CN115463905B - 一种激光清洗控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光清洗控制系统及方法。激光清洗控制系统包括设置单元、控制单元和清洗单元；设置单元用于设置激光器参数和清洗移动参数；控制单元包括光源控制单元和清洗控制单元，光源控制单元和清洗控制单元均与设置单元通信连接；清洗单元与清洗控制单元通信连接；光源控制单元根据激光器参数控制激光器发出的激光，清洗单元根据清洗移动参数生成激光移动信号，清洗单元根据激光移动信号，控制激光作用在待清洗的目标上的清洗移动路径。本发明的激光清洗控制系统简单，只需通过设置单元设置参数，即可实现自动化的激光清洗，控制操作简单方便；并且激光清洗控制全程自动化，无需人工手动操作，提升了激光清洗控制的自动化程度。
Description
技术领域
本发明涉及激光清洗的技术领域，尤其涉及一种激光清洗控制系统及方法。
背景技术
目前光纤激光器的清洗应用领域日趋广泛，包括航天、轨道交通、船舶、动力电池、模具等市场领域。随着市场应用的需求增加，对光纤激光器清洗工艺控制需求也不断提高。
目前已有的激光清洗工艺控制技术存在着系统结构复杂，操作不方便，自动化程度较低等缺陷。
发明内容
基于上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种激光清洗控制系统及方法，可以精简激光清洗控制系统的结构，激光清洗控制操作方便，并提升激光清洗控制的自动化程度。
为实现上述目的，本发明提供一种激光清洗控制系统，包括：
设置单元，用于设置激光器参数和清洗移动参数；
控制单元，包括光源控制单元和清洗控制单元，光源控制单元和清洗控制单元均与设置单元通信连接；
清洗单元，与清洗控制单元通信连接；
光源控制单元根据激光器参数控制激光器发出的激光，清洗单元根据清洗移动参数生成激光移动信号，清洗单元根据激光移动信号，控制激光作用在待清洗的目标上的清洗移动路径。
可选地，清洗单元包括相互连接的驱动控制单元和光路调整单元，驱动控制单元与清洗控制单元通信连接，光路调整单元用于调整激光的路径。
可选地，清洗移动参数包括驱动控制单元的扫描范围、扫描速度及单次动作最大步进值，清洗控制单元用于根据扫描范围、扫描速度和单次动作最大步进值，生成激光移动信号。
光路调整单元包括光路固定改变结构和光路动态改变结构，光路固定改变结构将激光器射出的激光，以固定角度方向反射至光路动态改变结构，光路动态改变结构与驱动控制单元相连接。
清洗单元还包括光路聚焦结构，光路聚焦结构位于光路固定改变结构与激光器之间的激光传播路径上。
本发明同时提供一种激光清洗控制方法，应用于激光清洗控制系统的清洗控制单元，激光清洗控制系统还包括设置单元、清洗单元及光源控制单元，激光清洗控制方法包括：
接收设置单元发送的清洗移动参数；
根据清洗移动参数生成激光移动信号；
将激光移动信号发送至清洗单元，以使清洗单元根据激光移动信号，控制激光作用在待清洗的目标上的清洗移动路径，激光由光源控制单元根据激光器参数控制激光器所发出，激光器参数由设置单元获取并发送至光源控制单元。
可选地，清洗移动参数包括清洗单元的驱动控制单元的扫描范围、扫描速度及单次动作最大步进值，根据清洗移动参数生成激光移动信号的步骤，包括：
根据扫描范围、扫描速度和单次动作最大步进值，生成激光移动信号。
可选地，根据扫描范围、扫描速度和单次动作最大步进值，生成激光移动信号的步骤，包括：
根据扫描范围、扫描速度和单次动作最大步进值，得到驱动控制单元的偏转步距、偏转步数及偏转序列；
根据偏转步距、偏转步数及偏转序列，生成激光移动信号。
可选地，根据扫描范围、扫描速度和单次动作最大步进值，得到驱动控制单元的偏转步距、偏转步数及偏转序列的步骤，包括：
根据扫描速度和单次动作最大步进值，得到驱动控制单元的偏转步距；
根据扫描范围和偏转步距，得到驱动控制单元的偏转步数；
根据偏转步距、偏转步数和扫描范围，得到驱动控制单元的偏转序列。
