CN102545010B - 一种激光器的油箱控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光器的油箱控制装置，包括单片机控制模块、功率模拟量转换电路、尖脉冲模拟量转换电路及加法器电路；其中，单片机控制模块，用于产生并输出第一路脉冲宽度调制信号和第二路脉冲宽度调制信号，以及产生功率信号模拟量和尖脉冲功率信号模拟量；功率模拟量转换电路，用于产生功率模拟量输出信号，并发送给加法器电路；尖脉冲模拟量转换电路，用于产生尖脉冲模拟量输出信号，并发送给加法器电路；加法器电路，用于生成用于控制激光器油箱工作模式的控制信号。采用本发明的控制装置可实现对激光器油箱工作模式的可靠控制，以使得激光器切割质量和速度提高，焊接薄板速度大大提高，能有效的切割、焊接铜和铝等有色金属材料。

Description

一种激光器的油箱控制装置

技术领域

本发明涉及激光加工设备技术领域，更具体地说，涉及一种激光器的油箱控制装置。

背景技术

在进行激光切割、焊接等加工时，要求切缝焊缝光洁平整、无毛刺，切割、焊接速度尽可能提高，且要能够切割、焊接高反射率的难加工材料。为了很好的满足以上要求，激光器需要输出连续波、门脉冲、强脉冲和超脉冲4种工作模式。而激光器输出的模式是由油箱的工作模式控制的，控制好油箱的工作模式就可以实现上述四种工作模式，使得激光器满足激光切割、焊接等加工要求。现有技术中，由于种种原因，均无法较好实现上述对油箱工作模式的控制，因此难以达到激光器的各种加工要求，例如快速薄板焊接，以及高效切割、焊接铜和铝等有色金属材料等。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可实现对激光器油箱工作模式可靠控制的激光器的油箱控制装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种激光器的油箱控制装置，包括单片机控制模块、功率模拟量转换电路、尖脉冲模拟量转换电路及加法器电路；其中，所述单片机控制模块，用于产生并输出频率相同、占空比可调的第一路脉冲宽度调制信号和第二路脉冲宽度调制信号，以及产生用于控制油箱的放电电流的功率信号模拟量和用于控制强脉冲加强功率的尖脉冲功率信号模拟量；

所述功率模拟量转换电路的输入端与所述单片机控制模块的输出端相电连接，用于根据所述功率信号和所述第一路脉冲宽度调制信号产生功率模拟量输出信号，并发送给所述加法器电路；

所述尖脉冲模拟量转换电路的输入端与所述单片机控制模块的输出端相电连接，用于根据所述第二路脉冲宽度调制信号和所述尖脉冲功率信号产生尖脉冲模拟量输出信号，并发送给所述加法器电路；

所述加法器电路，用于对所述功率模拟量输出信号和所述尖脉冲模拟量输出信号进行叠加运算，生成用于控制激光器油箱工作模式的控制信号。

本发明所述的油箱控制装置，其中，所述单片机控制模块还包括最小电流模拟量输出端，用于输出最小电流模拟量，以保持所述激光器油箱最小电流放电。

本发明所述的油箱控制装置，其中，所述单片机控制模块还包括电子光闸信号输出端，用于输出电子光闸信号，以控制是否输出所述功率模拟量输出信号和所述尖脉冲模拟量输出信号至所述加法器电路。

本发明所述的油箱控制装置，其中，所述单片机控制模块还包括工作模式选择信号输出端，用于输出选择连续波、门脉冲、强脉冲和超脉冲四种工作模式的工作模式选择信号。

本发明所述的油箱控制装置，其中，所述功率模拟量转换电路包括第一反向运算放大器、第二反向运算放大器和第一与门；所述电子光闸信号和所述第一路脉冲宽度调制信号与所述第一与门输入端电连接；

