CN110039207A - 二氧化碳激光器激光功率自动记录系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，包括用于采集二氧化碳激光器光功率信息的激光器光功率采样放大电路装置；用于将激光器光功率采样放大电路装置移动到二氧化碳激光器出光口前端的导轨自走模块装置；用于控制激光器光功率采样放大电路装置和导轨自走模块装置的微控制器；用于将微控制器采集的二氧化碳激光器光功率信息进行无线发送的WIFI无线通讯模块。所述二氧化碳激光器激光功率自动记录系统能够定时自动测量功率数据，极大降低工作人员劳动强度；采用自走导轨，一个功率计可采集数个激光器的功率值，效率高；采用数据采集中心记录整个车间的激光器功率数据，方便生产过程中机器的追踪记录、建立电子档案、存储、查询等。
Description
技术领域
本发明提供一种老化车间里使用的激光功率自动记录装置，尤其是涉及一种激光光功率集中记录的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统。
背景技术
现有老化车间激光器输出激光功率的测量、记录都是使用人工逐台检测，检测效率低，并且每台激光器都是用纸质记录，不便于每台机器生产过程的追溯，以及售后管理。
发明内容
本发明提供了一种二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，通过使用激光功率测量传感器、功率放大器及测量采集模块，用于固定激光功率测量传感器的导轨自走系统，以及带有无线接收模块的激光功率数据记录装置，实现激光器输出激光功率的自动记录，使用方便，测量准确，能够自动测量、记录老化车间激光器的功率，其技术方案如下所述：
一种二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，包括：
用于采集二氧化碳激光器光功率信息的激光器光功率采样放大电路装置；
用于将激光器光功率采样放大电路装置移动到二氧化碳激光器出光口前端的导轨自走模块装置；
用于控制激光器光功率采样放大电路装置和导轨自走模块装置的微控制器；
用于将微控制器采集的二氧化碳激光器光功率信息进行无线发送的数据通讯模块装置；
数据通讯模块装置通过无线和数据采集中心进行数据传输。
进一步的，激光器光功率采样放大电路装置包括：
用于自动测量二氧化碳激光器激光功率的激光器功率传感器；
用于放大激光器功率传感器信号的功率放大器。
进一步的，导轨自走模块装置包括：
用于固定安装激光器光功率采样放大电路装置的自动运行导轨；
位于自动运行导轨上的皮带；
驱动皮带运行的步进电机本体及皮带传动装置；
固定在皮带上的托盘；
托盘的两侧设置有和自动运行导轨配合的导轮。
激光器光功率传感器采用热能量传感器圆盘。
优选的，微控制器采用STM32F103RCT6芯片。
数据通讯模块装置采用WiFi无线通讯模块，使用的处理器为esp8266。
进一步的，自动运行导轨包括导轨本体、导条，导轨本体的前后两端安装在导轨支架上，在导轨本体的左右两侧各设置有一根凸起的导条，导轮中部设置有和导条相配合的凹槽。
步进电机本体及皮带传动装置包括步进电机和安装在步进电机轴上的皮带传动装置，步进电机的皮带传动装置和皮带相连接。
步进电机设置有步进电机驱动器，步进电机驱动器采用驱动芯片A3977SED。
二氧化碳激光器激光功率自动记录系统设置有多台，通过WIFI无线路由器进行通讯，WIFI无线路由器通过网口连接到数据采集中心。
所述二氧化碳激光器激光功率自动记录系统与现有技术相比，拥有以下优点：
1.定时自动测量功率数据，极大降低工作人员劳动强度。
2.采用自走导轨，一个功率计可采集数个激光器的功率值，效率高。
3.采用数据采集中心记录整个车间的激光器功率数据，方便生产过程中机器的追踪记录、建立电子档案、存储查询等。
附图说明
图1是本发明实施例中的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统的结构框图。
图2是本发明实施例中的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统的工作原理图1，描述微控制器电路；
图3是本发明实施例中的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统的工作原理图2，描述有WiFi通讯模块和功率放大器；
图4是本发明实施例中的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统的工作原理图3，描述步进电机的驱动电路；
图5是本发明实施例中的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统的导轨安装示意图。