可选地，在根据清洗移动参数生成激光移动信号的步骤之后，还包括：
将激光移动信号由数字信号模式转换为模拟信号模式；
将模拟信号模式的激光移动信号进行放大处理，得到放大后的激光移动信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明通过设置单元设置激光器参数和清洗移动参数，光源控制单元根据激光器参数控制激光器发出的激光，清洗单元根据清洗移动参数生成激光移动信号，清洗单元根据激光移动信号，控制激光作用在待清洗的目标上的清洗移动路径。本发明的激光清洗控制系统简单，只需通过设置单元设置参数，即可实现自动化的激光清洗，控制操作简单方便；并且激光清洗控制全程自动化，无需人工手动操作，提升了激光清洗控制的自动化程度。
附图说明
为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例激光清洗控制系统的架构示意图一；
图2是本发明实施例激光清洗控制系统的架构示意图二；
图3是本发明实施例激光的清洗移动路径示意图一；
图4是本发明实施例激光的清洗移动路径示意图二；
图5是本发明实施例激光的清洗移动路径示意图三；
图6是本发明实施例激光的清洗移动路径示意图四；
图7是本发明实施例激光的清洗移动路径示意图五；
图8是本发明实施例激光清洗控制方法的步骤流程图一；
图9是本发明实施例激光清洗控制方法的步骤流程图二；
图10是本发明实施例激光清洗控制方法的步骤流程图三。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本发明实施例提供一种激光清洗控制系统，如图1所示，包括：
设置单元1，用于设置激光器参数和清洗移动参数；
控制单元2，包括光源控制单元21和清洗控制单元22，光源控制单元21和清洗控制单元22均与设置单元1通信连接；
清洗单元3，与清洗控制单元22通信连接；
光源控制单元21根据激光器参数控制激光器4发出的激光，清洗单元3根据清洗移动参数生成激光移动信号，清洗单元3根据激光移动信号，控制激光作用在待清洗的目标上的清洗移动路径。
采用上述构造，本实施例的激光清洗控制系统结构简单，只需通过设置单元1设置参数，即可实现自动化的激光清洗，控制操作简单方便；并且激光清洗控制全程自动化，无需人工手动操作，提升了激光清洗控制的自动化程度。
本发明的一种实施方式中，设置单元1可以为具有人机交互功能的上位机，激光器参数和清洗移动参数可以在上位机中进行存储和设置；控制单元2可以为清洗控制卡；清洗单元3可以为激光清洗头。
激光器参数可以包括激光器4的频率、占空比、功率等数据，光源控制单元21根据这些激光器参数控制激光器4的激光频率、占空比、功率。
清洗移动参数可以包括清洗头的扫描速度、扫描范围、光斑移动路径等等。
设置单元1和控制单元之间可以通过MODBUS-RTU工业总线方式通讯。其中MODBUS是一个工业用的通讯协议。MODBUS议包括RTU、ASCII、TCP。其中MODBUS-RTU，使用方便简单，传输稳定，在单片机上比较容易实现。
本发明的一种实施方式中，如图2所示，清洗单元3包括相互连接的驱动控制单元31和光路调整单元32，驱动控制单元31与清洗控制单元22通信连接，光路调整单元32用于调整激光的路径。其中，驱动控制单元31可以为振镜电机。清洗控制单元22和驱动控制单元31之间可以通过CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)总线来进行信号数据的传输。通过CAN总线。清洗控制单元22可以实现远距离控制驱动控制单元31，控制距离可以达到30米以上。
具体地，驱动控制单元31根据清洗控制单元22发送的激光移动信号，控制光路调整单元32调整激光路径，最终完成对待清洗目标的激光清洗工作。
本实施例通过MODBUS-RTU和CAN总线的方式来进行通信，具有易集成、控制距离长的优点，方便自动化系统设备集成，并且系统集成度高，人机交互实现简易，系统易维护。
