Ctp全自动校准老化系统及其实现方法
【专利摘要】本发明涉及CTP全自动校准老化系统及其实现方法，系统包括光能量采集系统，高精度光学聚焦系统和机械结构部分，光能量采集系统包括扫描卡和采集卡，扫描卡和采集卡之间通过MAX232通信接口连接通信，扫描卡与上位机之间通过MAX232通信接口连接通信；采用光纤密排和高分辨率镜头相结合的方式，利用激光光束的高斯特性与相干特性进行焦深扩展，实现不低于10微米点间分辨率；集成了线性光纤密排组件，通过ST光纤接口将激光能量汇集到紧密排列的光纤端面线阵；集成高分辨率的精密光学镜头；集成激光功率动态采集单元，实现闭环激光功率自动校准、达到高均匀度曝光的目的，提高了曝光制版效率，改善了成像质量，实现了高精度制版印刷质量，提高了CTP光源模组的可靠性。
【专利说明】CTP全自动校准老化系统及其实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自动校准老化系统，具体来讲主要涉及一种CTP全自动校准老化 系统及其实现方法。
【背景技术】
[0002] CTP :computer-t〇-plate，从计算机直接到印版，即"数字化直接制版机"。最早由 照相直接制版发展而来，采用计算机控制的激光扫描成像，然后通过显影、定影工序制成印 版。CTP技术免去了胶片这一中间环节，使文字、图像直接转变为数字，减少了中间过程的质 量损耗和材料消耗。印刷质量和效率将有大幅度提高而能耗会降低，还可以避免原来印刷 工艺对环境的污染，同时印刷的保密性大大提高。
[0003] CTP直接制版机由精确而复杂的光学成像系统、激光器及驱动电路系统以及曝光 滚筒机械系统三大部分构成。CTP设备是典型的光机电结合的精密设备，其中激光器及驱动 电路系统和光学成像系统构成CTP的光源系统。CTP的许多特点以及技术指标都与其光学 成像系统密不可分。光学成像系统是由光源、光路两部分构成，光源的核心LD模块对于驱 动电路要求极其严格，要具备纯净的恒流特性，同时又要能够响应高速曝光工况的高频脉 冲调制，因此，既要求精密恒流，又要在高频调制时不出现电流过冲。
[0004] 光学成像的每路激光经光纤耦合传输到成像镜头，各路光纤的另一端整齐排列合 成光纤密排，才能由光学镜头成像到板材上，所以目前主要影响CTP性能的因素有如下三 点：光学镜头的焦深；聚焦到板材上的曝光能量；光纤排旋转角度的调试。这些因素会直接 影响成像质量的情况，造成成像曝光效果下降。目前CTP行业中LD模块通常采用模拟驱动 方式，其成本高、效率低、发热量大、调制频率低，很难同时解决精度与速度的双重要求。
[0005] 解决这个问题就成为了本【技术领域】的技术人员所要研究和解决的课题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为克服现有技术的不足，为了克服现有技术中成像质量差，曝 光效果差，CTP可靠性低的缺陷，本发明提供了一种CTP全自动校准老化系统及其实现方 法，通过系统的光能量采集与高精度光学聚焦功能，结合上位机软件实现对LD模块的光功 率校准与读取，保证了 CTP的校准速度与校准质量，大大提高了 CTP的工作效率，确保曝光 能量的分布均匀。
[0007] 本发明是通过这样的技术方案实现的：CTP全自动校准老化系统，包括光能量采 集系统，高精度光学聚焦系统和机械结构部分和上位机，其特征在于，所述光能量采集系统 包括扫描卡和采集卡，扫描卡和采集卡之间通过MAX232通信接口连接通信，所述扫描卡与 上位机之间通过MAX232通信接口连接通信； 光能量采集传输系统的扫描卡电路包括主控制器STM32F103、FPGA芯片和两个MAX232 通信接口芯片；主控制器STM32F103分别与FPGA芯片、两个MAX232通信接口芯片连接； 