CN115722791A - 一种激光手持焊单摆控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光手持焊单摆控制系统，用于与单摆连接，单摆包括激光器和振镜电机，控制系统包括预设有激光器控制函数和PID控制算法的ARM主控模块、电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块。本发明实现的激光手持焊单摆控制系统设计相比传统的控制系统而言，成本得到了大幅度降低，并且实现了对振镜电机的精确控制，与此同时还可对激光器和振镜电机的性能状态进行实时监测，提高了整个单摆设备的可靠性。

Description

一种激光手持焊单摆控制系统

技术领域

本发明属于激光焊接系统设计技术领域，具体涉及一种激光手持焊单摆控制系统。

背景技术

目前，传统的激光手持焊单摆控制的实现需经三个功能模块，分别为：激光控制器、协议转换器和电机控制器。其中，激光控制器从上位机获取激光控制参数和电机控制参数，然后根据激光控制参数控制激光器。激光控制器获取的电机控制参数经协议转换器进行转换后发送给电机控制器，电机控制器再根据转换后的电机控制参数控制振镜电机。协议转换器采用XY2-100振镜控制协议，因此传统的激光手持焊单摆控制系统整体的通用性较差，并且基于XY2-100的协议转换器增加了额外的硬件和软件开发成本，XY2-100协议中使用的模拟控制信号也易受环境干扰而造成对振镜电机的控制不稳定。

此外，无论是对激光器的控制还是对振镜电机的控制，控制方向均单一，当振镜电机异常时无法关停振镜电机，从而导致反射镜摆动幅度过大，如果振镜电机异常的同时激光器还在工作，将会烧毁反射镜、聚焦镜和保护镜等光学组件，最终导致整个激光手持焊单摆设备无法正常工作。

因此，寻求一种改进的控制系统是目前研究的重点，以求降低传统激光手持焊单摆控制系统整体的成本、实现对振镜电机的精确控制，与此同时还可对激光器和振镜电机的性能状态进行实时监测以便于提高整个激光手持焊单摆设备的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的一项或多项不足，提供一种激光手持焊单摆控制系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种激光手持焊单摆控制系统，所述控制系统用于与所述单摆连接，所述单摆包括激光器和振镜电机，所述控制系统包括ARM主控模块、电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块；所述ARM主控模块用于与外部的上位机和所述激光器连接，所述ARM主控模块还分别与所述电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块连接，所述电机驱动模块、电机电流采集模块和电机位置采集模块均用于与所述振镜电机连接，所述激光器状态采集模块用于与所述激光器连接；

所述电机电流采集模块用于采集振镜电机的电流参数，并将采集到的所述电流参数发送至ARM主控模块；

所述电机位置采集模块用于采集振镜电机的位置参数，并将采集到的所述位置参数发送至ARM主控模块；

所述激光器状态采集模块用于采集激光器的状态参数，并将采集到的所述状态参数发送至ARM主控模块；

所述ARM主控模块用于接收上位机发送的第一控制信号，并通过预设的PID控制算法，以及根据所述第一控制信号、位置参数和电流参数生成差分控制信号，然后将所述差分控制信号发送至所述电机驱动模块；

所述ARM主控模块还用于调用预设的激光器控制函数生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送至所述激光器；

ARM主控模块还用于根据状态参数确定激光器的运行状态，以及根据电流参数和位置参数确定振镜电机的运行状态；若激光器的运行状态为异常和/或振镜电机的运行状态为异常，则生成关断信号，并将所述关断信号发送至激光器和振镜电机；

其中，所述第一控制信号包含有激光器控制信息、用于控制振镜电机的速度给定量信息和位置给定量信息。

进一步改进地，所述电机驱动模块包括国产D类音频功率放大器，所述国产D类音频功率放大器与所述ARM主控模块连接，所述国产D类音频功率放大器还用于与所述振镜电机连接。

进一步改进地，所述ARM主控模块包括国产ARM单片机，所述国产ARM单片机分别与所述电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块连接，所述国产ARM单片机还用于与所述上位机和激光器连接。