本发明的一种实施方式中，清洗移动参数包括驱动控制单元31的扫描范围、扫描速度及单次动作最大步进值，清洗控制单元22用于根据扫描范围、扫描速度和单次动作最大步进值，生成激光移动信号。
具体地，驱动控制单元31为振镜电机，设振镜电机的扫描范围为L，扫描速度为v，单次动作最大步进值为MSB，则有如下公式：
(1)Vstep＝v·MSB；
(2)N＝L/Vstep；
(3)M[i]＝(0-L/2)+i·Vstep，(0≤i≤N-1)；
其中，Vstep为振镜电机的偏转步距，N为振镜电机的偏转步数，M[i]为振镜电机偏转序列。
本实施例的振镜电机包括X轴(长度)方向电机和Y轴(宽度)方向电机。对于X轴方向电机，其扫描范围L为扫描长度D；对于Y轴方向电机，其扫描范围为扫描宽度W。将W和D分别代入公式(2)，可以分别求得X轴方向电机的偏转步数Nx和Y轴方向电机的偏转步数Ny，再根据公式(1)至公式(3)分别计算得到X轴方向电机和Y轴方向电机的偏转序列。
具体地，根据X轴方向电机的偏转步数Nx和偏转步距Vstep可以得到X轴方向电机的偏转信号；根据Y轴方向电机的偏转步数Ny和偏转步距Vstep可以得到Y轴方向电机的偏转信号；然后结合X轴方向电机和Y轴方向电机的偏转序列，即偏转信号序列，经过数模转换处理，生成响应的模拟信号，即激光移动信号。其中，模拟信号可以为三角波模拟信号，也可以为正弦波模拟信号。
结合上面的计算方法，清洗控制单元22解析清洗移动参数，生成两路-5V～+5V，且频率可调的三角波信号，经功率放大处理后，得到激光移动信号，再发送给振镜电机。
本实施例中，激光的清洗移动路径可以为图3所示的非闭合曲线填充式，图4所示的闭合曲线填充式，图5所示的直线闭合形式，图6所示的“弓”字型式，或图7所示的“一”字型式。
本发明的一种实施方式中，光路调整单元32包括光路固定改变结构321和光路动态改变结构322，光路固定改变结构321将激光器4射出的激光，以固定角度方向反射至光路动态改变结构322，光路动态改变结构322与驱动控制单元31相连接。
清洗单元3还包括光路聚焦结构33，光路聚焦结构33位于光路固定改变结构321与激光器4之间的激光传播路径上，激光经光路聚焦结构33聚焦后，传播至光路固定改变结构321，再由光路固定改变结构321反射至光路动态改变结构322，最后射向待清洗的目标。光路聚焦结构33可以让激光器4发出的激光聚集避免分散，光路动态改变结构322在驱动控制单元31的驱动控制下，改变激光的移动路径。
光路固定改变结构321位于光路聚焦结构33与光路动态改变结构322之间的激光传播路径上。光路固定改变结构321可以将激光器4射出的激光，以固定的方向角度反射至光路动态改变结构。利于激光器4和清洗单元3之间的相对位置的布设。
本实施例通过设置单元1设置激光器参数和清洗移动参数，光源控制单元21根据激光器参数控制激光器4发出的激光，清洗控制单元22根据清洗移动参数生成激光移动信号，驱动控制单元31根据激光移动信号，控制光路调整单元32改变激光作用在待清洗的目标上的清洗移动路径。本实施例的激光清洗控制系统简单，只需通过设置单元1设置参数，即可实现自动化的激光清洗，控制操作简单方便；并且激光清洗控制全程自动化，无需人工手动操作，提升了激光清洗控制的自动化程度。
本发明实施例同时提供一种激光清洗控制方法，应用于上述实施例提供的激光清洗控制系统的清洗控制单元22，激光清洗控制系统还包括设置单元1、清洗单元3及光源控制单元21，激光清洗控制方法包括步骤100、步骤200和步骤300，如图8所示，具体如下：
步骤100，接收设置单元1发送的清洗移动参数。
步骤200，根据清洗移动参数生成激光移动信号。其中，清洗移动参数包括驱动控制单元31的扫描范围、扫描速度及单次动作最大步进值。步骤200可以具体包括：根据扫描范围、扫描速度和单次动作最大步进值，生成激光移动信号。
进一度地，如图9所示，上述步骤还可以具体包括步骤210和步骤220：
