CN111001932B - 恒温焊接激光控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种恒温焊接激光控制器，所述的控制器与被它所控制的激光器之间为分体式结构；它包括主控制板和实时温度检测探头；主控制板用于结合实时温度信息，通过微处理器中搭载的精密算法运算后，输出激光功率调节信号给激光器；所述的实时温度检测探头用于实现对焊接点的非接触式实时温度检测，实时温度检测探头为光电二极管，光电二极管连接有驱动电路；驱动电路与主控制板上的控制中心信号连接，驱动电路用于将实时温度检测探头检测的信号转换成主控制板上的微处理器可以接受的电压信号；主控制板上还连接有用于实现人机交互的控制终端。该控制器具有可与激光器进行分离，且能实现对不同类型的激光器进行高精度恒温控制的技术效果。

Description

恒温焊接激光控制器
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，具体是指一种恒温焊接激光控制器。
背景技术
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过激光控制器控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于各类微型与小型零件的精密焊接中。
激光控制器作为激光焊接设备的重要部分，现有技术中大多直接将其与激光器设计为一体式结构，即一个激光器固定配套有一个控制器；本专利申请的发明人通过研究发现，不同类型的激光器，其实可以通过同一个控制器来进行控制；另外现有技术中的控制器在兼容性，温度控制方面的精确性都还有较大的提升空间，并不能通过直接拼接，实现对不同类型的激光器进行控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种可与激光器进行分离，且能实现对不同类型的激光器进行高精度恒温控制的恒温焊接激光控制器。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种恒温焊接激光控制器，所述的控制器与被它所控制的激光器之间为分体式结构；它包括主控制板和实时温度检测探头；所述的主控制板用于结合实时温度信息，通过微处理器中搭载的精密算法运算后，输出激光功率调节信号给激光器；所述的实时温度检测探头用于实现对焊接点的非接触式实时温度检测，实时温度检测探头为光电二极管，光电二极管连接有驱动电路；所述的驱动电路与主控制板上的控制中心信号连接，驱动电路用于将实时温度检测探头检测的信号转换成主控制板上的微处理器可以接受的电压信号；所述的主控制板上还连接有用于实现人机交互的控制终端。
作为优选，所述的光电二极管的探测红外波长范围是2um-11um。
作为优选，所述的驱动电路的输入端与实时温度检测探头的输出端相连；驱动电路的输入端同时与运算放大器U1B的反相输入端相连，运算放大器U1B的同相输入端通过电阻R7接地；运算放大器U1B的输出端依次通过电阻R6、电阻R5后与运算放大器U1A的同相输入端相连，运算放大器U1A的反相输入端通过电阻R3接地，运算放大器U1A的输出端通过电阻R4与主控制板上微处理器的温度信号输入接口相连；运算放大器U1A的反相输入端与信号输出端之间并联有电阻R1和电容C4；运算放大器U1B的反相输入端与信号输出端之间连接有电容C5，电容C5上并联有电阻R2与可变电阻器VR1组成的串联单元。
作为优选，所述的微处理器中搭载的精密算法为PID算法。
采用上述结构后，本发明具有如下有益效果：采用控制器和激光器分离设计，可根据需求选用不同类型的激光器，只需要加入该控制器，即可实现恒温焊接功能；同时可以兼容所有半导体激光器和光纤激光器。控制器包含实时温度检测探头、主控制板和控制终端；实时温度检测探头采用光电二极管，配合外围驱动电路，实现非接触式实时温度检测。优选项中光电二极管的探测红外波长范围是2um-11um，覆盖范围广泛，可实现大范围和高精度的温度检测，检测物体的红外辐射强度，反应其温度的变化。主控制板，用来实现温度信号采集，精密算法运算，输出激光功率调节信号。采用高性能微处理器，全数字运算，抗干扰能力强，运算灵活，响应速度快等优点。优选项中采用PID算法，PID算法的执行流程是非常简单的，即利用反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量，算法输出为激光功率调节信号。
综上所述，本发明提供了一种可与激光器进行分离，且能实现对不同类型的激光器进行高精度恒温控制的恒温焊接激光控制器。
附图说明
图1是本发明中恒温焊接激光控制器的结构框架图。
图2是本发明中恒温焊接激光控制器的驱动电路的原理示意图。
图3是本发明中恒温焊接激光控制器的控制流程图。
图4是本发明中恒温焊接激光控制器的实时温度检测探头响应波长范围示意图。