所述第一与门的输出端与所述第一反向运算放大器的同相输入端电连接，所述功率信号与所述第一反向运算放大器的反向输入端和所述第二反向运算放大器的同向输入端电连接；

所述第一反向运算放大器的输出端通过耦合电容接地，所述第二反向运算放大器的反向输入端和输出端电连接。

本发明所述的油箱控制装置，其中，所述尖脉冲模拟量转换电路包括第二与门、第三反向运算放大器、第四反向运算放大器和模式选择器；其中，所述电子光闸信号和所述第二路脉冲宽度调制信号与所述第二与门输入端电连接；

所述第二与门的输出端与所述第三反向运算放大器的同相输入端电连接，所述尖脉冲功率信号与所述第三反向运算放大器的反向输入端和所述模式选择器输入端电连接；

所述工作模式选择信号与所述模式选择器的选择信号输入端电连接，所述模式选择器输出端与所述第四反向运算放大器的同相输入端电连接，所述第四反向运算放大器的反向输入端和输出端电连接。

本发明所述的油箱控制装置，其中，所述加法器电路包括第五反向运算放大器和第六反向运算放大器：

所述第五反向运算放大器包括：

连接所述第二反向运算放大器输出端的第一反向输入端，以接入所述功率模拟量输出信号：

连接所述第四反向运算放大器输出端的第二反向输入端，以接入所述尖脉冲模拟量输出信号；

连接所述最小电流模拟量输出端的第三反向输入端，以接入所述最小电流模拟量；

所述第五反向运算放大器的同相输入端接地，所述第五反向运算放大器的输出端与所述第一反向输入端、第二反向输入端、所述第三反向输入端和所述第六反向运算放大器的反向输入端电连接；

所述第六反向运算放大器的同相输入端接地，所述第六反向运算放大器的反向输入端与输出端连接，以输出所述控制信号。

本发明所述的油箱控制装置，其中，所述单片机控制模块包括有数模转换电路，用于对所述功率信号和所述尖脉冲功率信号进行数模转换，输出功率信号模拟量和尖脉冲功率信号模拟量。

本发明的有益效果在于：通过由单片机控制模块输出两路脉冲宽度调制信号、功率信号和尖脉冲功率信号的模拟量，并由功率模拟量转换电路和尖脉冲模拟量转换电路分别述信号进行转换，产生功率模拟量输出信号和尖脉冲模拟量输出信号后发送给加法器电路，由加法器电路对其进行叠加运算，产生能控制激光器油箱工作于四种不同工作模式的控制信号。采用本发明的装置可实现对激光器油箱工作模式的可靠控制，以使得激光器切割质量和速度提高，焊接薄板速度大大提高，能有效的切割、焊接铜和铝等有色金属材料。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明较佳实施例的激光器的油箱控制装置原理框图；

图2是本发明较佳实施例的功率模拟量转换电路原理示意图；

图3是本发明较佳实施例的尖脉冲模拟转换电路原理示意图；

图4是本发明较佳实施例的加法器电路原理示意图。

具体实施方式

本发明较佳实施例的激光器的油箱控制装置原理框图如图1所示，包括单片机控制模块10、功率模拟量转换电路20、尖脉冲模拟量转换电路30及加法器电路40。其中，单片机控制模块10，用于产生并输出频率相同、占空比可调的第一路脉冲宽度调制信号和第二路脉冲宽度调制信号，以及产生用于控制油箱的放电电流的功率信号模拟量和用于控制强脉冲加强功率的尖脉冲功率信号模拟量；功率模拟量转换电路20的输入端与单片机控制模块10的输出端相电连接，用于根据功率信号和第一路脉冲宽度调制信号产生功率模拟量输出信号，并发送给加法器电路；尖脉冲模拟量转换电路30的输入端与单片机控制模块10的输出端相电连接，用于根据第二路脉冲宽度调制信号和尖脉冲功率信号产生尖脉冲模拟量输出信号，并发送给加法器电路40；加法器电路40，用于对功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT和尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT进行叠加运算，生成用于控制激光器油箱工作模式的控制信号。