进一步改进地，所述控制系统还包括串口通信模块，所述ARM主控模块用于经所述串口通信模块与所述上位机连接。

进一步改进地，所述ARM主控模块还用于根据激光器的运行状态和振镜电机的运行状态生成监测信号，并将所述监测信号发送至上位机。

进一步改进地，所述控制系统还包括第一运算放大模块，所述第一运算放大模块的正极输入端用于接收所述第二控制信号，第一运算放大模块的负极输入端接地，第一运算放大模块的输出端用于与所述激光器连接。

进一步改进地，所述控制系统还包括电源模块，所述电源模块分别与所述ARM主控模块、电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块连接。

进一步改进地，所述激光器设置有故障状态输出口，所述激光器状态采集模块包括第一光耦，所述第一光耦的正极输入端与所述电源模块的第一电压输出端连接，第一光耦的负极输入端用于与所述故障状态输出口连接，第一光耦的正极输出端经上拉电阻与所述电源模块的第一电压输出端连接，第一光耦的正极输出端还与所述ARM主控模块的状态参数采集端连接，第一光耦的负极输出端接地，第一光耦的正极输出端用于输出所述状态参数。

进一步改进地，所述ARM主控模块还用于根据状态参数确定激光器的运行状态，具体过程如下：

ARM主控模块判断所述状态参数的电平值是否为逻辑高电平，若是，则确定激光器的运行状态为异常，否则确定激光器的运行状态为正常。

进一步改进地，所述根据电流参数和位置参数确定振镜电机的运行状态，具体过程如下：

S01、若ARM主控模块判定所述电流参数的幅值大于第一阈值，则确定振镜电机的运行状态为异常，否则执行S04；

S02、若ARM主控模块判判定所述位置参数所表征的振镜电机的位置坐标大于第二阈值，则确定振镜电机的运行状态为异常，否则执行S03；

S03、ARM主控模块根据多个所述位置参数计算得到振镜电机的转速，若所述转速大于第三阈值，则确定振镜电机的运行状态为异常，否则执行S04；

S04、若ARM主控模块判定所述电流参数的幅值大于第四阈值，且所述转速小于第五阈值，则确定振镜电机的运行状态为异常，否则确定振镜电机的运行状态为正常；

其中，所述第四阈值小于第一阈值，所述第五阈值小于第三阈值。

本发明的有益效果是：

（1）、传统的激光手持焊单摆控制的实现需基于分立的激光控制器、协议转换器和电机控制器，模块结构臃肿，本发明实施例实现的激光手持焊单摆控制系统基于ARM主控模块，同时在ARM主控模块内集成用于对激光器进行控制的激光器控制函数以及用于对振镜电机的摆动幅度和频率进行控制的PID控制算法，结构简洁，成本得到大幅度降低，同时纯数字控制算法的采用，无需外接XY2-100协议转换器，相比XY2-100通讯协议所包含的模拟信号而言，纯数字控制的方式抗干扰性能力更强；

（2）、通过电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块的设置，实现了对激光器运行状态和振镜电机运行状态的监测，可及时发现和处理振镜电机和/或激光器的异常，避免了对单摆设备内的光学组件造成损害，进而提高了单摆设备的可靠性；

（3）、通过选用国产D类音频功率放大器和国产ARM单片机，实现激光手持焊单摆控制系统中关键芯片的自主可控，且极具性价比，激光手持焊单摆控制系统的成本进一步得到了降低；

（4）、ARM主控模块通过串口通信模块与上位机通信，相较于传统的XY2-100协议通讯方式而言，本发明实施例实现的激光手持焊单摆控制系统具备了更强的适配性和通用性，可实现与各种型号上位机的快速适配；

（5）、通过ARM主控模块向上位机传送监测信号，维修人员可通过监测信号快速定位故障，增加了维护的便利性和经济性。

附图说明

图1为激光手持焊单摆控制系统的一种组成框图；

图2为电机位置采集模块的一种原理图；

图3为电机驱动模块的一种原理图；

图4为电机电流采集模块的一种原理图；

图5为第一对外连接器的一种原理图；

图6为激光器接口电路的原理图第一部分；

图7为激光器接口电路的原理图第二部分；

图8为国产ARM单片机的一种原理图；

图9为激光器状态采集模块的一种原理图。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1-图9，本实施例提供了一种激光手持焊单摆控制系统，所述控制系统应用于包含激光器和振镜电机的单摆设备，其中激光器设置有故障状态输出口，振镜电机上安装有用于对振镜电机的位置信息进行采集的探测模块，探测模块优选为光电探测模块。

