CN117226251B - 激光焦点位置和能量同步控制方法、电路及激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焦点位置和能量同步控制方法、电路及激光加工设备，激光焦点位置和能量同步控制方法包括根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一；根据预设的时间间隔进行延时；启动第一定时器和第二定时器中的另一；当第一定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过Q‑SPI接口输出第一控制信号，第一控制信号用于表征目标振镜电机的偏转位置控制信号；当第二定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过DAC接口输出第二控制信号，第二控制信号用于表征目标激光器的瞬时功率控制信号，其中，Q‑SPI接口和DAC接口为同一MCU的接口。本发明能够提高振镜电机控制和激光焦点能量的同步性能。

Description

激光焦点位置和能量同步控制方法、电路及激光加工设备

技术领域

本发明涉及激光加工设备技术领域，特别涉及一种激光焦点位置和能量同步控制方法、电路及激光加工设备。

背景技术

激光设备的相关应用中，以激光焊接机或激光清洗机为例，在作业过程中，激光焦点在振镜电机的控制下一直在移动，如果激光焦点是匀速移动的，那么激光焦点的能量恒定不变就能够保证整个作业面上所有点的能量都是均匀的。然而，因为振镜电机在作业过程中需要切换偏转方向，导致振镜电机的偏转存在一个减速和加速的过程，这就要求激光焦点的能量要随着激光焦点的移动（振镜电机的偏转）动态调整，激光焦点的能量和振镜电机的控制难以做到同步。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种激光焦点位置和能量同步控制方法、电路及激光加工设备，能够提高振镜电机控制和激光焦点能量的同步性能，从而实现激光焦点位置和能量的同步控制。

一方面，本发明实施例提供一种激光焦点位置和能量同步控制方法，包括：

根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一；

根据预设的时间间隔进行延时；

启动所述第一定时器和所述第二定时器中的另一；

当所述第一定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号，所述第一控制信号用于表征目标振镜电机的偏转位置控制信号；

当所述第二定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过DAC接口输出第二控制信号，所述第二控制信号用于表征目标激光器的瞬时功率控制信号，其中，所述Q-SPI接口和所述DAC接口为同一MCU（Microcontroller Unit，微处理器）的接口。

根据本发明的一些实施例，所述根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一，包括：

获取预存储在缓存中的第一位置数据；

确定所述第一位置数据满足预设要求的情况下，根据预设的启动顺序，启动所述第一定时器和所述第二定时器中的其中之一。

根据本发明的一些实施例，所述根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一，之前包括：

获取预存储在缓存中的第一位置数据；

确定所述第一位置数据不满足预设要求的情况下，重新计算并更新所述第一位置数据。

根据本发明的一些实施例，所述当所述第一定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号，包括：

当所述第一定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式从所述缓存中将所述第一位置数据传输至所述Q-SPI接口；

根据所述第一位置数据，通过所述Q-SPI接口输出所述第一控制信号。

根据本发明的一些实施例，所述基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号，之后还包括：

获取所述目标振镜电机的反馈信号；

根据所述反馈信号和所述第一控制信号，确定所述目标振镜电机的工作状态；

在所述目标振镜电机的工作状态异常的情况下，执行保护动作。

根据本发明的一些实施例，所述根据所述反馈信号和所述第一控制信号，确定所述目标振镜电机的工作状态，包括以下至少之一：

根据所述反馈信号的电压幅值和所述第一控制信号的电压幅值，确定所述目标振镜电机的工作状态；

或者，

对所述反馈信号进行信号整形和测频，以确定所述反馈信号的频率值；

根据所述反馈信号的频率值和所述第一控制信号的频率值，确定所述目标振镜电机的工作状态。

另一方面，本发明实施例提供一种激光焦点位置和能量同步控制电路，包括：

振镜电机，具有输入信号接口和位置反馈信号接口；

激光器，具有瞬时功率控制接口；

振镜控制板，包括MCU、DAC模块、位置运算输出模块和误差放大模块，所述MCU具有Q-SPI接口和DAC接口，所述MCU的Q-SPI接口与所述DAC模块连接，所述DAC模块与所述位置运算输出模块的第一输入端连接，所述误差放大模块的输入端与所述振镜电机的位置反馈信号接口连接，所述误差放大模块的输出端与所述位置运算输出模块的第二输入端连接，所述位置运算输出模块的输出端与所述振镜电机的输入信号接口连接，所述MCU的DAC接口与所述激光器的瞬时功率控制接口连接。