采集卡电路包括单片机Atmega8、EEPROM芯片AT24C02、MAX232通信接口、温度传感器 DS18B20、光电池；单片机Atmega8分别与EEPROM芯片AT24C02、MAX232通信接口、温度传感 器DS18B20、光电池连接； 扫描卡的主控核心是主控制器STM32F103和FPGA芯片，主控制器STM32F103负责解析 上位机发送的命令、接收来自采集卡的数据，以及和FPGA芯片进行通信工作； 采集卡的主控核心是单片机Atmega8,负责EEPROM芯片AT24C02的读写、通信处理、数 据采集工作，扫描卡通过MAX232通信接口与采集卡进行双向信息交互，以完成整个老化测 试系统的底层驱动； 所述高精度聚焦系统由高分辨率CTP线阵聚焦镜头、光纤密排和光电池组成； 所述机械结构部分包括光学平台，以光学平台为底板固定机箱，机箱内部为光学部件， 光学平台上面固定长导轨，长导轨包括上面板和两个侧面板，两个侧面板的下端内收，下端 部弯曲成小边，作为固定平面，其截面为梯形的部分上底宽于下底，长导轨的长向表面设有 两条平行的光滑金属条； 长导轨上依次置放三个导轨滑片，导轨滑片包括上面板和两个侧面板，两个侧面板的 下端内收，其截面为梯形的部分上底宽于下底，导轨滑片和长导轨相互滑动配合，以长导轨 为轨道左右移动，导轨滑片的侧面板设有螺孔，螺孔用于和调整螺钉配合； 三个导轨滑片分别为第一导轨滑片，第二导轨滑片，第三导轨滑片； 第一导轨滑片上固定第一支架座，第一支架座上固定外支架A，外支架A内插入光纤支 架插杆，光纤支架插杆与光纤密排支架的底部连接；光纤密排支架上固定光纤密排； 第二导轨滑片上固定第二支架座，第二支架座上固定外支架B，外支架B内插入镜头支 架插杆，镜头支架插杆与镜头支架的底部连接；镜头支架上固定高分辨率CTP线阵聚焦镜 头（19); 第三导轨滑片上固定第三支架座，第三支架座上固定外支架C，外支架C内插入光电池 支架插杆，光电池支架插杆与光电池支架的底部连接；光电池支架上固定光电池；长导轨 (7) 的最右端为散热装置。
[0008] 所述的CTP全自动校准老化系统的实现方法，其特征在于，包括扫描卡信号处理 过程和采集卡信号处理过程； 扫描卡信号处理过程为： a) 扫描卡通电后，主控制器STM32F103首先进行初始化，对片上外设串口、SPI通信口 初始化； b) 初始化结束后，进入主循环，开始正常的老化测试，当接收到来自上位机的老化命令 后，进入老化状态，同时发送老化命令给采集卡，采集卡准备完成后返回准备完成命令，然 后开始采集并保存数据； c) 当一次老化完成后扫描卡发送老化完成命令给采集卡，采集卡将本次采集数据发送 给扫描卡，若接收到校光数据命令，则将当前读取的光能量数据发送给扫描卡，FPGA芯片接 收主控制器STM32F103的命令后发送各种扫描信号给电源驱动板； 采集卡信号处理过程为： 1) 采集卡通电后，单片机Atmega8首先进行初始化，对片上外设串口、I2C通信口、模 拟-数字转换器ADC初始化； 2) 初始化结束后，进入主循环，开始采集光能量，间隔2s采集一次温度，当接收到发 送命令后，将至于采集卡的发送数据指令置位，发送数据指令为1时通过串口将数据发送 给扫描卡，完成一次数据传输，数据发送结束后又进入主循环采集数据；发送数据指令不为 1时，继续进入主循环采集光能量，如此无限循环； 3) 上位机操作软件界面，上位机和扫描卡通过MAX232通信连接进行双向信息交互，上 位机可进行能量读取、自动校光、单通道打开/关闭和数据保存功能； 4) 老化测试命令由上位机发出，扫描卡接收到该命令后进入老化测试模式，同时发送 老化测试命令给采集卡，当上位机接收到采集卡返回的老化测试准备完成命令后，开始老 化测试； 5) 上位机软件采用RS232通信方式，在RS232标准通信协议基础上自定义了具有超强 