步骤210，根据扫描范围、扫描速度和单次动作最大步进值，得到驱动控制单元31的偏转步距、偏转步数及偏转序列。具体地，驱动控制单元31为振镜电机，设振镜电机的扫描范围为L，扫描速度为v，单次动作最大步进值为MSB。如图10所示，步骤210具体包括：
步骤211，根据扫描速度和单次动作最大步进值，得到驱动控制单元31的偏转步距。如偏转步距为Vstep，根据公式(1)，Vstep＝v·MSB，即可计算得到偏转步距Vstep。
步骤212，根据扫描范围和偏转步距，得到驱动控制单元31的偏转步数。如偏转步数为N，根据公式(2)，N＝L/Vstep，即可计算得到偏转步数N。
步骤213，根据偏转步距、偏转步数和扫描范围，得到驱动控制单元31的偏转序列。如偏转序列为M[i]，根据公式(3)，M[i]＝(0-L/2)+i·Vstep，(0≤i≤N-1)；即可计算得到偏转序列M[i]。
本实施例的振镜电机包括X轴(长度)方向电机和Y轴(宽度)方向电机。对于X轴方向电机，其扫描范围L为扫描长度D；对于Y轴方向电机，其扫描范围为扫描宽度W。将W和D分别代入公式(2)，可以分别求得X轴方向电机的偏转步数Nx和Y轴方向电机的偏转步数Ny，再根据公式(1)至公式(3)分别计算得到X轴方向电机和Y轴方向电机的偏转序列。
步骤220，根据偏转步距、偏转步数及偏转序列，生成激光移动信号。
具体地，根据X轴方向电机的偏转步数Nx和偏转步距Vstep可以得到X轴方向电机的偏转信号；根据Y轴方向电机的偏转步数Ny和偏转步距Vstep可以得到Y轴方向电机的偏转信号；然后结合X轴方向电机和Y轴方向电机的偏转序列，即偏转信号序列，经过数模转换处理，生成响应的模拟信号，即激光移动信号。其中，模拟信号可以为三角波模拟信号，也可以为正弦波模拟信号。
步骤300，将激光移动信号发送至清洗单元3，以使清洗单元3根据激光移动信号，控制激光作用在待清洗的目标上的清洗移动路径，激光由光源控制单元21根据激光器参数控制激光器4所发出，激光器参数由设置单元1获取并发送至光源控制单元21。
本发明的一种实施方式中，在根据清洗移动参数生成激光移动信号的步骤之后，还包括以下步骤：
将激光移动信号由数字信号模式转换为模拟信号模式。其中，设置单元1发送给清洗控制单元22的信号为数字信号，而清洗单元3需要根据模拟信号来控制激光的清洗移动路径。因此，这中间需要清洗控制单元22将原始的数字信号转换为清洗单元3可执行的模拟信号。
将模拟信号模式的激光移动信号进行放大处理，得到放大后的激光移动信号。其中，将激光移动信号进行功率放大处理，可以让清洗单元3更准确的执行激光清洗工作。
本发明的一种实施方式中，设置单元1可以为具有人机交互功能的上位机，激光器参数和清洗移动参数可以在上位机中进行存储和设置；控制单元可以为清洗控制卡；清洗单元3可以为激光清洗头。
激光器参数可以包括激光器4的频率、占空比、功率等数据，光源控制单元21根据这些激光器参数控制激光器4的激光频率、占空比、功率。
清洗移动参数可以包括清洗头的扫描速度、扫描范围、光斑移动路径等等。
设置单元1和控制单元之间可以通过MODBUS-RTU工业总线方式通讯。其中MODBUS是一个工业用的通讯协议。MODBUS议包括RTU、ASCII、TCP。其中MODBUS-RTU，使用方便简单，传输稳定，在单片机上比较容易实现。
清洗单元3包括相互连接的驱动控制单元31和光路调整单元32，驱动控制单元31与清洗控制单元22通信连接，光路调整单元32用于调整激光的路径。其中，驱动控制单元31可以为振镜电机。清洗控制单元22和驱动控制单元31之间可以通过CAN(Controller AreaNetwork,控制器局域网络)总线来进行信号数据的传输。通过CAN总线。清洗控制单元22可以实现远距离控制驱动控制单元31，控制距离可以达到30米以上。