根据本发明的一些实施例，所述MCU还具有PWM接口，所述激光器还具有最大功率控制接口，所述MCU的PWM接口与所述激光器的最大功率控制接口连接。

再一方面，本发明实施例提供一种激光焦点位置和能量同步控制电路，包括：MCU和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述MCU调用所述存储器中的计算机程序时执行上述的激光焦点位置和能量同步控制方法。

还一方面，本发明实施例提供一种激光加工设备，包括上述的激光焦点位置和能量同步控制电路。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

本发明实施例的激光焦点位置和能量同步控制方法，MCU基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号以及通过DAC接口输出第二控制信号，且第一控制信号和第二控制信号之间的时序通过第一定时器和第二定时器来控制，可以实现第一控制信号和第二控制信号之间的时序间隔稳定、可控，提高振镜电机控制和激光焦点能量的同步性能，从而实现激光焦点位置和能量的同步控制。

本发明实施例的激光焦点位置和能量同步控制电路和激光加工设备通过同一MCU来控制激光器的瞬时功率和振镜电机的动作，有利于提高振镜电机控制和激光焦点能量的同步性能，且MCU的价格较低、通用性强及开发门槛较低，有利于降低成本以及研发难度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的激光焦点位置和能量同步控制方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例的激光焦点的位置和能量在理想状态下的时序图；

图3为图2中圈示位置A的局部放大图；

图4为本发明实施例的激光焦点的位置超前于能量的时序图；

图5为本发明实施例的激光焦点的位置滞后于能量的时序图；

图6为本发明实施例的激光焦点位置和能量同步控制电路的电路原理框图之一；

图7为本发明实施例的激光焦点位置和能量同步控制电路的电路原理框图之二；

图8为本发明实施例的激光焦点位置和能量同步控制电路在Q-SPI接口标准用法下的局部原理框图；

图9为本发明实施例的激光焦点位置和能量同步控制电路在Q-SPI接口两线制用法下的局部原理框图；

图10为本发明实施例的激光焦点位置和能量同步控制电路的电路原理框图之三；

图11为本发明实施例中MCU的Q-SPI接口输出第一控制信号的流程图；

图12为本发明实施例中MCU实现激光焦点位置和能量匹配的流程图。

附图标记：

振镜电机100、激光器200、振镜控制板300、MCU 310、DAC 模块320、第一DAC模块321、第二DAC模块322、位置运算输出模块330、误差放大模块340。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，“设置”、“连接”等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

激光振镜是通过振镜电机来驱动振镜镜片反射激光，从而使激光焦点在X-Y平面内运动。振镜电机不同于一般的电机，振镜电机具有非常小的惯量，且在运动的过程中负载非常小，振镜电机用于驱动振镜镜片在一定角度范围内反复摆动。振镜电机的工作原理是通电线圈在磁场中产生力矩，但与一般的电机不同的是，振镜电机的转子通过机械扭簧或电子控制的方法施加有复位力矩，力矩大小与转子偏离平衡位置的角度成正比。当线圈通以一定的电流而转子偏转到一定的角度时，电磁力矩与复位力矩大小相等，因此振镜电机不能像一般电机一样360°旋转，而只能偏转一定角度，偏转角度与电流成正比，类似于电流计。故而振镜又称为电流计扫描振镜，简称扫描振镜。