抗干扰通信协议，保证数据传输的可靠性与准确性，实现对LD模块的光功率校准与读取， 电流设定与读取和数据保存功能； 老化测试平台工作流程包括以下步骤： 1) 连接所有线路，并确保各接口连接正确且稳固；先连接扫描卡与采集卡之间的连线， 然后连接扫描卡与上位机之间的连线； 2) 调节光学系统：先固定S排和镜头，然后调节旋钮，使S排中心、镜头中心、光电池中 心在同一水平线上； 3) 模块初始化；采集卡主控核心单片机Atmega8初始化，对EEPROM芯片AT24C02操作， 进入接收命令状态；扫描卡主控制器STM32F103初始化，进入接收命令状态； 4) 上位机软件设置；先读取上次保存的参数，设置相应的校光参数，进行自动校光功 能，将N通道激光器能量校准到同一水平，并将此时的参数保存到EEPROM芯片AT24C02中， 然后进行预设的老化测试状态； 5) 根据实际情况，判断是否需要进行光能量读取与再校准，并随时做好数据记录与保 存。
[0009] 本发明的有益效果是：CTP全自动校准老化系统采用光能量采集系统，光纤密排 和高分辨率镜头相结合的方式，利用激光光束的高斯特性与相干特性进行焦深扩展，克服 古几何光学中设计数值孔径对焦深的束缚，实现不低于10微米点间分辨率。集成了线性光 纤密排组件，通过ST光纤接口将激光能量汇集到紧密排列的光纤端面线阵；集成高分辨率 的精密光学镜头；集成激光功率动态采集单元，实现闭环激光功率自动校准、达到高均匀度 曝光的目的，提高了曝光制版效率，改善了成像质量，实现了高精度制版印刷质量，提高了 CTP光源模组的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1、为CTP全自动校准老化系统内部结构图； 图2、为CTP全自动校准老化系统整体结构图； 图3、为光能量采集传输系统电路框图； 图4、为采集卡程序流程图； 图5、为扫描卡程序流程图； 图6、高分辨率CTP线阵聚焦镜头结构图 图7、光纤密排结构图 图8、光电池结构图 图中：1.光纤密排支架，2.镜头支架，3.光电池支架，4.散热装置，5.第一支架座， 6.第一长导轨滑片，7.长导轨，8.第二支架座，9.第二导轨滑片，10.第三支架座，11.第三 导轨滑片，12.光纤支架插杆，13.外支架A，14.镜头支架插杆，15.外支架B，16.光电池支 架插杆，17.外支架C，18.光学平台，19.高分辨率CTP线阵聚焦镜头，20.光纤密排，21.光 电池，22.风扇，23.风扇罩，24.散热片，25.风扇支架，26.左前门，27.右前门，28.镜头保 护罩，29.机箱把手。
【具体实施方式】
[0011] 为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明： 如图1至图8所示，CTP全自动校准老化系统，包括光能量采集系统，高精度光学聚焦 系统和机械结构部分，所述光能量采集系统包括扫描卡和采集卡，扫描卡和采集卡之间通 过MAX232通信接口连接通信，所述扫描卡与上位机之间通过MAX232通信接口连接通信； 光能量采集传输系统的扫描卡电路包括主控制器STM32F103、FPGA芯片和两个MAX232 通信接口芯片；主控制器STM32F103分别与FPGA芯片、两个MAX232通信接口芯片连接； 采集卡电路包括单片机Atmega8、EEPROM芯片AT24C02、MAX232通信接口、温度传感器 DS18B20、光电池；单片机Atmega8分别与EEPROM芯片AT24C02、MAX232通信接口、温度传感 器DS18B20、光电池连接； 扫描卡的主控核心是主控制器STM32F103和FPGA芯片，主控制器STM32F103负责解析 上位机发送的命令、接收来自采集卡的数据，以及和FPGA芯片进行通信工作； 采集卡的主控核心是单片机Atmega8,负责EEPROM芯片AT24C02的读写、通信处理、数 