图6是本发明实施例中的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统及系统示意图；
图7是本发明实施例中的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统的导轮示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1所示，本发明提供的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统包括：
激光器功率传感器：自动测量二氧化碳激光器激光功率；
功率放大器：和激光器功率传感器相连接，将功率传感器信号放大；
其中，激光器功率传感器和功率放大器作为激光器光功率采样放大电路装置101；
微控制器102：用于作为控制模块，与激光器光功率采样放大电路装置101、WIFI无线通讯模块103、步进电机驱动控制器104相连接；
WIFI无线通讯模块103：与笔记本或电脑107通过无线进行数据传输；
笔记本或电脑107：带有无线接收装置，作为激光功率数据记录装置的数据采集中心。
其中，微控制器102和WIFI无线通讯模块103组成测量采集模块。
此外，还包括导轨自走模块装置，导轨自走模块装置包括：
自动运行导轨：用于固定安装激光器功率传感器；
步进电机驱动器104和步进电机105：用于驱动导轨运行。
以上各部件通过电源供电系统106提供电能。
使用时：
含有微控制器的测量采集模块，定时发出命令给步进电机控制器，使得步进电机运行，驱动带有激光器功率传感器的自动运行导轨运行，每个激光器老化架子上放有数台激光器，在本实施例中放置有5台激光器，自动运行导轨带有的激光器功率传感器在每台激光器前停留固定时间，在这个固定时间内测量采集模块的采集功能启动，测量采集当前这台激光器的实时功率，并通过无线通讯发射出去，由数据采集中心接收功率数据，并记录，如有功率不合格的，通知工作人员，再拿去调试。
这样依次记录当前老化架子上的5台激光器功率数据，车间所有测量采集模块均通过无线通讯，将数据传输到无线路由器，由无线路由器集中传输到数据采集中心，记录整个车间的老化激光器的功率数据。
所述激光器光功率采样放大电路装置101，用于采集二氧化碳激光器激光功率，包括激光器光功率传感器UD12-70-H5和功率放大器。UD12-70-H5是加拿大Gentec-EO公司的热能量传感器圆盘，可以检测二氧化碳激光器输出激光的能量值。
微控制器102根据功率检测时间的需要定时启动控制功能，控制步进电机驱动器104的工作，步进电机驱动器104连接有步进电机105，这样步进电机105启动工作，带动装有激光器功率传感器UD12-70-H5的导轨皮带移动，功率传感器UD12-70-H5移动到激光器的固定位置，停止移动，在微控制器102控制下采样电路工作，采集当前位置激光器的输出激光能量值，并通过功率放大器标定换算为功率值，微控制器102将得到的数据通过WIFI无线通讯模块103传输到WIFI无线路由器，然后被数据采集中心的笔记本或电脑107的采样处理软件通过网口所读取，并存储、显示，这样一台激光器的功率值就采集处理完成。
通过同样的过程采集另外四台激光器的功率值，并传输到数据采集中心，进行显示、存储，和功率值的比较处理，如有不合格产品，通知员工，取回重新调校。电源供电系统106能够提供整个装置所需的各个电压值的供电，给步进电机驱动电路提供+24V2A的供电,给放大电路提供+5V的供电，微控制器需要的+3.3v电源在微处理电路完成。
如图2所示的原理图1中：微控制器电路201采用STM32F103RCT6芯片，为ARM公司的32Bit微控制器，片内带有flash程序存储器256KB，数据存储器48KB，以及时钟电路202，Jtag仿真口的配置电路203和Jtag仿真插座204，步进电机驱动接口205。
STM32F103是基于ARM核心的带有闪存的增强型微控制器，最高主频能达到72Mhz，具有单周期乘法和硬件除法，拥有两个12位模数转换器，1us转换时间(多达16个输入通道)，2个DMA控制器，共12个DMA通道，支持多达8个定时器，9个通信接口：2个I2C接口，3个UART接口，2个SPI接口，CAN接口，USB2.0全速接口。适用于电力电子，电机驱动，应用控制，医疗仪器，手持设备，LED条屏控制等。
如图2所示的原理图中，时钟电路202用于配置微控制器201采用外部16Mhz时钟，配置电路203用于配置微控制器201的JTAG接口电平，仿真插座204即可以使用仿真器对微控制器进行实时程序仿真，也用于对微控制器的片内FLASH进行程序烧写。