如图1所示，一种激光手持焊单摆控制系统包括ARM主控模块、电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块、激光器状态采集模块和电源模块；电源模块分别与ARM主控模块、电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块连接，ARM主控模块用于与外部的上位机和激光器连接，ARM主控模块还分别与电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块连接，电机驱动模块、电机电流采集模块和电机位置采集模块均用于与振镜电机连接，激光器状态采集模块用于与激光器连接。

电机电流采集模块用于采集振镜电机的电流参数，并将采集到的电流参数发送至ARM主控模块。

电机位置采集模块用于采集振镜电机的位置参数，并将采集到的位置参数发送至ARM主控模块。具体地，电机位置采集模块与振镜电机内的光电探测模块连接，从光电探测模块获取到振镜电机的位置信息，根据位置信息生成振镜电机的位置参数。

激光器状态采集模块用于采集激光器的状态参数，并将采集到的状态参数发送至ARM主控模块。

ARM主控模块用于接收上位机发送的第一控制信号，并通过预设的PID控制算法，以及根据第一控制信号、位置参数和电流参数生成差分控制信号，然后将差分控制信号发送至电机驱动模块；其中，第一控制信号包含有激光器控制信息、用于控制振镜电机的速度给定量信息和位置给定量信息，预设的PID控制算法采用普通实施例中的针对电机的PID控制算法过程。

ARM主控模块还用于调用预设的激光器控制函数生成第二控制信号，并将第二控制信号发送至激光器。

ARM主控模块还用于根据状态参数确定激光器的运行状态，以及根据电流参数和位置参数确定振镜电机的运行状态；若激光器的运行状态为异常和/或振镜电机的运行状态为异常，则生成关断信号，并将关断信号发送至激光器和振镜电机。激光器和振镜电机均根据关断信号停止工作。

优选地，电机驱动模块包括国产D类音频功率放大器，国产D类音频功率放大器与ARM主控模块连接，国产D类音频功率放大器还用于与振镜电机连接。ARM主控模块包括国产ARM单片机，国产ARM单片机分别与电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块连接，国产ARM单片机还用于与上位机和激光器连接。其中，国产D类音频功率放大器采用的型号为Nsiway(纳芯威) 2*23W规格的NS4225。国产ARM单片机采用的型号为兆易创新GD32F系列的ARM单片机，本实施例中优选国产ARM单片机的型号为GD32F303CCT6。通过国产D类音频功率放大器的选用，该型号的功率放大器输出效率可达92%，无需添加额外的散热器，进而在实现控制系统关键芯片国产自主可控的基础上，控制系统的成本也得以降低。

控制系统还包括串口通信模块，国产ARM单片机用于经串口通信模块与上位机连接。在普通实施例中，串口通信模块常采用RS232通信协议，因此串口通信模块具体包括RS232收发器，RS232收发器采用的型号为UT3232G-S16-R。

具体地，如图2、图5和图8所示，电机位置采集模块包括第一运算放大器U1.2、第二运算放大器U1.1、第三运算放大器U1.3和第四运算放大器U1.4。第一运算放大器U1.2的正极输入端接地，第一运算放大器U1.2的负极输入端与第一电阻R64的第一端连接，第一电阻R64的第二端与第一对外连接器J1自上而下的第四端连接，第一对外连接器J1用于与外部的振镜电机连接，第一电阻R64的第一端还经第二电阻R69与第一运算放大器U1.2的输出端连接，第一运算放大器U1.2的输出端与第三电阻R75的第一端连接，第三电阻R75的第二端分别与第四电阻R70的第一端和第三运算放大器U1.3的负极输入端连接，第三运算放大器U1.3的正极输入端与第五电阻R71的第一端连接，第五电阻R71的第二端接地，第五电阻R71的第一端还与第六电阻R67的第一端连接，第六电阻R67的第二端与第二运算放大器U1.1的输出端连接，第二运算放大器U1.1的输出端还经第七电阻R65与第二运算放大器U1.1的负极输入端连接，第二运算放大器U1.1的正极输入端接地，第二运算放大器U1.1的负偏置端与电源模块的-15V电压输出端连接，第二运算放大器U1.1的正偏置端与电源模块的+15V电压输出端连接，第二运算放大器U1.1的负极输入端经第八电阻R68与第一对外连接器J1自上而下的第六端连接，通过第一对外连接器J1的第四端和第一对外连接器J1的第六端将振镜电机内光电探测模块采集到的振镜电机的位置信息传入电机位置采集模块。第三运算放大器U1.3的输出端分别与第九电阻R79的第一端、第四电阻R70的第二端和第十电阻R80的第一端连接，第九电阻R79的第二端分别经第一TVS二极管VD12和第一电容C68接地，第九电阻R79的第二端还与国产ARM单片机U8的PC1端连接，第十电阻R80的第二端分别与第四运算放大器U1.4的负极输入端和第十一电阻R81的第一端连接，第四运算放大器U1.4的正极输入端接地，第四运算放大器U1.4的输出端分别与第十二电阻R82的第一端和第十一电阻R81的第二端连接，第十二电阻R82的第二端分别经第二TVS二极管VD11和第二电容C67接地，第十二电阻R82的第二端还与国产ARM单片机U8的PC0端连接。

