專利名稱：便攜式環形物件雕刻系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種便攜式環形物件雕刻系統。
背景技術：
現有的環形雕刻系統，都是以PC機作為上位機，在PC機上運行上位機軟件，再通過上位機軟件來控制以51系列單片機構成的下位機。由于51系列單片機本身的性能不高， 無論是雕刻速度還是雕刻精度上都不太理想；再者，上位機通過串口與下位機進行通信，通信的速度不高，從而影響雕刻速度；再者，通信的可靠性受周圍環境、通信距離、通信線的影響大，容易出現要雕刻點的丟失及雕刻點的位置改變，從而雕刻出變形的文字或者圖形。即所謂的雕刻失真。由于增加了一個PC機，整個雕刻系統的成本高、功耗大、占據的空間大。目前市面上的一些雕刻系統，僅支持矢量圖，所以有些平面圖不能雕刻，且只能雕刻一些簡單的圖形。據檢索，目前還沒有以ARM處理器為數字化核心的戒指、手鐲雕刻系統的相關技術成果，市場上更沒有相關的產品；在將觸摸屏技術與ARM結合，利用模塊化，實現對戒指、 手鐲雕刻系統的精密化控制方面，還沒有相關報道，此領域純屬空白。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提出一種便攜式環形物件雕刻系統，該便攜式環形物件雕刻系統具有成本低、精度高、操作簡單和智能控制的特點。本實用新型的技術解決方案如下—種便攜式環形物件雕刻系統，包括橫向進給機構、用于使環形物件旋轉的旋轉驅動機構、用于實施雕刻作業的雕刻執行機構以及控制模塊；橫向進給機構由橫向步進電機驅動；旋轉驅動機構設置在橫向進給機構上，旋轉驅動機構由旋轉步進電機驅動，旋轉驅動機構的旋轉軸的端部設有用于夾持環形物件的卡盤；雕刻執行機構包括固定架、高度調節機構和基于高頻電磁鐵的打印頭；固定架上設有高度調節機構，打印頭的最下端設有鉆石針或金剛沙針，打印頭設置在高度調節機構上；控制模塊中設有微處理器，微處理器的輸出端連接高頻電磁鐵的控制端、旋轉步進電機的控制端以及橫向步進電機的控制端；控制模塊中具有顯示器和存儲待雕刻的文字或圖形的存儲單元，顯示器和存儲單元均與微處理器相連。所述的高度調節機構的結構為在調節機構固定架上固設有至少2根豎直的導軌，調節機構固定架還設有豎直的絲桿，絲桿端部設有旋鈕；第一滑塊和第二滑塊均套裝在導軌上，第二滑塊與絲桿傳動連接，第一滑塊與第二滑塊通過連接柱相連；打印頭設置在第一滑塊上。第一滑塊套裝在連接柱上，能沿連接柱滑動，拐形手柄的一端為手柄端，另一端與第一滑塊相連，拐形手柄的旋轉軸設置在連接柱上。打印頭的結構為高頻電磁鐵和打印頭保護外殼分別固定在高頻電磁鐵固定架的上端和下端，敲擊頭和用于固定鉆石針的鉆石針固定架均設置在打印頭保護外殼內，敲擊頭與鉆石針固定架相連，高頻電磁鐵固定架的底面通過彈簧與鉆石針固定架相連，打印頭保護外殼的內部設有滾珠槽。所述的橫向進給機構采用基于步進電機和絲桿傳動的導軌滑動機構。所述的微處理器采用ARM處理器。有益效果本實用新型的便攜式環形物件雕刻系統充分利用了時下廣泛使用的ARM技術和觸摸屏技術，并很好地把兩者結合起來，開發了基于ARM的戒指、手鐲雕刻系統，從而在保證系統精度和可靠性的前提下，大大減小了的系統成本、縮小了系統的體積、降低了系統的功耗。