本实施例中，通过单片机控制模块10产生的两路脉冲宽度调制信号(PWM1和PWM2)和功率信号、尖脉冲功率信号，再通过功率模拟量转换电路20和尖脉冲模拟量转换电路30分别对上述信号进行转换，输出功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT和尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT，然后再由加法器电路40对上述功率模拟量输出信号和尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT进行叠加运算，得到用于控制激光器油箱工作模式的控制信号。通过本实施例的方案可以实现激光器油箱在连续工作模式时输出功率连续可调，脉冲工作模式时瞬时输出功率和脉冲时间宽度(占空比)连续可调，脉冲频率可变，使激光器按指定的工作模式工作，满足激光器切割和焊接加工的需要。

上述实施例中，单片机控制模块10采用ARM7系列芯片LPC2214、LPC2214来实现，该单片机控制模块10中可自带模数转换电路，用于对功率信号和尖脉冲功率信号进行数模转换，输出功率信号模拟量和尖脉冲功率信号模拟量；也可通过单片机控制模块10外接模数转换电路(DAC)来实现该功能。

在进一步的实施例中，如图1所示，上述单片机控制模块10还包括输出最小电流模拟量的最小电流模拟量输出端(即MIN_CURRENT_OUT输出端)15，用于保持激光器油箱最小电流放电。

在更进一步的实施例中，如图1所示，上述单片机控制模块10还包括输出电子光闸信号的电子光闸信号输出端(即EL输出端)16，用于控制是否输出功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT和尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT至加法器电路40。

在更进一步的实施例中，如图1所示，上述单片机控制模块10还包括工作模式选择信号输出端(即SP/HP_CHOOSE输出端)17，用于输出工作模式选择信号，以便于选择连续波、门脉冲、强脉冲和超脉冲四种工作模式的。

在优选的实施例中，如图1所示，单片机控制模块10的输出端同时包括第一路脉冲宽度调制信号输出端(即PWM1输出端)11、第二路脉冲宽度调制信号输出端(即PWM2输出端)12、功率信号模拟量输出端(即POWER_ADJ输出端)13、尖脉冲功率信号模拟量输出端(即PP_POWER_ADJ输出端)14、最小电流模拟量输出端(即MIN_CURRENT_OUT输出端)15、电子光闸信号输出端(即EL输出端)16和工作模式选择信号输出端(即SP/HP_CHOOSE输出端)17，分别用于输出第一路脉冲宽度调制信号PWM1、第二路脉冲宽度调制信号PWM2、功率信号模拟量POWER_ADJ、尖脉冲功率信号模拟量PP_POWER_ADJ、最小电流模拟量MIN_CURRENT_OUT、电子光闸信号EL和工作模式选择信号SP/HP_CHOOSE。

上述实施例中，功率模拟量转换电路20、尖脉冲模拟量转换电路30及加法器电路40可采用运算放大器、电阻、二极管、电容等常规元件组成，可以有多种形式，只需要能实现各自的功能即可。

优选地，上述各实施例中的功率模拟量转换电路20原理如图2所示，包括第一反向运算放大器22、第二反向运算放大器23和第一与门21，在第一反向运算放大器22、第二反向运算放大器23和第一与门21之间，通过常规电阻、二极管、电容等进行连接，各自具体功能作用在此不一一赘述。电子光闸信号EL和第一路脉冲宽度调制信号PWM1与第一与门21的输入端电连接；第一与门21的输出端与第一反向运算放大器22的同相输入端电连接，功率信号模拟量POWER_ADJ与第一反向运算放大器22的反向输入端和第二反向运算放大器23的同向输入端电连接；第一反向运算放大器22的输出端通过耦合电容接地，第二反向运算放大器23的反向输入端和输出端电连接。