据采集工作，扫描卡通过MAX232通信接口与采集卡进行双向信息交互，以完成整个老化测 试系统的底层驱动； 所述高精度聚焦系统由高分辨率CTP线阵聚焦镜头19、光纤密排20和光电池21组成， 实现不低于IOmm点间分辨率的高分辨率CTP线阵聚焦镜头组设计； 所述机械结构部分包括光学平台18,以光学平台18为底板固定机箱，机箱内部为光 学部件，光学平台18上面固定长导轨7,长导轨7包括上面板和两个侧面板，两个侧面板的 下端内收，下端部弯曲成小边，作为固定平面，其截面为梯形的部分上底宽于下底，长导轨7 的长向表面设有两条平行的光滑金属条； 长导轨7上依次置放三个导轨滑片，导轨滑片包括上面板和两个侧面板，两个侧面板 的下端内收，其截面为梯形的部分上底宽于下底，导轨滑片和长导轨7相互滑动配合，以长 导轨7为轨道左右移动，导轨滑片的侧面板设有螺孔，螺孔用于和调整螺钉配合； 三个导轨滑片分别为第一导轨滑片6,第二导轨滑片9,第三导轨滑片11， 第一导轨滑片6上固定第一支架座5,第一支架座5上固定外支架A13,外支架A13内 插入光纤支架插杆12,光纤支架插杆12与光纤密排支架1的底部连接；光纤密排支架1上 固定光纤密排20 ; 第二导轨滑片9上固定第二支架座8,第二支架座8上固定外支架B15,外支架B15内 插入镜头支架插杆14,镜头支架插杆14与镜头支架2的底部连接；镜头支架2上固定高分 辨率CTP线阵聚焦镜头19 ; 第三导轨滑片11上固定第三支架座10,第三支架座10上固定外支架C17,外支架C17 内插入光电池支架插杆16,光电池支架插杆16与光电池支架3的底部连接；光电池支架3 上固定光电池21，长导轨7的最右端为散热装置。
[0012] 上位机和扫描卡通过MAX232通信连接进行双向信息交互，上位机可进行能量读 取、自动校光、单通道打开/关闭和数据保存功能。
[0013] 老化测试命令由上位机发出，扫描卡接收到该命令后进入老化测试模式，同时发 送老化测试命令给采集卡，当上位机接收到采集卡返回的老化测试准备完成命令后，开始 老化测试。通过上位机可完成所有老化测试功能，不仅操作简单，并且大大减小了工作量。
[0014] 上位机软件采用RS232通信方式，在RS232标准通信协议基础上自定义了具有超 强抗干扰通信协议，保证数据传输的可靠性与准确性，实现对LD的光功率校准与读取，电 流设定与读取和数据保存功能，各个部分功能介绍如下所示 1.实际功率、电流设定参数和校准状态显示区域，序号〇?63与电源驱动板上通道 的?CH63--对应。
[0015] 2.读取LD的光功率和电流设定参数，数据显示在"显示区域1"的相应区域中，单 击"读光功率64"按钮后等待2分钟左右，数据将显示在"实际功率"列对应区域。
[0016] 3. A、手动修改任意通道电流设定参数。默认状态下"显示区域1"中电流设定列 是不可修改的，当需要对多通道电流设定参数修改时，先勾选"修改电流"前的复选框，然后 在"显示区域1"中进行修改，修改完成后单击"更新电流"按钮，将相应的电流设定参数发 送至电源驱动板，同时"修改电流"前的复选框变成非勾选状态，"显示区域1"中的电流设 定列变成不可修改状态，"更新电流"按钮变成灰色。B、单击"保存TXT"按钮可将"显示区 域1"中的参数按显示格式保存为txt文本。
[0017] 4.单通道电流参数设定和读取光功率。设定好相应的通道ID，如果需要设定电流 贝U在"电流值"处填写电流值，然后单击"设定单点电流"按钮；如果需要读取某通道的光功 率，则设定好通道ID后，直接单击"读单点光功率"按钮。
[0018] 5.串口设定。总共三个串口，前面两个串口连接电源驱动板上的串口，分别对应 (T31和32飞3路，最后一个串口连接到校光板上的串口。当插拔或更换串口线，可单击"刷 新串口"按钮获取当前可用的串口号信息。通信格式：9600，N，8，1。
