沈龙
上海潜利智能科技有限公司
摘要：本文介绍了激光打标技术的基本概念，并从软件结构、系统测试等方面对三维柔性激光打标系统的设计与实现作以具体阐述，旨在证明其实用性和推广价值，以供同行业者交流和探讨。
关键词：三维柔性激光；打标系统；设计与实现
引言：新时期，社会在发展，时代在进步，各种先进技术及高新设备不断涌出，不仅改变了人们的生活及生产方式，也极大的促进了社会生产力的提高。其中，就以激光打标设备为例，其通过对激光打标技术的有效应用，使得生产成本降低，生产效率提高，并进一步实现自动化控制，推动了激光产业的蓬勃发展。基于此，本文就三维柔性激光打标系统的设计与实现进行研究，具有一定的实践价值和现实意义。
1激光打标技术概述
经过这些年的发展，打标技术已日渐成熟和完善。从当前来看，振镜激光打标技术在行业中应用得较为广泛。其工作原理是：由伺服电机与伺服控制器组成的运动控制系统，对振镜头的摆动进行有效控制，使激光能够反射到目标位置，从而实现精准控制打标的目的。激光打标系统原理图，可见图1。
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激光打标技术，相比于切割、热处理等技术来说，属于近些年才发展起来的一种新型应用技术。在对该技术的具体应用中，高能量的激光束会从打标设备中发出，对被打标物品进行扫描，使其表层发生物理性的变化，继而会有永久性的标记留下[1]。在实际操作中，通过对激光打标过程中的激光束的扫描坐标位置和出光功率进行控制，可使其出现预想的图案或是文字。
激光打标技术，具有传统打标技术无可比拟的优势，主要体现在以下几个方面：
其一，激光打标，不会消耗材料，只会耗费一些电量；
其二，可实现多样化打标，防伪能力突出；
其三，激光打标使用方便，只需在软件中输入想要的文字或图案，便可通过激光打出来。
其四，经过此方式打出的标志，基本不会因为腐蚀、摩擦等出现变形或者褪色，保留时间较长。
就以三维柔性打标技术来说，其是用激光直接在物品表面照射，产生化学、物理反应后与原来表面形成反差，通过肉眼便可看到立体的、不同形状的图案或标志。这里的“柔性”，指的是只需在计算机中编好程序，激光打标机便可自行运转，制作过程无需人工干预，便可获得想要的图案。激光能标记何种信息，仅与计算机里设计的内容相关。只要计算机里设计出的图稿打标系统能够识别，那么打标机便能将设计信息精确的还原在合适的载体上。也正因为如此，使得三维柔性打标技术一经问世，便得到了行业内人员的一致认可和高度追捧。
2软件结构
2.1软件整体结构
三维柔性打标系统的框图，可见图2。软件具图元操作、打标控制、参数设置等多种功能，其借助下位机（即打标控制卡）与PCI总线进行通讯，将输入界面的文字或图形转换成振镜系统的运动控制命令以及驱动器和激光器的打标控制参数，以DMA（直接内存取）的方式传送至下位机。图形生产和处理具有多项功能，包括：属性设置、文件处理、绘制图元、填充处理等。
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2.2网络通讯
PCI以直接内存映射（DMA）作为通讯的主要形式来传输数据，其传输速率最大可超过100MB/s。从图3可知，下位机DSP芯片的地址空间通过PCI驱动程序在上位机软件的进程地址空间中得以映射，激光打标软件对某地址进行读写操作，也就是读写DSP芯片的对应的内存地址，使数据传输最终得以实现。
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3系统测试
3.1 测试目的
软件测试，简单来说就是对软件系统中的某一部分程序予以执行，以便了解系统的运行效果与目前实际效果之间的差距，并对软件系统中的缺陷作以分析。
软件测试的主要目的，是为了将软件运行中的故障找出，在对故障进行合理分析的基础上，发现软件功能设计的缺陷或程序控制的不足之处。
3.2 测试方法
测试软件的方法多种多样，最常用的有：兼容性测试、安全测试、白盒测试、黑盒测试等。但就本文三维柔性激光打标系统的设计来说，要想重点实现的功能通过网络对外围设备予以有效控制[2]。如果能够在合理控制外围设备的基础上顺利完成激光打标任务，则软件设计的目的便可实现。基于此，本文应选择接口测试的方法对软件进行测试，其旨在对系统组件间接口能否正常使用予以验证。
接口测试的好处：
（1）提高测试质量
软件开发，从本质上来看，其是一个不断改进和集成的过程，但每一次改进难免会出现新的bug。因此，当软件的部分或全部内容被修改之后，必须要重新测试软件产品。这样做的目的，是为了验证修改之后的产品能否对设计需求予以满足。而当未能对代码进行自动化测试时，会因各种原因的存在，而导致回归不充分，造成bug遗漏。