优选地，上述各实施例中的尖脉冲模拟量转换电路30如图3所示，包括第二与门31、第三反向运算放大器32、第四反向运算放大器33和模式选择器34，在第二与门31、第三反向运算放大器32、第四反向运算放大器33和模式选择器34之间，通过常规电阻、二极管、电容等进行连接，各自具体功能作用在此不一一赘述。其中，电子光闸信号EL和第二路脉冲宽度调制信号PWM2与第二与门输入31端电连接；第二与门31的输出端与第三反向运算放大器32的同相输入端电连接，尖脉冲功率信号模拟量PP_POWER_ADJ与第三反向运算放大器32的反向输入端和模式选择器34输入端电连接；工作模式选择信号SP/HP_CHOOSE与模式选择器34的选择信号输入端电连接，模式选择器34输出端与第四反向运算放大器33的同相输入端电连接，第四反向运算放大器33的反向输入端和输出端电连接。

优选地，上述各实施例中的加法器电路40如图4所示，包括第五反向运算放大器41和第六反向运算放大器42，在第五反向运算放大器41和第六反向运算放大器42之间，通过常规电阻进行耦合连接，各个电阻的具体功能作用在此不一一赘述。第五反向运算放大器41包括：连接第二反向运算放大器输出端23的第一反向输入端，以接入功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT：连接第四反向运算放大器输出端33的第二反向输入端，以接入尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT；连接最小电流模拟量输出端15的第三反向输入端，以接入最小电流模拟量MIN_CURRENT_OUT；第五反向运算放大器41的同相输入端接地，第五反向运算放大器41的输出端与第一反向输入端、第二反向输入端、第三反向输入端和第六反向运算放大器42的反向输入端电连接；第六反向运算放大器42的同相输入端接地，第六反向运算放大器42的反向输入端与输出端连接，以输出控制信号POWER_OUT。

上述优选实施例中，当要使激光器的油箱处于最小的放电状态时，则电子光闸信号EL关为低电平(关闭)，调节最小电流模拟量MIN_CURRENT_OUT，就可以微调最小放电的电流。请参阅图2，当电子光闸信号EL关为低电平时，第一与门21的输出端为低电平，从而使得第一反向运算放大器22的同相输入端接地，功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT为零；同理，参阅图3，尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT也为零。参阅图4，此时只有最小电流模拟量MIN_CURRENT_OUT信号从第五反向运算放大器41的第三反向输入端输入，通过改变最小电流模拟量MIN_CURRENT_OUT的值即可实现对加法器电路40输出信号的控制，从而实现对最小放电电流的微调。

当要使油箱在连续波的工作模式时，则电子光闸信号EL为高电平(开启)，工作模式选择信号SP/HP_CHOOSE为低电平，第一路脉冲宽度调制信号PWM1一直处于高电平的状态，调节功率信号模拟量POWER_ADJ，就可以调节油箱连续波的放电电流，从而调节激光的功率。请参阅附图2，当电子光闸信号EL为高电平、第一路脉冲宽度调制信号PWM1一直处于高电平的状态时，第一与门21的输出端保持高电平，连接第一与门21与第一运算放大器22的二极管导通，第一运算放大器22的同相输入端输入高电平，使得功率模拟量转换电路20的输出信号功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT与功率信号模拟量POWER_ADJ保持一致。请参阅图3和图4，由于工作模式选择信号SP/HP_CHOOSE为低电平，则尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT为零，从而使得加法器电路的输出控制信号POWER_OUT大小由功率信号模拟量POWER_ADJ决定，通过调节功率信号模拟量POWER_ADJ，就可以调节油箱连续波的放电电流，从而调节激光的功率。

