CN104297920A - 光路指向闭环控制装置及其控制方法 - Google Patents

光路指向闭环控制装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了光路指向闭环控制装置，包括计算机处理器，点探测器、远点探测器将光路指向性实时数据传入计算机处理器，计算机处理器将判断数据通过USB传输线传输给近点控制器、远点控制器，所述近点控制器通过控制近点X轴压电马达、近点Y轴压电马达实现近点反射镜转动；远点控制器通过控制远点X轴压电马达、远点Y轴压电马达实现远点反射镜转动。本发明结构紧凑，操作方便，响应速度快，拥有良好扩展性，闭环调节可以有效降低染料激光振荡器输出光束漂移导致的激光长距离传输过程中光束发生的漂移，将漂移量降低到8个微弧度之内。压电惯性马达控制精度高、可靠性好、动作响应快。

Description

光路指向闭环控制装置及其控制方法
技术领域
本发明属于激光光路的控制装置，具体涉及一种光路指向闭环控制装置及其控制方法。
背景技术
随着光学系统应用领域的不断扩展，凝结大量研究成果的装备走出实验室、进入实际应用环境，例如远程高能激光输送系统，空间光通信、高精度激光加工设备以及测量设备。然而，使用环境中各种动态干扰的影响，如环境温度变化、大气湍流、灰尘烟雾、以及由各种原因引起的机械振动都会不同程度地影响光学系统的性能，光学系统的实用化进程受到极大的阻碍。因此，急需一种稳定的、高精度的、可调节的光路指向控制闭环系统。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供光路指向闭环控制装置及其控制方法。
    本发明的技术方案是：一种光路指向闭环控制装置，包括计算机处理器，点探测器、远点探测器将光路指向性实时数据传入计算机处理器，计算机处理器将判断数据通过USB传输线传输给近点控制器、远点控制器，所述近点控制器通过控制近点X轴压电马达、近点Y轴压电马达实现近点反射镜转动；远点控制器通过控制远点X轴压电马达、远点Y轴压电马达实现远点反射镜转动。
    所述的近点反射镜和远点反射镜均以45°角倾斜设置。
一种应用上述光路指向闭环控制装置的闭环控制方法，包括以下步骤：
（ⅰ）向探测器发出地址（s1）
每隔一定时间间隔，向近点探测器、远点探测器发出采集信号，收集光路位置信号、能量信号；
（ⅱ）探测器给出数值计算（s2）
近点探测器、远点探测器将采集数据传输到计算机处理器中；
（ⅲ）判断相应坐标及能量（s3）
根据预先设置好的闭环标准坐标及能量参数与近点探测器、远点探测器实际采集的参数进行比照，当坐标及能量都符合闭环标准时，视为正常,等待下次采集数据；当坐标超出闭环标准时，进入步骤（iv），当能量达到报警值时，视为异常，闭环断开；当坐标达到报警值时，视为异常，闭环断开；
（ⅳ）算法计算（s4）
利用计算机处理器中的单片机，处理并计算近点X轴压电马达、近点Y轴压电马达、远点X轴压电马达和远点Y轴压电马达所需位移量；
（ⅴ）向控制器发出信号（S5）
将处理计算后的数据向近点控制器、远点控制器发出信号，指定近点X轴压电马达、近点Y轴压电马达、远点X轴压电马达和远点Y轴压电马达进行相应幅度的调节；
（ⅵ）驱动电机进行调节（S6）
近点X轴压电马达、近点Y轴压电马达、远点X轴压电马达和远点Y轴压电马达驱动近点反射镜、远点反射镜完成主光路激光的闭环调整。
本发明结构紧凑，操作方便，响应速度快，拥有良好扩展性，闭环调节可以有效降低染料激光振荡器输出光束漂移导致的激光长距离传输过程中光束发生的漂移，将漂移量降低到8个微弧度之内。压电惯性马达控制精度高、可靠性好、动作响应快。
附图说明
图1 是本发明的装置结构示意图；
图2 是本发明的控制流程图。
     其中：
        1  近点探测器          2  远点探测器
        3  计算机处理器        4  USB传输线
        5  近点控制器          6  远点控制器
        7  近点反射镜          8  远点反射镜
        9  近点X轴压电马达    10 近点Y轴压电马达
        11 远点X轴压电马达    12 远点Y轴压电马达
        13 主光路激光。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种光路指向闭环控制装置，包括计算机处理器3，近点探测器1、远点探测器2将光路指向性实时数据传入计算机处理器3，计算机处理器3将判断数据通过USB传输线4传输给近点控制器5、远点控制器6，所述近点控制器5通过控制近点X轴压电马达9、近点Y轴压电马达10实现近点反射镜7转动；远点控制器6通过控制远点X轴压电马达11、远点Y轴压电马达12实现远点反射镜8转动。
    所述的近点反射镜7和远点反射镜8均以45°角倾斜设置。
一种应用上述光路指向闭环控制装置的闭环控制方法，包括以下步骤：
（ⅰ）向探测器发出地址（s1）
每隔一定时间间隔，向近点探测器1、远点探测器2发出采集信号，收集光路位置信号、能量信号；
（ⅱ）探测器给出数值计算（s2）
近点探测器1、远点探测器2将采集数据传输到计算机处理器3中；
（ⅲ）判断相应坐标及能量（s3）
根据预先设置好的闭环标准坐标及能量参数与近点探测器1、远点探测器2实际采集的参数进行比照，当坐标及能量都符合闭环标准时，视为正常,等待下次采集数据；当坐标超出闭环标准时，进入步骤（iv），当能量达到报警值时，视为异常，闭环断开；当坐标达到报警值时，视为异常，闭环断开；
（ⅳ）算法计算（s4）
利用计算机处理器3中的单片机，处理并计算近点X轴压电马达9、近点Y轴压电马达10、远点X轴压电马达11和远点Y轴压电马达12所需位移量；
（ⅴ）向控制器发出信号（S5）
将处理计算后的数据向近点控制器5、远点控制器6发出信号，指定近点X轴压电马达9、近点Y轴压电马达10、远点X轴压电马达11和远点Y轴压电马达12进行相应幅度的调节；
（ⅵ）驱动电机进行调节（S6）
近点X轴压电马达9、近点Y轴压电马达10、远点X轴压电马达11和远点Y轴压电马达12驱动近点反射镜7、远点反射镜8完成主光路激光13的闭环调整。
步骤（ⅲ）中的闭环判断逻辑为，默认闭环良好半径 R1 是光点坐标良好半径范围，闭环调节范围半径是表示光点坐标允许的最大半径范围，调节距离比值可以确定近点探测器1、远点探测器2半径的设置参数，例如近点探测器1的半径设置为R1=1000um，R2=3000um，调节距离比值为 2，那么远点探测器2半径就确定了 R1=2000 um，R2=6000 um。可手动输入调节半径 R1 与 R2，坐标点处于 R1 内无需自动调节，默认闭环情况良好，坐标点处于 R1 与 R2 之间时驱动电机调节使坐标点处于 R1 内，坐标点处于 R2 之范围外时：单次情况视为异常点剔除，连续 5 次信号的情况软件报警，闭环断开，当运行状态为闭环时，参数设置按钮无法按下。闭环调节速度和闭环调节加速度设置控制器闭环调节时的参数，根据现场条件可以自设。信号间隔时间可自设，如设置为 5 秒，则 5 秒内分别向近点探测器1、远点探测器2发送一次信号， 得到位置坐标。当上位机与控制器通讯良好时，闭环逻辑自测功能可以判断每个马达的转向的逻辑，例如当近点X轴压电马达9正转时，近点探测器1的X轴坐标增加，那么逻辑为 1，反之为0。
本发明结构紧凑，操作方便，响应速度快，拥有良好扩展性，闭环调节可以有效降低染料激光振荡器输出光束漂移导致的激光长距离传输过程中光束发生的漂移，将漂移量降低到8个微弧度之内。压电惯性马达控制精度高、可靠性好、动作响应快。