相對于需要PC機作為上位機的雕刻系統，本環形雕刻系統可以省去購買PC機的費用，所以降低了成本；減少了一臺PC機的耗能，所以功耗也降低了 ；步進電機是靠ARM處理器發出脈沖的頻率和個數來進行工作的，步進電機接收到的脈沖頻率越高，其運動速度就越快，調節步進電機的等角度恒力矩細分(即一個脈沖作用下，步進電機旋轉的角度)，使之旋轉相同的角度需要的脈沖個數越多，則整個雕刻系統的雕刻精度就越高，由于ARM處理器的工作頻率高，則可以同時滿足高雕刻精度和高雕刻速度的要求；由于采用了觸摸屏作為人機交互界面，用戶只需在觸摸屏上輸入要雕刻的文字或者圖形，然后就可以雕刻出文字或者圖形，所以具有操作簡單、智能控制的特點。本實用新型設計了獨特的打印頭高度調節機構(包括微調和粗調機構)以靈活調節打印頭的高度，以及設計了全新的基于電磁鐵并帶有復位彈簧和滾珠槽的打印頭，以更適應于手鐲、戒指等環形物件的雕刻。
圖1是本實用新型的系統方框圖。圖2是軟件流程圖。圖3是本實用新型的整體結構示意圖。圖4是本實用新型的打印頭部分結構示意圖。圖5是本實用新型的鉆石針部分結構示意圖。圖6a為外圈雕刻示意圖；圖6b為內圈雕刻示意圖；圖7是本實用新型的橫向步進電機傳動部分結構示意圖。標號說明1 觸摸屏，2 旋轉步進電機旋轉軸，3 旋轉卡盤，4 高度調節機構，5 固定架，6 底座，7 打印頭，8 橫向步進電機，9 橫向步進電機傳動盒，10 旋轉步進電機， 11 旋轉步進電機傳動盒；21 旋鈕，22 調節機構固定架，23 導軌，24 第一滑塊，25 拐形手柄，6 第二滑塊，27 鉆石針，28 絲杠；29 連接柱。31 高頻電磁鐵，32 高頻電磁鐵電源線，33 高頻電磁鐵固定架，34 打印頭保護外殼，35 高頻電磁鐵敲擊頭，36 滾珠，38 滾珠槽，39 鉆石針固定架，40 彈簧；41 電機軸連接器，42 橫向步進電機連接板，46 第1橫向步進電機外殼板，48 第2橫向步進電機外殼板，49 第3橫向步進電機外殼板，50 第4橫向步進電機外殼板，43、橫向絲杠，44 第一光滑導軌、45 滑塊，47 第二光滑導軌。
具體實施方式
以下將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明實施例1 下面以戒指或手鐲為例說明本實用新型的結構和工作過程一、系統實現1.總體設計圖1中描述了系統的構成，系統以ARM處理器為控制核心，以觸摸屏為人機交互界面，SD存儲卡或者U盤作為外部存儲器，通過觸摸屏上的軟鍵盤輸入文字和手動繪制圖形， 也可以從SD存儲卡或者U盤上讀取已經存在的文本文檔和圖形文件，最后通過ARM處理器來精確控制步進電機以及高頻電磁閥的工作，從而達到在戒指或者手鐲上雕刻出精美文字或圖形的目的。2.電源設計系統各模塊由開關電源供電，供電電壓分別有直流5V、直流MV，其中直流24V是高頻電磁閥和步進電機驅動器的工作電壓，直流5V電壓給以ARM處理器為控制核心的ARM 控制板供電。3.人機交互設計采用觸摸屏，兼有了輸入和輸出的功能。4.存儲器設計為了滿足需要，系統配置了 NAND存儲器和SDRAM存儲器，同時設計了 SD存儲卡接口以及USB接口。