如图3、图5和图8所示，电机驱动模块包括国产D类音频功率放大器U5。国产D类音频功率放大器U5的INN端经第十三电阻R59与国产ARM单片机U8的PA6端连接，国产D类音频功率放大器U5的INP端经第十四电阻R60与国产ARM单片机U8的PA7端连接，国产D类音频功率放大器U5的第一PVCC端连接至电源模块的+15V电压输出端，国产D类音频功率放大器U5的第一PVCC端还分别经第一极性电容E9、第二极性电容E10和第三电容C49接地，国产D类音频功率放大器U5的GND端接地，国产D类音频功率放大器U5的SD端经第四电容C48接地，且国产D类音频功率放大器U5的SD端还经第十五电阻R58连接至国产ARM单片机U8的PA11端，国产D类音频功率放大器U5的AVDD端经第十六电阻R63和第五电容C50后接地，国产D类音频功率放大器U5的VS端与第十六电阻R63靠近国产D类音频功率放大器U5的一端连接，国产D类音频功率放大器U5的第二PVCC端与电源模块的+15V电压输出端连接，且国产D类音频功率放大器U5的第二PVCC端还分别经第三极性电容E7、第四极性电容E8和第六电容C47接地，国产D类音频功率放大器U5的BSTP端与第七电容C57的第一端连接，第七电容C57的第二端分别与第一电感L6的第一端和国产D类音频功率放大器U5的VOP端连接，国产D类音频功率放大器U5的各个PGND端均接地，国产D类音频功率放大器U5的VON端分别与第二电感L7的第一端和第八电容C58的第一端连接，第八电容C58的第二端与国产D类音频功率放大器U5的BSTN端连接，第一电感L6的第二端分别与第九电容C51的第一端、第十电容C53的第一端和第十七电阻R61的第一端连接，第九电容C51的第二端和第十电容C53的第二端均接地，第十七电阻R61的第二端与第十一电容C55的第一端连接，第九电容C51的第二端与第十二电容C52的第一端连接，第十电容C53的第二端与第十三电容C54的第一端连接，第十一电容C55的第二端与第十四电容C56的第一端连接，第十二电容C52的第二端和第十三电容C54的第二端均连接至第一对外连接器J1自上而下的第七端，第十四电容C56的第二端经第十八电阻R62连接至第一对外连接器J1自上而下的第七端。