步进电机驱动接口205连接到步进电机驱动电路和电源板。其中pin1为8V直流电源正端，pin5,pin6为8V直流电源负端，由这三个管脚为微控制器电路提供电源，205的pin1连接到206的3脚，再由ldo芯片206将电源稳压到5v，ldo芯片206采用SPX1117M3-5.0，在206的pin1输出供外部处理电路使用，206的输出5v连接到电源芯片207进行稳压调整，电源芯片207采用芯片xc6215，则206的输出5v连接到xc6215的pin1进行稳压调整，xc6215是高精度，低噪声正电源输出电压调整芯片，在207的pin5输出稳压到3.3V的电源供微控制器电路使用。步进电机驱动接口205的pin2,pin3,pin4用于控制步进电机的驱动器工作，pin3为步进电机驱动器的时钟信号，连接到201的PIN38，205的pin4步进电机驱动器的方向信号，连接到201的pin36,步进电机驱动接口205的pin5为步进电机驱动器的使能信号，连接到201的pin34，这样就能由201微控制器通过pin34,pin36,pin38来实现控制步进电机的的启停和运行速度，以便控制导轨的运行。
微控制器201的pin16为模数转换器的输入脚，连接到功率放大器的输出，可用于把功率放大器的模拟信号转换为数字信号，并经过标定后通过WIFI无线通讯模块传输到数据采集中心。微控制器201的pin26,pin29,pin30连接到wifi通讯模块，完成通讯工作，其中pin26连接到WiFi模块的复位脚，可以由201控制复位WiFi模块，pin29,pin30是微控制器201的串口3，通过串口3和WiFi模块进行数据通讯。
如附图3所示的原理图中，304为WiFi无线通讯通讯模块ESP-07。ESP-07WiFi模块核心处理器为esp8266，该模块在较小尺寸封装中集成了业界领先的超低功耗32位微型MCU，带有16位精简模式，主频支持80Mhz和160Mhz，支持RTOS，集成板载天线。用户可以使用该模块为现有的设备添加联网功能，也可以构建独立的网络控制器，在本原理图中304被用于微控制器和数据采集中心的通讯。304的pin1为复位脚，连接到微控制器201的pin26,304的pin15为串口接收，连接到微控制器201的pin29串口3的发送，304的pin16为串口发送，连接到微控制器201的pin30串口3的接收，这样微控制器201就可以通过串口3连接的WiFi无线通讯模块把检测的激光功率值传输到数据采集中心电脑或笔记本。
如附图3所示的原理图中301为激光功率传感器插座，连接到加拿大Gentec-EO公司的热能量传感器圆盘UD12-70-H5。302为激光功率初级放大器，使用满摆幅，高增益仪表放大器MCP6L92。303为二级放大器使用mcp6002,mcp6002是轨到轨输入/输出，1Mhz增益带宽的双运算放大器。这样由301,302,和303共同组成功率放大电路完成激光器输出光功率的采集放大。
如附图4所示的原理图为步进电机的驱动电路，这个步进电机被用于驱动带有激光功率传感器的导轨皮带运行。图中401为步进电机驱动芯片A3977SED，402为步进电机驱动A3977的接口电路，403为电流取样参考电压输入电路，404为驱动电路和步进电机的连接器，405为步进电机驱动器401的控制信号连接器。
A3977是新近开发出来、专门用于双极型步进电机的微步进电机驱动集成电路，其内部集成了步进和直接译码接口、正反转控制电路、双H桥驱动，电流输出2.5A，最大输出功率可接近90W。A3977通过特有的译码器能够使控制功能简化，其最简单的步进输入只需步进和方向两条线，输出有DMOS的双H桥完成。
在本原理图中使用三条控制线来实现步进电机的控制，401的步进脚PIN31连接到接口电路402的PIN2,401的方向脚PIN5连接到接口电路402的PIN4,401的使能脚PIN41连接到接口电路402的PIN6，而在接口电路的输入端pin1,pin3,pin5各自通过一个电阻连接到控制信号输入连接器405的pin2,pin3,pin4,控制信号连接器405通过微控制器主板的205直接连接到微控制器201。
附图4中404作为驱动步进电机输出连接器直接连接到步进电机，驱动步进电机工作。其中404的pin1,pin2为OUT1A,OUT1B组成一组驱动连接到401的pin6,pin40,404的pin3,pin4为OUT2A,OUT2B组成另一组驱动连接到401的pin18,pin28，这样就完成了驱动位于导轨上的带有激光光功率传感器的皮带运行。
如附图5所示为导轨安装示意图，501为导轨支架，左右各一个，支撑起导轨，起到安装固定导轨的作用。502为导轨本体，在502左右两侧的中部各有一根凸起的导条503，作为步进电机本体及皮带传动装置504，连接有皮带505，皮带505上固定有安装激光功率计传感器507的托盘506，在托盘506的左右两边各装有两个带凹槽的导轮500。导轮500中部的凹槽和导条503相配合，导轮500的上下两端通过转轴安装在支撑杆上，支撑杆和托盘506固定连接。