Claims (3)

1.一种光路指向闭环控制装置，包括计算机处理器（3），其特征在于：近点探测器（1）、远点探测器（2）将光路指向性实时数据传入计算机处理器（3），计算机处理器（3）将判断数据通过USB传输线（4）传输给近点控制器（5）、远点控制器（6），所述近点控制器（5）通过控制近点X轴压电马达（9）、近点Y轴压电马达（10）实现近点反射镜（7）转动；远点控制器（6）通过控制远点X轴压电马达（11）、远点Y轴压电马达（12）实现远点反射镜（8）转动。
2.  根据权利要求1所述的光路指向闭环控制装置，其特征在于：所述的近点反射镜（7）和远点反射镜（8）均以45°角倾斜设置。
3.一种应用权利要求1中光路指向闭环控制装置的闭环控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
（ⅰ）向探测器发出地址（s1）
每隔一定时间间隔，向近点探测器（1）、远点探测器（2）发出采集信号，收集光路位置信号、能量信号；
（ⅱ）探测器给出数值计算（s2）
近点探测器（1）、远点探测器（2）将采集数据传输到计算机处理器（3）中；
（ⅲ）判断相应坐标及能量（s3）
根据预先设置好的闭环标准坐标及能量参数与近点探测器（1）、远点探测器（2）实际采集的参数进行比照，当坐标及能量都符合闭环标准时，视为正常,等待下次采集数据；当坐标超出闭环标准时，进入步骤（iv），当能量达到报警值时，视为异常，闭环断开；当坐标达到报警值时，视为异常，闭环断开；
（ⅳ）算法计算（s4）
利用计算机处理器（3）中的单片机，处理并计算近点X轴压电马达（9）、近点Y轴压电马达（10）、远点X轴压电马达（11）和远点Y轴压电马达（12）所需位移量；
（ⅴ）向控制器发出信号（S5）
将处理计算后的数据向近点控制器（5）、远点控制器（6）发出信号，指定近点X轴压电马达（9）、近点Y轴压电马达（10）、远点X轴压电马达（11）和远点Y轴压电马达（12）进行相应幅度的调节；
（ⅵ）驱动电机进行调节（S6）
近点X轴压电马达（9）、近点Y轴压电马达（10）、远点X轴压电马达（11）和远点Y轴压电马达（12）驱动近点反射镜（7）、远点反射镜（8）完成主光路激光（13）的闭环调整。
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