如图4、图5和图8所示，电机电流采集模块包括第五运算放大器U7.2和第六运算放大器U7.1。第五运算放大器U7.2的输出端经第十九电阻R57连接至国产ARM单片机U8的PC2端，国产ARM单片机U8的PC2端还分别经第十五电容C44和第五极性电容VD10接地，第五运算放大器U7.2的输出端还经第二十电阻R56与第五运算放大器U7.2的负极输入端连接，第五运算放大器U7.2的正极输入端接地，第五运算放大器U7.2的负极输入端经第二十一电阻R55与第六运算放大器U7.1的输出端连接，第六运算放大器U7.1的输出端经第二十二电阻R54连接至国产ARM单片机U8的PC3端，国产ARM单片机U8的PC3端还分别经第十六电容C43和第六极性电容VD8接地，第六运算放大器U7.1的正极输入端经第二十三电阻R26接地，第六运算放大器U7.1的正极输入端还经第十七电容C45接地，第六运算放大器U7.1的正极输入端还与第二十四电阻R73的第一端连接，第二十四电阻R73的第二端分别与第十七电阻R61的第一端和第二十五电阻R72的第一端连接，第二十五电阻R72的第二端分别与第二十六电阻R74的第一端和第一对外连接器J1自上而下的第九端连接，第二十六电阻R74的第二端分别与第六运算放大器U7.1的负极输入端和第十八电容C46的第一端连接，第十八电容C46的第二端接地，第六运算放大器U7.1的负极输入端经第二十七电阻R53与第六运算放大器U7.1的输出端连接。

控制系统还包括激光器接口电路，激光器接口电路包括第一运算放大模块，第一运算放大模块的正极输入端用于接收第二控制信号，第一运算放大模块的负极输入端接地，第一运算放大模块的输出端用于与激光器连接。具体地 ，如图6至图8所示，第一运算放大模块包括激光器控制接口连接器JP7和四个运算放大器，四个运算放大器分别为第七运算放大器U3.2、第八运算放大器U3.1、第九运算放大器U3.4和第十运算放大器U3.3。第七运算放大器U3.2的正极输入端经第三十电阻R12与国产ARM单片机U8的PA4端连接，接入第二控制信号中的DA1+控制信号，第七运算放大器U3.2的负极输入端分别与第二十八电阻R13的第一端和第二十九电阻R14的第一端连接，第二十九电阻R14的第二端接地，第二十八电阻R13的第二端与第七运算放大器U3.2的输出端连接，第七运算放大器U3.2的输出端分别与第十九电容C15的第一端和激光器控制接口连接器JP7的DA1+端连接，第十九电容C15的第二端接地。第八运算放大器U3.1的正极输入端经第三十一电阻R20与国产ARM单片机U8的PB0端连接，接入第二控制信号中的P1+控制信号，第八运算放大器U3.1的负极输入端分别与第三十二电阻R22的第一端和第三十三电阻R21的第一端连接，第三十二电阻R22的第二端接地，第三十三电阻R21的第二端与第八运算放大器U3.1的输出端连接，第八运算放大器U3.1的输出端分别与第二十电容C19的第一端和激光器控制接口连接器JP7的P1+端连接，第二十电容C19的第二端接地，第八运算放大器U3.1的正偏置端连接至电源模块的+24V电压输出端，且第八运算放大器U3.1的正偏置端还经第二十五电容C9接地，第八运算放大器U3.1的负偏置端接地。第九运算放大器U3.4的正极输入端经第三十四电阻R30与国产ARM单片机U8的PB1端连接，接入第二控制信号中的使能控制信号EN+，第九运算放大器U3.4的负极输入端分别与第三十五电阻R42的第一端和第三十六电阻R34的第一端连接，第三十五电阻R42的第二端接地，第三十六电阻R34的第二端与第九运算放大器U3.4的输出端连接，第九运算放大器U3.4的输出端分别与第二十一电容C10的第一端和激光器控制接口连接器JP7的EN+端连接，第二十一电容C10的第二端接地。第十运算放大器U3.3的正极输入端经第三十七电阻R50与国产ARM单片机U8的PC15端连接，接入第二控制信号中的启动控制信号START+，第十运算放大器U3.3的负极输入端分别与第三十八电阻R52的第一端和第三十九电阻R51的第一端连接，第三十八电阻R52的第二端接地，第三十九电阻R51的第二端与第十运算放大器U3.3的输出端连接，第十运算放大器U3.3的输出端分别与第二十二电容C6的第一端和激光器控制接口连接器JP7的START+端连接，第二十二电容C6的第二端接地。