[0019] 6.单通道开/关功能：控制任意一路打开或关闭。多通道开/关功能：保留功能 7.自动校光参数设定。"预设值":期望的光功率值。"误差值":光功率校光误差范围。
[0020] "高限值"：电流高限值，最大值为125。"低限值"：电流低限值，最小值为0。填好 相应参数后，单击"参数设定"按钮，然后单击"自动校光"按钮开始校光，整个校光过程持 续2分钟左右，校光过程中可以通过"校光停止"按钮停止校光。
[0021] 8. "保存EE" :将设定电流值保存到电源驱动板上的EEPROM中。"清空数据"：清 空区域1中的所有数据。"打开/关闭软件":打开/关闭软件。
[0022] 9.串口连接及时间状态显示。
[0023] 高精度光学聚焦系统包括光纤密排，高分辨率CTP线阵聚焦镜头，光电池。保证光 纤密排，高分辨率CTP线阵聚焦镜头，光电池均固定在机械结构的相应位置上，通过调节旋 钮能够使密排中心，高分辨率CTP线阵聚焦镜头中心，光电池中心处于同一水平线上。
[0024] CTP镜头采用覆盖热敏CTP、光敏CTP、对开机、四开机、全开机、多种CTP机型。
[0025] CTP镜头常用玻璃有冕牌玻璃，火石玻璃。结构为冕牌在前火石在后。
[0026] 光纤密排中将两个32路光纤排水平堆叠，令64个光斑相切，通过缩小倍率为6. 25 倍的CTP镜头，在滚筒上得到64个连续相切的，IOum大小的曝光光点。此时，光纤排旋转角 度§对系统分辨率和对接点的影响变为：
【权利要求】
1. CTP全自动校准老化系统，包括光能量采集系统，高精度光学聚焦系统和机械结构部 分和上位机，其特征在于，所述光能量采集系统包括扫描卡和采集卡，扫描卡和采集卡之间 通过MAX232)通信接口连接通信，所述扫描卡与上位机之间通过MAX232通信接口连接通 f目； 光能量采集传输系统的扫描卡电路包括主控制器STM32F103、FPGA芯片和两个MAX232 通信接口芯片；主控制器STM32F103分别与FPGA芯片、两个MAX232通信接口芯片连接； 采集卡电路包括单片机Atmega8、EEPROM芯片AT24C02、MAX232通信接口、温度传感器 DS18B20、光电池；单片机Atmega8分别与EEPROM芯片AT24C02、MAX232通信接口、温度传感 器DS18B20、光电池连接； 扫描卡的主控核心是主控制器STM32F103和FPGA芯片，主控制器STM32F103负责解析 上位机发送的命令、接收来自采集卡的数据，以及和FPGA芯片进行通信工作； 采集卡的主控核心是单片机Atmega8,负责EEPROM芯片AT24C02的读写、通信处理、数 据采集工作，扫描卡通过MAX232通信接口与采集卡进行双向信息交互，以完成整个老化测 试系统的底层驱动； 所述高精度聚焦系统由高分辨率CTP线阵聚焦镜头（19)、光纤密排（20)和光电池（21) 组成； 所述机械结构部分包括光学平台（18)，以光学平台（18)为底板固定机箱，机箱内部 为光学部件，光学平台（18)上面固定长导轨（7)，长导轨（7)包括上面板和两个侧面板，两 个侧面板的下端内收，下端部弯曲成小边，作为固定平面，其截面为梯形的部分上底宽于下 底，长导轨（7)的长向表面设有两条平行的光滑金属条； 长导轨（7)上依次置放三个导轨滑片，导轨滑片包括上面板和两个侧面板，两个侧面板 的下端内收，其截面为梯形的部分上底宽于下底，导轨滑片和长导轨（7)相互滑动配合，以 长导轨（7)为轨道左右移动，导轨滑片的侧面板设有螺孔，螺孔用于和调整螺钉配合； 三个导轨滑片分别为第一导轨滑片（6)，第二导轨滑片（9)，第三导轨滑片（11); 第一导轨滑片（6)上固定第一支架座（5)，第一支架座（5)上固定外支架A (13)，外支 架A (13)内插入光纤支架插杆（12)，光纤支架插杆（12)与光纤密排支架（1)的底部连接； 光纤密排支架（1)上固定光纤密排（20); 第二导轨滑片（9)上固定第二支架座（8)，第二支架座（8)上固定外支架B (15)，外支 架B (15)内插入镜头支架插杆（14)，镜头支架插杆（14)与镜头支架（2)的底部连接；镜头 支架（2)上固定高分辨率CTP线阵聚焦镜头（19); 第三导轨滑片（11)上固定第三支架座（10)，第三支架座（10)上固定外支架C (17)，外 支架C (17)内插入光电池支架插杆（16)，光电池支架插杆（16)与光电池支架（3)的底部 连接；光电池支架（3)上固定光电池（21);长导轨（7)的最右端为散热装置。
2. 如权利要求1所述的CTP全自动校准老化系统的实现方法，其特征在于，包括扫描卡 信号处理过程和采集卡信号处理过程； 扫描卡信号处理过程为： a) 扫描卡通电后，主控制器STM32F103首先进行初始化，对片上外设串口、SPI通信口 初始化； b) 初始化结束后，进入主循环，开始正常的老化测试，当接收到来自上位机的老化命令 后，进入老化状态，同时发送老化命令给采集卡，采集卡准备完成后返回准备完成命令，然 后开始采集并保存数据； C)当一次老化完成后扫描卡发送老化完成命令给采集卡，采集卡将本次采集数据发送 给扫描卡，若接收到校光数据命令，则将当前读取的光能量数据发送给扫描卡，FPGA芯片接 收主控制器STM32F103的命令后发送各种扫描信号给电源驱动板； 采集卡信号处理过程为： 1) 采集卡通电后，单片机Atmega8首先进行初始化，对片上外设串口、I2C通信口、模 拟-数字转换器ADC初始化； 2) 初始化结束后，进入主循环，开始采集光能量，间隔2s采集一次温度，当接收到发 送命令后，将至于采集卡的发送数据指令置位，发送数据指令为1时通过串口将数据发送 给扫描卡，完成一次数据传输，数据发送结束后又进入主循环采集数据；发送数据指令不为 1时，继续进入主循环采集光能量，如此无限循环； 3) 上位机操作软件界面，上位机和扫描卡通过MAX232通信连接进行双向信息交互，上 位机可进行能量读取、自动校光、单通道打开/关闭和数据保存功能； 4) 老化测试命令由上位机发出，扫描卡接收到该命令后进入老化测试模式，同时发送 老化测试命令给采集卡，当上位机接收到采集卡返回的老化测试准备完成命令后，开始老 化测试； 5) 上位机软件采用RS232通信方式，在RS232标准通信协议基础上自定义了具有超强 抗干扰通信协议，保证数据传输的可靠性与准确性，实现对LD模块的光功率校准与读取， 电流设定与读取和数据保存功能； 老化测试平台工作流程包括以下步骤： 1) 连接所有线路，并确保各接口连接正确且稳固；先连接扫描卡与采集卡之间的连线， 然后连接扫描卡与上位机之间的连线； 2) 调节光学系统：先固定S排和镜头，然后调节旋钮，使S排中心、镜头中心、光电池中 心在同一水平线上； 3) 模块初始化；采集卡主控核心单片机Atmega8初始化，对EEPROM芯片AT24C02操作， 进入接收命令状态；扫描卡主控制器STM32F103初始化，进入接收命令状态； 4) 上位机软件设置；先读取上次保存的参数，设置相应的校光参数，进行自动校光功 能，将N通道激光器能量校准到同一水平，并将此时的参数保存到EEPROM芯片AT24C02中， 然后进行预设的老化测试状态； 5) 根据实际情况，判断是否需要进行光能量读取与再校准，并随时做好数据记录与保 存。
【文档编号】G01M11/02GK104406774SQ201410736281
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月7日 优先权日:2014年12月7日
【发明者】冯永茂, 关世阳, 吴克强, 孙哲 申请人:矽卓光电技术（天津）有限公司