5、機械傳動部分設計如圖3所示，由橫向步進電機和橫向步進電機傳動盒構成系統的橫向傳動機構， 帶動戒指或手鐲做左右的橫向運動；由旋轉步進電機、旋轉步進電機傳動盒、旋轉步進電機旋轉軸及旋轉卡盤構成系統的縱向傳動機構，帶動戒指或者手鐲做前后的旋轉運動；由打印頭、高度調節機構和固定架構成打印頭傳動機構，以使打印頭能上下運動，以便調整打印頭相對戒指或者手鐲的豎直位置。如圖4所示，要調整鉆石針的豎直位置，分為微調和粗調兩種微調通過用手旋轉旋鈕，再由旋鈕帶動帶螺紋的絲桿旋轉，第二滑塊與帶螺紋的絲桿通過螺紋相連接，第一滑塊通過帶滾珠的軸承與帶螺紋的絲桿相連，在兩根光滑導軌的固定下，可使兩個滑塊做上下運動，由于鉆石針是固定在第一滑塊上的，所以在第一滑塊的帶動下，鉆石針就可以做上下運動。若要粗調打印頭的豎直位置，可以下按或者上拉拐形手柄；第一滑塊與第二滑塊通過連接柱連接，第一滑塊套裝在連接柱四上，能沿連接柱滑動，拐形手柄的一端為手柄端， 另一端與第一滑塊相連，拐形手柄的旋轉軸設置在連接柱上。當螺紋沒有旋轉時，第二滑塊的位置是固定的，所以當拐形手柄按下時，由于拐形手柄的旋轉軸與連接柱相連的一側是固定的，所以第一滑塊就可以向上運動，同理，當拐形手柄上拉時，第一滑塊就可以向下運動。[0046]如圖5所示，打印頭由鉆石針27和鉆石針固定架構成，打印頭和打印頭保護外殼之間通過帶滾珠的滾珠槽傳動，在高頻電磁鐵沒有通電時，通過彈簧將打印頭與高頻電磁鐵敲擊頭相連，當高頻電磁鐵通電時，高頻電磁鐵敲擊頭敲擊打印頭，從而完成當前點的雕刻，當高頻電磁鐵斷電時，在彈簧的作用下，打印頭又可以回到初始位置。如圖6a和圖6b所示，若要在戒指或手鐲的外圈進行雕刻，直接可以把打印頭移動到戒指或手鐲的上方，然后進行雕刻；若要在戒指或手鐲的內圈進行雕刻，可以把打印頭移動的戒指或手鐲的內圈的上方，然后進行雕刻即可。如圖7所示，由橫向步進電機連接板、第1橫向步進電機外殼板、第2橫向步進電機外殼板、第3橫向步進電機外殼板和第4橫向步進電機外殼板構成橫向電機傳動機構盒。 由電機軸連接器把橫向步進電機和橫向絲杠連接起來，橫向絲杠通過螺紋穿過滑塊，兩根光滑導軌通過帶滾珠的軸承穿過滑塊，于是，橫向步進電機旋轉就可以帶動橫向絲杠旋轉， 橫向絲杠的旋轉就可以帶動滑塊做左右運動。二、使用方法首先要完成戒指/手鐲的裝配，接著，機器電源打開后，就會啟動戒指/手鐲雕刻應用程序。系統的人機交互部分是觸摸屏，用戶只需要按照操作說明和提示進行簡單的設置，并且對機械部分進行簡單的調整，即可在戒指/手鐲上雕刻出精美的文字和圖片了。使用包括以下主要過程1、裝配戒指/手鐲；2、開啟機器電壓，登陸戒指/手鐲雕刻應用程序；3、模塊的選擇，即選擇文字編輯及雕刻模塊或者是圖形編輯及雕刻模塊。4、根據不同規格的戒指/手鐲，在應用程序上進行簡單的設置。主要的設置項目如下(1)、文字編輯及雕刻模塊1)字符雕刻尺寸所打戒指或者手鐲的高度和寬度大小(單位mm)；2)戒指/手鐲雕刻方向和直徑大小所打環形物品的直徑大小，和選擇雕刻的外圈或者內圈；3)保存和讀入格式保存當前所做的文字和格式；讀入以前所保存的文字和格式；4)邊格數就是在所雕刻樣品的邊上加上點格數，多和反色配合使用；5)反色反色就是不雕刻所需要的文字而打旁邊的那些點，就是俗稱的“反沙”效果；6)雕刻后回到初始位置就是雕刻完后針頭回到初始的位置；7)重疊和重復次數重疊次數就是雕刻幾次，重復次數就是雕刻幾個；8)移動針頭可以一點一點(或多點)精確地移動打印頭。