（2）提高测试效率
随着功能的不断增多，软件系统的规模也在不断扩大。这种情况的出现，导致测试内容繁琐，人工测试耗时较长，造成测试效率低下。而自动化测试方法的应用，能够对这一问题予以有效的解决，在对外接口功能为发生变化的前提下，达到一次编写、永久使用的效果。
（3）提高测试覆盖
在传统人工测试中，对于一些深度的异常、安全问题，往往很难发现，而通过对一些辅助测试工具的充分利用，能够将代码的覆盖率分析出来，通过提高覆盖率的方式来提高测试的深度。
（4）更好地重现软件缺陷
因为每次执行的都是同一种代码，若代码出现问题，则回归必然会受到影响。
（5）项目不能按时发布的风险得以降低[3]。因为很早就介入了接口测试，在提交给系统测试前，就已经全面的测试了项目代码的核心模块。如此一来，会使系统测试的时间缩短，项目按期发布也能得到保障。
（6）测试人员的技能水平得以提升。接口测试工作要想顺利开展，测试人员需要对一些开发技能与开发流程作以了解，同时还需要掌握关于测试工具的一些测试思想和使用方法，完善自身的知识结构面，以便更好的胜任岗位工作。
3.3 测试要点和分析
在本次系统测试中，主要测试软件系统间的接口。以下将对测试内容进行具体论述：
（1）权限测试
为保证软件版权的统一，要求客户不能随意拷贝。对此，在软件上设置了相应的使用权限功能，若没有得到授权，该软件将无法使用。
（2）参数设置测试
参数设置包括多方面内容，主要有激光参数、扩展轴参数、区域参数等。为能正产使用此软件，需要对所涉及的参数进行逐一测试。测试的目的在于，保证参数设置的合理性，以便达到预期的使用效果。
（3）I0端口测试
为使外控设备的正常使用得以保证，需逐个测试软件外控接口设备控制信号。配合使用开关电源和万用表，一方面，测试每个输入点给高电平之后，会有相应的软件输入状态指示灯亮起；另一方面，在对输出单选框单击之后，万用表会测量到对应输出点的高电平。
（4）条码打印测试
不同的条码进行相应参数的设置，进而打印出相应条码，以便对激光打标效果进行有效验证。
3.4 测试用例分析
以下将对测试中主要的一些测试用例作以介绍：
（1）使用权限测试
测试方法：将软件的使用时间设置为1小时，安全程序重新生成后，在一台新计算机上进行安装，打开软件使用1小时，再对软件进行重新开启。
预期结果：软件重新打开之后，上面会有对话框弹出来，显示“未经授权，不得使用”。
（2）参数设置测试
①激光参数设置测试
测试方法：对激光器的出光形式进行设置，如PWM信号输出，再设置PWM信号的信号频率，然后强制激光器出光[4]。再对激光器进行设置，使其连续出光。再通过借助模拟量对激光器功率予以设置，再强制激光器出光。
预期结果：对激光器的出光形式、频率以及激光器功率予以查看，与预设参数对比后，并未发现任何出入。
②扩展轴参数设置测试
测试方法：对扩展轴的运动方式、最大速度、最小速度、回零速度等参数进行设置。与扩展伺服电机相连接，对伺服电机转动予以控制。
预期结果：伺服电机正常运行，在达到极限位置后会自动停止，只会向反方向转动，伺服电器调速和定位精确。
3.5 测试结果分析
在对系统各个接口进行功能测试后，以下要求系统基本都可以满足：
（1）只有经过合理授权，才能使用该软件；
（2）能够精准的控制激光器；
（3）借助扩展轴实现对外部轴电机的控制；
（4）条码打标实验测试正常：
（5）程序可正常运行，不会出现卡顿或死机的情况。
总体上来看，三维柔性激光打标系统对于一个系统正常运行的要求做到了充分满足，功能基本实现，运行稳定，通过了各项接口测试，达到了预期的设想，可真正应用于实际。
结束语
三维柔性激光打标系统，应用范围广泛，有着良好的市场发展前景。因此，作为相关技术人员，应予以充分重视，加大激光打标技术的研发和应用力度，以便其为激光产业的健康发展作出更多的贡献。
参考文献：
[1]吕万德, 罗晓曙, 张盛明. 基于一种改进逐点比较插补法的激光打标机控制加工算法[J]. 制造技术与机床, 2020, 000(002):195-198.
[2]董旭辉, 李选新, 谭曼华. 激光打标的失效分析及改进措施[J]. 制造技术与机床, 2019, No.689(11):141-143.
[3]殷年伟, 卢立波, 陈锐,等. 黑色PBT材料激光打标工艺研究及数学模型的建立[J]. 塑料工业, 2018, 046(003):128-134.
[4]侯茂盛, 王强, 马国庆,等. 三维形貌柔性测量系统标定方法及验证[J]. 应用光学, 2018, V39(003):385-391.