优选地，激光器状态采集模块包括第一光耦，第一光耦的正极输入端与电源模块的第一电压输出端连接，第一光耦的负极输入端用于与故障状态输出口连接，第一光耦的正极输出端经上拉电阻与电源模块的第一电压输出端连接，第一光耦的正极输出端还与国产ARM单片机U8的状态参数采集端连接，第一光耦的负极输出端接地，第一光耦的正极输出端用于输出状态参数。具体地，如图8至图9所示，激光器状态采集模块包括第一光耦J4和第二对外连接器JP2。第二对外连接器JP2自上而下的第五端和第六端用于与激光器内的故障状态输出口连接，第二对外连接器JP2自上而下的第五端连接至地端S_5VGND，第二对外连接器JP2自上而下的第六端定义为DI2端，第二对外连接器JP2的DI2端分别与第四十电阻R29的第一端、第四十一电阻R27的第一端和第二十三电容C24的第一端连接，第二十三电容C24的第二端连接至地端S_5VGND，第四十一电阻R27的第二端分别与第二十四电容C37的第一端和第一光耦J4的负极输入端连接，第二十四电容C37的第二端和第四十电阻R29的第二端均连接至+5V电压输出端S_5V（电源模块的其中一个第一电压输出端），第一光耦J4的正极输入端也连接至+5V电压输出端S_5V，第一光耦J4的正极输出端经第四十二电阻R28（上拉电阻）连接至电源模块的+5V电压输出端（电源模块的另一个第一电压输出端），第一光耦J4的正极输出端还与国产ARM单片机U8的PA1端连接，第一光耦J4的负极输出端接地，由此，国产ARM单片机U8的PA1端采集到了激光器的状态参数，激光器的状态参数为国产ARM单片机U8的PA1端的输入模拟量。此外，国产ARM单片机U8的BOOT0端经第四十三电阻R43接地，国产ARM单片机U8的NRST端经第四十四电阻R48与电源模块的+3.3V电压输出端连接，国产ARM单片机U8的NRST端还经第二十六电容C59接地。

基于上述激光器状态采集模块的设置，国产ARM单片机根据状态参数确定激光器的运行状态，具体过程如下：

国产ARM单片机判断PA1端输入模拟量的电平值是否为逻辑高电平，若是，则确定激光器的运行状态为异常，否则确定激光器的运行状态为正常。具体原理为：当激光器出现过流时，激光器的故障状态输出口电平发生翻转，致使与激光器的故障状态输出口连接的第二对外连接器JP2的DI2端电平发生翻转，从而使得国产ARM单片机PA1端输入模拟量变为逻辑高电平，因此当国产ARM单片机PA1端输入模拟量的电平值为逻辑高电平时，即可确定激光器出现过流异常。

优选地，根据电流参数和位置参数确定振镜电机的运行状态，具体过程如下：

S01、国产ARM单片机根据电机电流采集模块采集到的电流参数计算出振镜电机的实时工作电流，若国产ARM单片机判定振镜电机实时工作电流的幅值大于第一阈值，则确定振镜电机的出现过流异常，否则执行S04；

S02、若国产ARM单片机判定位置参数所表征的振镜电机的位置坐标大于第二阈值，则确定振镜电机出现位置异常，否则执行S03；

S03、国产ARM单片机根据多个位置参数计算得到振镜电机的转速，若转速大于第三阈值，则确定振镜电机出现转速过快异常，否则执行S04；

S04、若国产ARM单片机判定振镜电机实时工作电流的幅值大于第四阈值，且转速小于第五阈值，则确定振镜电机出现大电流小转速的异常，否则确定振镜电机的运行状态为正常。其中，第四阈值小于第二阈值，第五阈值小于第三阈值，第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值和第五阈值根据具体的振镜电机型号进行差异化设置。

优选地，国产ARM单片机还用于根据激光器的运行状态和振镜电机的运行状态生成监测信号，并将监测信号发送至上位机，以便于维修人员从上位机快速地定位出单摆设备的故障源，及时进行运维。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光手持焊单摆控制系统，所述控制系统用于与所述单摆连接，所述单摆包括激光器和振镜电机，其特征在于，所述控制系统包括ARM主控模块、电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块；所述ARM主控模块用于与外部的上位机和所述激光器连接，所述ARM主控模块还分别与所述电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块连接，所述电机驱动模块、电机电流采集模块和电机位置采集模块均用于与所述振镜电机连接，所述激光器状态采集模块用于与所述激光器连接；