這里的一點一點地移動，是指兩點之間的間隔，就是本次雕刻字印的兩點間的距離。常用來精確微調針頭位置范圍；9)雕刻區域就是所雕刻樣品字印的所雕刻的范圍，常用來定位針頭位置；10)重置針頭讓針頭回到上一個雕刻字印的針頭位置，常用來重復打同一個字體字印；[0066]11)圖片編輯與雕刻跳轉到圖片編輯與雕刻模塊，用來雕刻圖片；12)字體選擇選擇所需要雕刻的字體；13)字體點數選擇雕刻字體的點數，就是在某一固定的高度(mm)里所包含的要雕刻的點數；14)加粗，斜體，下劃線給字體予不同的選擇組合；15)暫停，繼續，復位控制機器的急停和繼續工作；16)確定確定健，在雕刻以前或修改過參數后都要按確定鍵來進行確定；17)文字編輯區編輯所需要的文字格式等；18)布局區域給出所雕刻字印的布局預覽。(2)、圖片編輯及雕刻模塊1)高度格數與寬度格數就是在某一固定高度和寬度范圍內所雕刻的點數，常為圖片的像素大小；2)確定改變格數如想自定義改變1所說的格數，改變后按這個健確定；3)按上面的大小讀入位圖就是說按1所示的格數讀入圖片，常常會改變圖片的大小和照成圖片像素的部分丟失；4)原始大小讀入位圖就是按圖片的大小直接讀入圖片，不改變圖片的大小和像素；5)保存成位圖文件就是保存當前的圖片大小像素和格式；6)清除圖片清除當前編輯狀態下的圖片；7)反色就是不雕刻所要顯示的部分，只雕刻旁邊的部分，就是俗稱的“沙面”效果；8)顯示網格就是顯示旁邊的網格線；9)設置圖片大小設置雕刻圖片的大小尺寸；10)戒指直徑和內外圈選擇雕刻時選擇所需要雕刻的內圈或者外圈和其所對應的直徑大小；11)精確移動針頭用于精確定位雕刻范圍；12)雕刻區域定位雕刻針頭當前雕刻所要走的區域范圍；13)重復和重疊重復是雕刻多少個，重疊是雕刻多少次；14)預覽和修改區域可以預覽圖片效果和修改圖片點數；15)文字編輯與雕刻。跳轉到文字編輯與雕刻界面。5、在第4點中對軟件部分進行設置時，同時要觀察機器上戒指/手鐲的移動，以找到一個最好的雕刻位置。最后就是對打印頭的設置，通過上拉或者下按打印頭旁邊的手柄， 就可以快速地向下或向上移動打印頭的位置，通過旋轉打印頭正上方的旋鈕，就可以微調打印頭的上下位置。6、在上述五點設置完成后，就可以開始雕刻了。由技術常識可知，本實用新型可通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的方案實現。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實用新型范圍內或在等同于本實用新型的范圍內的改變均被本實用新型包含。根據輸入文字或者圖形，提取出文字或者圖形的字模，設定好兩點陣之間的距離(即步進電機在兩點陣之間移動的距離)，步進電機每移動一個點陣的距離(其移動方式可以是先上下掃描移動，再左右掃描移動；也可以是先左右掃描移動，再上下掃描移動)，再根據之前提取的文字或者圖形的字模，判斷該處是否有一個點，假如有一個點，則控制打印頭動作一次，即在該處雕刻出一個點。以此類推，直至雕刻出全部的文字或者圖形。