本实施例可以通过设置单元1设置激光器参数和清洗移动参数，光源控制单元21根据激光器参数控制激光器4发出的激光，清洗控制单元22根据清洗移动参数生成激光移动信号，驱动控制单元31根据激光移动信号，控制光路调整单元32改变激光作用在待清洗的目标上的清洗移动路径。本实施例的激光清洗控制系统简单，只需通过设置单元1设置参数，即可实现自动化的激光清洗，控制操作简单方便；并且激光清洗控制全程自动化，无需人工手动操作，提升了激光清洗控制的自动化程度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种激光清洗控制系统，其特征在于，包括：
设置单元，用于设置激光器参数和清洗移动参数；
控制单元，包括光源控制单元和清洗控制单元，所述光源控制单元和所述清洗控制单元均与所述设置单元通信连接；
清洗单元，与所述清洗控制单元通信连接；
所述光源控制单元根据所述激光器参数控制激光器发出的激光，所述清洗单元根据所述清洗移动参数生成激光移动信号，所述清洗单元根据所述激光移动信号，控制所述激光作用在待清洗的目标上的清洗移动路径；
其中，所述清洗移动参数包括所述清洗单元的驱动控制单元的扫描范围L、扫描速度v及单次动作最大步进值MSB；所述清洗控制单元用于根据所述扫描速度v和所述单次动作最大步进值MSB，得到所述驱动控制单元的偏转步距Vstep，其中，Vstep＝v·MSB；根据所述扫描范围L和所述偏转步距Vstep，得到所述驱动控制单元的偏转步数N，其中，N＝L/Vstep；根据所述偏转步距Vstep、所述偏转步数N和所述扫描范围L，得到所述驱动控制单元的偏转序列M[i]，其中，M[i]＝(0-L/2)+i·Vstep，(0≤i≤N-1)；根据所述偏转步距Vstep、所述偏转步数N及所述偏转序列M[i]，生成所述激光移动信号。
2.根据权利要求1所述的激光清洗控制系统，其特征在于，所述清洗单元包括相互连接的驱动控制单元和光路调整单元，所述驱动控制单元与所述清洗控制单元通信连接，所述光路调整单元用于调整所述激光的路径。
3.根据权利要求2所述的激光清洗控制系统，其特征在于，所述光路调整单元包括光路固定改变结构和光路动态改变结构，所述光路固定改变结构将所述激光器射出的所述激光，以固定角度方向反射至所述光路动态改变结构，所述光路动态改变结构与所述驱动控制单元相连接。
4.根据权利要求3所述的激光清洗控制系统，其特征在于，所述清洗单元还包括光路聚焦结构，所述光路聚焦结构位于所述光路固定改变结构与所述激光器之间的激光传播路径上。
5.一种激光清洗控制方法，其特征在于，应用于激光清洗控制系统的清洗控制单元，所述激光清洗控制系统还包括设置单元、清洗单元及光源控制单元，所述激光清洗控制方法包括：
接收所述设置单元发送的清洗移动参数，所述清洗移动参数包括所述清洗单元的驱动控制单元的扫描范围L、扫描速度v及单次动作最大步进值MSB；
根据所述扫描速度v和所述单次动作最大步进值MSB，得到所述驱动控制单元的偏转步距Vstep，其中，Vstep＝v·MSB；
根据所述扫描范围L和所述偏转步距Vstep，得到所述驱动控制单元的偏转步数N，其中，N＝L/Vstep；
根据所述偏转步距Vstep、所述偏转步数N和所述扫描范围L，得到所述驱动控制单元的偏转序列M[i]，其中，M[i]＝(0-L/2)+i·Vstep，(0≤i≤N-1)；
根据所述偏转步距、所述偏转步数及所述偏转序列，生成所述激光移动信号；
将所述激光移动信号发送至所述清洗单元，以使所述清洗单元根据所述激光移动信号，控制激光作用在待清洗的目标上的清洗移动路径，所述激光由所述光源控制单元根据激光器参数控制激光器所发出，所述激光器参数由所述设置单元获取并发送至所述光源控制单元。
6.根据权利要求5所述的激光清洗控制方法，其特征在于，在所述根据所述清洗移动参数生成激光移动信号的步骤之后，还包括：
将所述激光移动信号由数字信号模式转换为模拟信号模式；
将所述模拟信号模式的激光移动信号进行放大处理，得到放大后的激光移动信号。
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