如图所示：1、主控制板，2、实时温度检测探头，3、驱动电路，4、控制终端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图1到附图4，本发明公开了一种恒温焊接激光控制器，所述的控制器与被它所控制的激光器之间为分体式结构；它包括主控制板1和实时温度检测探头2；所述的主控制板1用于结合实时温度信息，通过微处理器中搭载的精密算法运算后，输出激光功率调节信号给激光器；所述的实时温度检测探头2用于实现对焊接点的非接触式实时温度检测，实时温度检测探头2为光电二极管，光电二极管连接有驱动电路3；所述的驱动电路3与主控制板1上的控制中心信号连接，驱动电路3用于将实时温度检测探头2检测的信号转换成主控制板1上的微处理器可以接受的电压信号；所述的主控制板1上还连接有用于实现人机交互的控制终端4。
作为优选，所述的光电二极管的探测红外波长范围是2um-11um，该二极管的特性参见附图4中的响应波长范围示意图。
作为优选，所述的驱动电路3的输入端与实时温度检测探头2的输出端相连；驱动电路3的输入端同时与运算放大器U1B的反相输入端相连，运算放大器U1B的同相输入端通过电阻R7接地；运算放大器U1B的输出端依次通过电阻R6、电阻R5后与运算放大器U1A的同相输入端相连，运算放大器U1A的反相输入端通过电阻R3接地，运算放大器U1A的输出端通过电阻R4与主控制板1上微处理器的温度信号输入接口相连；运算放大器U1A的反相输入端与信号输出端之间并联有电阻R1和电容C4；运算放大器U1B的反相输入端与信号输出端之间连接有电容C5，电容C5上并联有电阻R2与可变电阻器VR1组成的串联单元。
作为优选，所述的微处理器中搭载的精密算法为PID算法。
采用上述结构后，本发明具有如下有益效果：采用控制器和激光器分离设计，可根据需求选用不同类型的激光器，只需要加入该控制器，即可实现恒温焊接功能；同时可以兼容所有半导体激光器和光纤激光器。控制器包含实时温度检测探头、主控制板和控制终端；实时温度检测探头采用光电二极管，配合外围驱动电路，实现非接触式实时温度检测。优选项中光电二极管的探测红外波长范围是2um-11um，覆盖范围广泛，可实现大范围和高精度的温度检测，检测物体的红外辐射强度，反应其温度的变化。主控制板，用来实现温度信号采集，精密算法运算，输出激光功率调节信号。采用高性能微处理器，全数字运算，抗干扰能力强，运算灵活，响应速度快等优点。优选项中采用PID算法，PID算法的执行流程是非常简单的，即利用反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量，算法输出为激光功率调节信号。
具体实施时，结合附图3我们考虑在某个特定的时刻t，此时输入量为rin(t)，输出量为rout(t)，于是偏差就可计算为err(t)＝rin(t)-rout(t)。于是PID的基本控制规律就可以表示为如下公式：
Figure BDA0002267633720000031
其中Kp为比例带，TI为积分时间，TD为微分时间。PID控制的基本原理就是如此。
假设我们检查第K个采样周期，很显然系统进行第K次采样。此时的偏差可以表示为err(K)＝rin(K)-rout(K)，那么积分就可以表示为：err(K)+err(K+1)+┈┈，而微分就可以表示为：(err(K)-err(K-1))/T。于是我们可以将第K次采样时，PID算法的离线形式表示为：
U(k)＝Kp err(k)+Ki∑err(k)+Kd(err(k)-err(k-1))
控制终端中搭载有上位机软件，主要实现人机交互功能，采用串行通讯的方式和主控制板连接，设置用户想要的温度，以及激光波形等参数。并实时反馈激光功率和温度变化情况。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种恒温焊接激光控制器，其特征在于：所述的控制器与被它所控制的激光器之间为分体式结构；它包括主控制板（1）和实时温度检测探头（2）；所述的主控制板（1）用于结合实时温度信息，通过微处理器中搭载的精密算法运算后，输出激光功率调节信号给激光器；所述的实时温度检测探头（2）用于实现对焊接点的非接触式实时温度检测，实时温度检测探头（2）为光电二极管，光电二极管连接有驱动电路（3）；所述的驱动电路（3）与主控制板（1）上的控制中心信号连接，驱动电路（3）用于将实时温度检测探头（2）检测的信号转换成主控制板（1）上的微处理器可以接受的电压信号；所述的主控制板（1）上还连接有用于实现人机交互的控制终端（4）；所述的驱动电路（3）的输入端与实时温度检测探头（2）的输出端相连；驱动电路（3）的输入端同时与运算放大器U1B的反相输入端相连，运算放大器U1B的同相输入端通过电阻R7接地；运算放大器U1B的输出端依次通过电阻R6、电阻R5后与运算放大器U1A的同相输入端相连，运算放大器U1A的反相输入端通过电阻R3接地，运算放大器U1A的输出端通过电阻R4与主控制板（1）上微处理器的温度信号输入接口相连；运算放大器U1A的反相输入端与信号输出端之间并联有电阻R1和电容C4；运算放大器U1B的反相输入端与信号输出端之间连接有电容C5，电容C5上并联有电阻R2与可变电阻器VR1组成的串联单元。
2.根据权利要求1所述的恒温焊接激光控制器，其特征在于：所述的光电二极管的探测红外波长范围是2um-11um。
3.根据权利要求1所述的恒温焊接激光控制器，其特征在于：所述的微处理器中搭载的精密算法为PID算法。
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