本實施例的具體工作過程如下在ARM處理器上運行戒指、手鐲雕刻應用程序，該應用程序包括友好的用戶界面；具有非常好的仿真效果，真正做到了所見即所得；支持多種字體；支持粗體、斜體、下劃線等多種功能；支持多種格式的圖案；完善的菜單體系；充分的自定義設置。系統的人機接口部分是觸摸屏，用戶可在觸摸屏上，通過軟鍵盤輸入要雕刻的文字或者手動繪制要雕刻的圖形，也可以通過從SD存儲卡或U盤中讀取已經存在的文字或者圖形，并且可以對文字進行排版，以及對圖形進行編輯，然后將處理得到的文字或者圖形進行編碼，根據編碼數據控制橫向步進電機、旋轉步進電機和鉆石針工作，以精確雕刻出文字和圖形。鉆石針的工作，得依賴于打印頭傳動機構的配合。由高頻電磁鐵控制的打印頭固定在能上下運動的滑塊上，滑塊安裝在豎直導軌上，導軌由兩根光滑導軌和一根帶螺紋的絲桿組成，兩根光滑導軌起支撐和固定作用，帶螺紋的絲桿起控制作用；帶螺紋的絲桿的上端連接一個旋鈕，通過旋轉該旋鈕，就可以使打印頭作上下運動，該運動是緩慢的，起打印頭位置的微調作用；滑塊的右端接有一個能控制打印頭快速上下移動的傳動機構，該傳動機構有一個手柄，把該手柄按下，打印頭就可以向上移動一大步，把該手柄往上拉，打印頭就可以向下移動一大步。這樣就具有了對打印頭位置粗調和微調的功能。打印頭能夠在戒指和手鐲上雕刻出文字和圖形，還利用了高頻電磁鐵能快速地吸合鐵塊的特點，首先用彈簧把高頻電磁鐵的一端和打印頭的一端合在一起(利用彈簧的吸力)，主要是起定位的作用，當高頻電磁鐵快速上下運動時，高頻電磁鐵的一端就可以快速地敲擊打印頭，當打印頭被敲下時，就可以在戒指或者手鐲上雕刻出一個點，再當高頻電磁鐵斷電時，通過彈簧的作用，又可以使打印頭回到原來的位置。因為打印頭的位置不能前后左右移動，所以為了能夠在戒指和手鐲的不同位置上進行雕刻，就需要用到橫向步進電機傳動機構和旋轉步進電機傳動機構。橫向步進電機通過機械傳動部分帶動物品作左右運動，旋轉步進電機通過機械傳動部分帶動物品作前后的旋轉運動。步進電機的移動速度和距離由ARM處理器控制。旋轉步進電機通過軸連接器把旋轉步進電機的軸和能前后旋轉的、固定戒指和手鐲的軸連接在一起，ARM控制器通過步進電機驅動器控制旋轉步進電機運動，然后再由旋轉步進電機帶動戒指或手鐲作前后旋轉運動。旋轉步進電機及其傳動機構一起固定在一個滑塊上，該滑塊安裝在水平導軌上，水平導軌由兩根光滑導軌和一個絲杠組成，兩根光滑導軌的兩端都通過軸承固定在橫向電機傳動機構固定盒中，起支撐和固定作用；絲杠的一端固定在橫向電機傳動機構固定盒中，絲杠的另一端和橫向步進電機的軸連接在一起，絲杠起控制及傳動作用。這兩根光滑導軌和絲杠的另一個主要的作用就是把橫向步進電機的前后旋轉運動轉化為滑塊的水平運動。該系統雕刻精細，最小可雕刻長寬分別為0. 5mm的英文數字，及長寬分別為Imm的中文字；九方位定位系統(能夠在雕刻前，快速的移動打印頭到要雕刻文字或者圖形的正中心、正中心的正上方、正中心的正下方、正中心的左方、正中心的右方、左上角和右下角)，確保雕刻位置準確無誤；并且可以精確地移動針頭(可以一點一點(或多點)精確地移動打標頭。這里的一點一點地移動，是指兩點之間的間隔，就是本次打印字印的兩點間的距離，用來精確微調針頭位置范圍。)；雕刻力度可調，雕刻深淺可控可調，深度可達0.3mm以上；可重復雕刻，重復精度達0.01mm，重復雕刻無重影，無耗損；雕刻出閃亮光滑的文字與圖案，無須拋光；可以分別在戒指和手指的內圈和外圈進行雕刻；系統具有暫停功能，當暫停后，只要系統不斷電，在任何時間下都可以繼續雕刻之前暫停時未雕刻完的部分。 該戒指手鐲雕刻系統綜合了 ARM技術和觸摸屏技術，操作簡單；并且包含完善的機械傳動機構、電源供應和保護電路。大大減小的系統的體積、降低了成本和功耗。