当要使油箱处于门脉冲波的工作模式时，则电子光闸信号EL为高电平(开启)，工作模式选择信号SP/HP_CHOOSE为低电平，第一路脉冲宽度调制信号PWM1一直处于高/低电平的脉冲状态，调节功率信号模拟量POWER_ADJ，就可以调节油箱门脉冲的放电电流，从而调节激光的功率。请参阅图2，当电子光闸信号EL为高电平、第一路脉冲宽度调制信号PWM1一直处于高/低电平的脉冲状态时，第一与门21的输出端电平与第一路脉冲宽度调制信号PWM1电平保持一致，经过第一运算放大器22和第二运算放大器23后，与功率信号模拟量POWER_ADJ一起叠加形成门脉冲信号，即功率模拟量转换电路20的输出信号功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT为门脉冲信号。请参阅图3，由于工作模式选择信号SP/HP_CHOOSE为低电平，则尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT为零，从而使得加法器电路的输出控制信号POWER_OUT大小由功率信号模拟量POWER_ADJ决定，通过调节功率信号模拟量POWER_ADJ，就可以调节油箱门脉冲的放电电流，从而调节激光的功率。

当要使油箱处于强脉冲的工作模式时，则电子光闸信号EL为高电平(开启)，工作模式选择信号SP/HP_CHOOSE为高电平，第一路脉冲宽度调制信号PWM1和第二路脉冲宽度调制信号PWM2都要一直处于高/低电平的脉冲状态，调节功率信号模拟量POWER_ADJ，就可以调节油箱强脉冲的放电电流，从而调节激光的功率。请参阅图2，当电子光闸信号EL为高电平、第一路脉冲宽度调制信号PWM1处于高/低电平的脉冲状态时，功率模拟量转换电路20输出的功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT为脉冲信号；请参阅图3，当电子光闸信号EL为高电平、第二路脉冲宽度调制信号PWM2处于高/低电平的脉冲状态，且工作模式选择信号SP/HP_CHOOSE为高电平时，尖脉冲模拟量转换电路30输出的尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT大小由尖脉冲信号模拟量PP_POWER_ADJ的大小决定。参阅图4，加法器电路40对尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT和功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT进行叠加运算后，形成强脉冲，通过调节功率信号模拟量POWER_ADJ，就可以调节油箱强脉冲的放电电流，从而调节激光的功率。

当要使油箱处于超脉冲的工作模式时，则电子光闸信号EL为高电平(开启)，工作模式选择信号SP/HP_CHOOSE为高电平，第一路脉冲宽度调制信号PWM1一直处于高电平状态，第二路脉冲宽度调制信号PWM2一直处于高/低电平的脉冲状态，调节功率信号模拟量POWER_ADJ，就可以调节油箱超脉冲的放电电流，从而调节激光的功率。请参阅图2，当电子光闸信号EL为高电平、第一路脉冲宽度调制信号PWM1一直处于高电平状态时，功率模拟量转换电路20输出的功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT为连续信号；请参阅图3，当电子光闸信号EL为高电平、第二路脉冲宽度调制信号PWM2处于高/低电平的脉冲状态，且工作模式选择信号SP/HP_CHOOSE为高电平时，尖脉冲模拟量转换电路30输出的尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT大小由尖脉冲信号模拟量PP_POWER_ADJ的大小决定。参阅图4，加法器电路40对尖脉冲模拟量输出信号PP_POWER_OUT和功率模拟量输出信号POWER_ADJ_OUT进行叠加运算后，形成强脉冲，通过调节功率信号模拟量POWER_ADJ，就可以调节油箱超脉冲的放电电流，从而调节激光的功率。

综上，采用本发明的激光器的油箱控制装置可实现对激光器油箱工作模式的可靠控制，以使得激光器切割质量和速度提高，焊接薄板速度大大提高，能有效的切割、焊接铜和铝等有色金属材料。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明对本发明的油箱控制装置加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种激光器的油箱控制装置，其特征在于，包括单片机控制模块、功率模拟量转换电路、尖脉冲模拟量转换电路及加法器电路；其中，所述单片机控制模块，用于产生并输出频率相同、占空比可调的第一路脉冲宽度调制信号和第二路脉冲宽度调制信号，以及产生用于控制油箱的放电电流的功率信号模拟量和用于控制强脉冲加强功率的尖脉冲功率信号模拟量；

