D/A芯片转换后输出-5～5 V的模拟电压驱动扫描振镜和控制激光电源的功率，并由一路GPIO(通用输入/输出)引脚控制激光能量的开关，x、y轴振镜控制激光焦点在二维平面上有序移动来完成各种形式的文字、图形打标。
2 振镜式激光打标控制器的硬件电路设计
系统的原理框图如图1所示。
振镜式激光打标控制器主要有USB通讯电路、扩展存储器电路、D/A转换电路和CPLD 电路。
2.1 USB通讯接口
USB通讯模块采用Cypress公司的CY7C68013，USB与DSP的连接方法有FIFO和GPIF两种，在本系统中采用了FIFO 方式，读写信号由CPLD和DSP提供。
USB芯片的SLOE连接到DSP的外部中断，其他控制信号由DSP通过CPLD译码后与USB芯片连接，DSP的数据线和两路地址线直接与USB相连。
2.2 高速D/A转换电路
数模转换部分为控制器的关键部分。
本系统中需要三路D/A，分别控制振镜x轴和振镜y轴以及激光功率。
对于本系统AD7836的主要技术参数都符合要求：
(1)单片4路14位D/A转换;(2)电压输出，最大电压输出范围是±10 V;(3)输出电压的建立时间典型值为16 μs。
D/A电压分辨率为：5 V/213=O.61 mV。
双极性和单极性电压输出相比电路省去了改变电压极性的运算放大器，使电
路得到简化。
Ad7836支持与16位以上微处理器和DSP的接口，包括14位数据线，3位地址线A0、A1、A2，控制信号CS、CLR、WR、SEL。
CS处于低电平是AD7836被选中;只有CLR处于高电平时D/A转换器内部数据寄存器值才能控制模拟电压输出值;WR为低电平有效，可以联合CS使数据写入输入缓存器内。
SEL为高电平时用户设定的寄存器E值输出到VOUT，故可接地。
当系统工作时，由于采用外部接口XINTF，对D/A芯片的操作和从SRAM中读写数据一样，控制D/A芯片的外部接口2区的起始地址是0X08 0000。
可以在程序中随时改变相应值来控制D/A转换的电压值，进而控制打标点的位置。
如要打标图片，则可以按逐行扫描的方式输出各打标点的位置和激光能量。
DSP与AD7836的引脚连接如图2所示。
由于使用的振镜的驱动电压范围也是±5 V，在本系统中各通道的参考电压VREF(+)和VREF(-)分别接±2.5 V。
精确±2.5 V参照电压在硬件电路设计中采用Microehip公司的专用2.5 V电压基准源MCPl525和OP运算放大器MCP606。
如图3所示，+2.5 V的电压基准由MCPl525产生后，为了降低噪音，采用了RC低通滤波和MCP606，在这里MCP606作为电压跟随器使用。
如图4所示，-2.5 V电压则由+2.5 V通过两个等值电阻和MCP606构成的分压器产生。
AD7836和DSP的引脚电压不同，故不能直接相连，系统中选用了SN74ALVCl64245芯片来隔离两边的数据总线。
其输出使能控制引脚OE1和OE2均接低电平，数据线的方向DIR1
和DIR2都接高电平，保证芯片输出端随输入端即时变化。
2.3 扩展数据存储器
存储器用来暂存从上位机传来的打标数据，外部扩展存储器采用IS61LV51216，为512 kB，16位的SRAM存储器，共有19位地址总线，16位数据总线。
本系统中SARAM存取时间为10 ns，CMOS工艺，3.3 V供电，输入输出为TTL兼容，适合作为DSP的外部扩展存储器。
存储器通过DSP的外部接口XINTF扩展，采用F2812的/XZCS6AND7引脚作为片选，因此对应于存储器映射的外部接口6区，地址范围为0X10 0000～0X17FFFF。
2.4 CPLD系统
本系统中CPLD采用Altera公司的MAX3000A系列的EPM3256A芯片，CPLD的固件用软件MAX+plusII设计。
CPLD 主要用来控制USB芯片的数据传输，并由其扩展出中断按键和液晶显示模块。
另外DSP系统预留了多路GPIO接口，可以控制步进电机组成的多维运动控制平台。
通过预留GPIO 口并使用CPLD芯片，使系统的可扩展性增强。
3 控制器系统软件开发
控制系统的软件由两部分组成，上位机采用可视化面向对象语言VB 6.O设计，主要负责打标数据的产生和打包传输，以及用户界面实现人机交互;下位机DSP由C/C++编写系统程序，用TI公司提供的高效的C编译器和集成开发环境：
代码工作室(CCS)来开发。
控制系统的主要流程图如图5所示。
图5 控制系统的主要流程
打标机开机后下位机程序根据用户界面上参数对各芯片和存储器的初始化，参数包括激光能量、扫描次数、文字填充方式等。
然后等待上位机由USB接口传送打标数据，打标数据先保存在数据存储器。
这时无论从用户界面还是键盘上发出开始打标指令后，DSP从数据存储器中取出打标数据，送入D/A芯片中。
D/A芯片输出相应的电压驱动振镜，直到
完成本次打标。
相同的打标图形只需传输一次数据，从软件或键盘上选择开始加工按钮即可。
在进行图形打标时，导入图形文件并作图像处理后，转化成打标位置数据;文字打标时在VisualBasic中调用Windows API函数GetGly-phOutline得到文字的外形轮廓，可以进行放缩、旋转等操作而不影响文字显示质量，并通过DrawGlyph函数将其显示效果在用户界面上显示。
图6是软件用户界面汉字的显示效果。
4 结束语
文中介绍了一种基于TMS320F2812DSP的激光打标控制器，采用了一个4路输出的D/A转换器来控制振镜和激光电源，高性能D/A转换模块使激光打标的速度和精度有较大提高，使用USB接口使打标控制器可以即插即用，且提升了数据传输的稳定性。
系统上位机用Visual Basic编程，下位机用C语言编程，程序移植容易。
开发出的打标系统在速度、精度上均达到了理想的效果。
文中描述了软硬件系统，对振镜式激光打标控制器的设计有普遍的参考价值。
杭州远华激光设备制造有限公司激光打标机光纤激光打标机半导体激光打标机/。