權利要求1.一種便攜式環形物件雕刻系統，其特征在于，包括橫向進給機構、用于使環形物件旋轉的旋轉驅動機構、用于實施雕刻作業的雕刻執行機構以及控制模塊；橫向進給機構由橫向步進電機驅動；旋轉驅動機構設置在橫向進給機構上，旋轉驅動機構由旋轉步進電機驅動，旋轉驅動機構的旋轉軸的端部設有用于夾持環形物件的卡盤；雕刻執行機構包括固定架、高度調節機構和基于高頻電磁鐵的打印頭；固定架上設有高度調節機構，打印頭的最下端設有鉆石針或金剛沙針，打印頭設置在高度調節機構上；控制模塊中設有微處理器，微處理器的輸出端連接高頻電磁鐵的控制端、旋轉步進電機的控制端以及橫向步進電機的控制端；控制模塊中具有顯示器和存儲待雕刻的文字或圖形的存儲單元，顯示器和存儲單元均與微處理器相連。
2.根據權利要求1所述的便攜式環形物件雕刻系統，其特征在于，所述的高度調節機構的結構為在調節機構固定架上固設有至少2根豎直的導軌，調節機構固定架還設有豎直的絲桿，絲桿端部設有旋鈕；第一滑塊和第二滑塊均套裝在導軌上，第二滑塊與絲桿傳動連接， 第一滑塊與第二滑塊通過連接柱相連；打印頭設置在第一滑塊上。
3.根據權利要求2所述的便攜式環形物件雕刻系統，其特征在于，第一滑塊套裝在連接柱上，能沿連接柱滑動，拐形手柄的一端為手柄端，另一端與第一滑塊相連，拐形手柄的旋轉軸設置在連接柱上。
4.根據權利要求1所述的便攜式環形物件雕刻系統，其特征在于，打印頭的結構為高頻電磁鐵和打印頭保護外殼分別固定在高頻電磁鐵固定架的上端和下端，敲擊頭和用于固定鉆石針的鉆石針固定架均設置在打印頭保護外殼內，敲擊頭與鉆石針固定架相連，高頻電磁鐵固定架的底面通過彈簧與鉆石針固定架相連，打印頭保護外殼的內部設有滾珠槽。
5.根據權利要求1所述的便攜式環形物件雕刻系統，其特征在于，所述的橫向進給機構采用基于步進電機和絲桿傳動的導軌滑動機構。
6.根據權利要求1-5任一項所述的便攜式環形物件雕刻系統，其特征在于，所述的微處理器采用ARM處理器。
專利摘要本實用新型公開了一種便攜式環形物件雕刻系統，其特征在于，包括橫向進給機構、用于使環形物件旋轉的旋轉驅動機構、用于實施雕刻作業的雕刻執行機構以及控制模塊；橫向進給機構由橫向步進電機驅動；旋轉驅動機構設置在橫向進給機構上，旋轉驅動機構由旋轉步進電機驅動，旋轉驅動機構的旋轉軸的端部設有用于夾持環形物件的卡盤；雕刻執行機構包括固定架、高度調節機構和基于高頻電磁鐵的打印頭；固定架上設有高度調節機構，打印頭的最下端設有鉆石針，打印頭設置在高度調節機構上。該便攜式環形物件雕刻系統具有成本低、精度高、操作簡單和智能控制的特點。
文檔編號B44B3/04GK201931904SQ201020674478
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者王勛志, 鄒潤民 申請人:中南大學