所述电机电流采集模块用于采集振镜电机的电流参数，并将采集到的所述电流参数发送至ARM主控模块；

所述电机位置采集模块用于采集振镜电机的位置参数，并将采集到的所述位置参数发送至ARM主控模块；

所述激光器状态采集模块用于采集激光器的状态参数，并将采集到的所述状态参数发送至ARM主控模块；

所述ARM主控模块用于接收上位机发送的第一控制信号，并通过预设的PID控制算法，以及根据所述第一控制信号、位置参数和电流参数生成差分控制信号，然后将所述差分控制信号发送至所述电机驱动模块；

所述ARM主控模块还用于调用预设的激光器控制函数生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送至所述激光器；

ARM主控模块还用于根据状态参数确定激光器的运行状态，以及根据电流参数和位置参数确定振镜电机的运行状态；若激光器的运行状态为异常和/或振镜电机的运行状态为异常，则生成关断信号，并将所述关断信号发送至激光器和振镜电机；

其中，所述第一控制信号包含有激光器控制信息、用于控制振镜电机的速度给定量信息和位置给定量信息。

2.根据权利要求1所述的一种激光手持焊单摆控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块包括国产D类音频功率放大器，所述国产D类音频功率放大器与所述ARM主控模块连接，所述国产D类音频功率放大器还用于与所述振镜电机连接。

3.根据权利要求1所述的一种激光手持焊单摆控制系统，其特征在于，所述ARM主控模块包括国产ARM单片机，所述国产ARM单片机分别与所述电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块连接，所述国产ARM单片机还用于与所述上位机和激光器连接。

4.根据权利要求1所述的一种激光手持焊单摆控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括串口通信模块，所述ARM主控模块用于经所述串口通信模块与所述上位机连接。

5.根据权利要求1所述的一种激光手持焊单摆控制系统，其特征在于，所述ARM主控模块还用于根据激光器的运行状态和振镜电机的运行状态生成监测信号，并将所述监测信号发送至上位机。

6.根据权利要求1所述的一种激光手持焊单摆控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括第一运算放大模块，所述第一运算放大模块的正极输入端用于接收所述第二控制信号，第一运算放大模块的负极输入端接地，第一运算放大模块的输出端用于与所述激光器连接。

7.根据权利要求1所述的一种激光手持焊单摆控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括电源模块，所述电源模块分别与所述ARM主控模块、电机驱动模块、电机电流采集模块、电机位置采集模块和激光器状态采集模块连接。

8.根据权利要求7所述的一种激光手持焊单摆控制系统，其特征在于，所述激光器设置有故障状态输出口，所述激光器状态采集模块包括第一光耦，所述第一光耦的正极输入端与所述电源模块的第一电压输出端连接，第一光耦的负极输入端用于与所述故障状态输出口连接，第一光耦的正极输出端经上拉电阻与所述电源模块的第一电压输出端连接，第一光耦的正极输出端还与所述ARM主控模块的状态参数采集端连接，第一光耦的负极输出端接地，第一光耦的正极输出端用于输出所述状态参数。

9.根据权利要求8所述的一种激光手持焊单摆控制系统，其特征在于，所述ARM主控模块还用于根据状态参数确定激光器的运行状态，具体过程如下：

ARM主控模块判断所述状态参数的电平值是否为逻辑高电平，若是，则确定激光器的运行状态为异常，否则确定激光器的运行状态为正常。

10.根据权利要求1所述的一种激光手持焊单摆控制系统，其特征在于，所述根据电流参数和位置参数确定振镜电机的运行状态，具体过程如下：

S01、若ARM主控模块判定所述电流参数的幅值大于第一阈值，则确定振镜电机的运行状态为异常，否则执行S04；

S02、若ARM主控模块判判定所述位置参数所表征的振镜电机的位置坐标大于第二阈值，则确定振镜电机的运行状态为异常，否则执行S03；

S03、ARM主控模块根据多个所述位置参数计算得到振镜电机的转速，若所述转速大于第三阈值，则确定振镜电机的运行状态为异常，否则执行S04；

S04、若ARM主控模块判定所述电流参数的幅值大于第四阈值，且所述转速小于第五阈值，则确定振镜电机的运行状态为异常，否则确定振镜电机的运行状态为正常；

其中，所述第四阈值小于第一阈值，所述第五阈值小于第三阈值。

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