这样四个导轮500把托盘506固定在导条503上，结合图7，随着步进电机的步进，皮带505拖动传感器托盘506移动，使得固定托盘的导轮在导条503上转动，传感器托盘就可以在导轨上前后移动，带动功率计传感器507在导轨上的前后移动，在步进电机驱动器401控制下分别停留在需要老化的二氧化碳激光器508,509,510,511,512前面30秒钟，在这30秒钟内启动功率计采样，可以分别测量每排5台激光器的功率。
如附图6所示为本发明的系统框图，整个老化车间有十二个老化测试架，每个测试架有上下两层，每层使用一个测量装置，共有24个带有WiFi通讯模块的功率测量装置601-624，每个测量装置可测量5台正在老化的二氧化碳激光器，整个系统可同时老化120台机器。630为带有WIFI路由的数据采集中心，可以是笔记本或电脑，在每个测量装置中的微控制器的控制下，每隔2个小时依次测量每台激光器的功率一次，并自动传输到数据中心，由数据中心软件显示、记录，并识别不合格激光器，通知车间工作人员进行处理。
这就是本发明的老化车间激光功率自动测量记录装置及系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
所述二氧化碳激光器激光功率自动记录系统能够定时自动测量功率数据，极大降低工作人员劳动强度；采用自走导轨，一个功率计可采集数个激光器的功率值，效率高；采用数据采集中心记录整个车间的激光器功率数据，方便生产过程中机器的追踪记录、建立电子档案、存储查询等。
Claims (10)
1.一种二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，其特征在于，包括：
用于采集二氧化碳激光器光功率信息的激光器光功率采样放大电路装置；
用于将激光器光功率采样放大电路装置移动到二氧化碳激光器出光口前端的导轨自走模块装置；
用于控制激光器光功率采样放大电路装置和导轨自走模块装置的微控制器；
用于将微控制器采集的二氧化碳激光器光功率信息进行无线发送的数据通讯模块装置；
数据通讯模块装置通过无线方式和数据采集中心进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，其特征在于，激光器光功率采样放大电路装置包括：
用于自动测量二氧化碳激光器激光功率的激光器功率传感器；
用于放大激光器功率传感器信号的功率放大器。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，其特征在于，导轨自走模块装置包括：
用于固定安装激光器光功率采样放大电路装置的自动运行导轨；
位于自动运行导轨上的皮带；
驱动皮带运行的步进电机本体及皮带传动装置；
固定在皮带上的托盘；
托盘的两侧设置有和自动运行导轨配合的导轮。
4.根据权利要求2所述的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，其特征在于：激光器光功率传感器采用热能量传感器圆盘。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，其特征在于：微控制器采用STM32F103RCT6芯片。
6.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，其特征在于：数据通讯模块装置采用WiFi无线通讯模块，使用的处理器为esp8266。
7.根据权利要求3所述的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，其特征在于：自动运行导轨包括导轨本体、导条，导轨本体的前后两端安装在导轨支架上，在导轨本体的左右两侧各设置有一根凸起的导条，导轮中部设置有和导条相配合的凹槽。
8.根据权利要求3所述的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，其特征在于：步进电机本体及皮带传动装置包括步进电机和安装在步进电机轴上的皮带传动装置，步进电机的皮带传动装置和皮带相连接。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，其特征在于：步进电机设置有步进电机驱动器，步进电机驱动器采用驱动芯片A3977SED。
10.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器激光功率自动记录系统，其特征在于：二氧化碳激光器激光功率自动记录系统设置有多台，通过WIFI无线路由器进行通讯，WIFI无线路由器通过网口连接到数据采集中心。
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