所述功率模拟量转换电路的输入端与所述单片机控制模块的输出端相电连接，用于根据所述用于控制油箱放电电流的功率信号和所述第一路脉冲宽度调制信号产生功率模拟量输出信号，并发送给所述加法器电路；

所述尖脉冲模拟量转换电路的输入端与所述单片机控制模块的输出端相电连接，用于根据所述第二路脉冲宽度调制信号和所述尖脉冲功率信号产生尖脉冲模拟量输出信号，并发送给所述加法器电路；

所述加法器电路，用于对所述功率模拟量输出信号和所述尖脉冲模拟量输出信号进行叠加运算，生成用于控制激光器油箱工作模式的控制信号。

2.根据权利要求1所述的油箱控制装置，其特征在于，所述单片机控制模块还包括最小电流模拟量输出端，用于输出最小电流模拟量，以保持所述激光器油箱最小电流放电。

3.根据权利要求2所述的油箱控制装置，其特征在于，所述单片机控制模块还包括电子光闸信号输出端，用于输出电子光闸信号，以控制是否输出所述功率模拟量输出信号和所述尖脉冲模拟量输出信号至所述加法器电路。

4.根据权利要求3所述的油箱控制装置，其特征在于，所述单片机控制模块还包括工作模式选择信号输出端，用于输出选择连续波、门脉冲、强脉冲和超脉冲四种工作模式的工作模式选择信号。

5.根据权利要求4所述的油箱控制装置，其特征在于，所述功率模拟量转换电路包括第一反向运算放大器、第二反向运算放大器和第一与门；所述电子光闸信号和所述第一路脉冲宽度调制信号与所述第一与门输入端电连接；

所述第一与门的输出端与所述第一反向运算放大器的同相输入端电连接，所述用于控制油箱放电电流的功率信号与所述第一反向运算放大器的反向输入端和所述第二反向运算放大器的同向输入端电连接；

所述第一反向运算放大器的输出端通过耦合电容接地，所述第二反向运算放大器的反向输入端和输出端电连接。

6.根据权利要求5所述的油箱控制装置，其特征在于，所述尖脉冲模拟量转换电路包括第二与门、第三反向运算放大器、第四反向运算放大器和模式选择器；其中，所述电子光闸信号和所述第二路脉冲宽度调制信号与所述第二与门输入端电连接；

所述第二与门的输出端与所述第三反向运算放大器的同相输入端电连接，所述尖脉冲功率信号与所述第三反向运算放大器的反向输入端和所述模式选择器输入端电连接；

所述工作模式选择信号与所述模式选择器的选择信号输入端电连接，所述模式选择器输出端与所述第四反向运算放大器的同相输入端电连接，所述第四反向运算放大器的反向输入端和输出端电连接。

7.根据权利要求6所述的油箱控制装置，其特征在于，所述加法器电路包括第五反向运算放大器和第六反向运算放大器：

所述第五反向运算放大器包括：

连接所述第二反向运算放大器输出端的第一反向输入端，以接入所述功率模拟量输出信号：

连接所述第四反向运算放大器输出端的第二反向输入端，以接入所述尖脉冲模拟量输出信号；

连接所述最小电流模拟量输出端的第三反向输入端，以接入所述最小电流模拟量；

所述第五反向运算放大器的同相输入端接地，所述第五反向运算放大器的输出端与所述第一反向输入端、第二反向输入端、所述第三反向输入端和所述第六反向运算放大器的反向输入端电连接；

所述第六反向运算放大器的同相输入端接地，所述第六反向运算放大器的反向输入端与输出端连接，以输出所述控制信号。

8.根据权利要求1所述的油箱控制装置，其特征在于，所述单片机控制模块包括有数模转换电路，用于对所述用于控制油箱放电电流的功率信号和所述尖脉冲功率信号进行数模转换，输出功率信号模拟量和尖脉冲功率信号模拟量。

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