如前文所述，在激光作业的过程中，需要对激光焦点的位置和能量进行同步控制。相关技术中，振镜电机的控制常采用“控制板+第三方振镜”的方案，而由于第三方振镜一般都是采用XY2-100协议，导致控制板也需要支持XY2-100协议。而一般的控制板都是开发者通过模拟XY2-100协议实现的，如果要获知振镜电机的工作状态，就要切换数据的传输方向，严重影响了振镜系统的性能。针对相关技术的问题，本实施例公开了一种激光焦点位置和能量同步控制方法，能够提高振镜电机控制和激光焦点能量的同步性能，从而实现激光焦点位置和能量的同步控制。请参照图1，本实施例公开了一种激光焦点位置和能量同步控制方法，包括步骤S100~S500。需要说明的是，本实施例对方法步骤进行标号仅是为了便于审查理解，而不是对实施顺序的限定。

为了便于理解本实施例激光焦点位置和能量同步控制方法的发明构思，下面对激光作业的过程原理进行说明。

在激光作业过程中，激光焦点一直在移动。以激光清洗设备为例，在清洗作业时，激光焦点在一定宽度范围内（例如在10cm的X轴或Y轴的轴向范围内）快速移动，焦点行程范围相对较大，扫描周期大概为5ms~10ms。因为激光焦点的行程较大，也就是振镜的偏转角度较大，在偏转到极限位置的时候，需要进行减速处理，否则会导致振镜电机的振动较大，如果这种情况长时间存在，容易出现振镜电机损坏、振镜镜片脱落等问题，从而造成生产事故。如图2和图3所示，图中示出了激光焦点的行程变化情况，其中纵坐标为激光焦点的行程位置，横坐标为时间，行程曲线L11用于表征振镜电机在反向偏转阶段无减速处理的行程曲线，行程曲线L12用于表征振镜电机在反向偏转阶段进行了减速处理的行程曲线。

请参照图3，图中示出了行程曲线L11和行程曲线L12在最大行程位置处，激光焦点的行程位置随时间的变化情况。从图3中可知，行程曲线L12进行减速处理后，曲线的变化较为平滑，有利于减小振镜电机的速度突变，从而减小振镜电机的振动。

由于振镜电机在激光焦点的最大行程处进行了减速处理，激光焦点的移动速度不再均匀，为了满足激光作业的质量要求，激光焦点的能量在减速阶段也需要同步调整。例如，在激光焦点到达最大行程附近时，激光焦点在该位置的停留时间较长，此时需要降低激光焦点的能量（如图3中曲线P11的弯曲部分所示，曲线P11用于表征激光焦点的能量随时间变化的曲线），否则激光清洗会出现不均匀的效果。

针对同一款振镜电机以及同一款激光器，激光焦点的位置和激光焦点的能量更新的响应时间是确定的，但是两者之间匹配关系存在不确定性，例如，请参照图4，在激光焦点最大行程位置附近，激光焦点的位置早于激光焦点的能量（如图中指示位置B所示），即激光焦点的位置已到位，但激光焦点的能量还未更新；请参照图5，在激光焦点最大行程位置附近，激光焦点的位置滞后于激光焦点的能量（如图中指示位置C所示），即激光焦点的能量已更新，但激光焦点还没有到位。针对激光焦点的位置和能量的不同步问题，本实施例激光焦点位置和能量同步控制方法，基于事件更新的方式，通过配置第一定时器和第二定时器，来控制激光焦点位置（即振镜的偏转角度）和激光焦点能量（即激光器的瞬时功率），以及基于DMA传输的方式来进行数据搬运，实现数据传输的高可靠同步，从而提高振镜电机控制和激光焦点能量的同步性能。下面对本实施例的激光焦点位置和能量同步控制方法的各个步骤进行详细表述：

S100、根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一；

在应用时，根据工艺要求或不同硬件（振镜电机和激光器）的响应特性来设定第一定时器和第二定时器的启动顺序，例如先启动第一定时器，或者，先启动第二定时器。其中，第一定时器和第二定时器基于事件更新的方式来控制激光焦点位置和激光焦点能量，启动第一定时器或第二定时器后，会开启对应定时器的事件触发功能。

S200、根据预设的时间间隔进行延时；

如上文，在振镜电机和激光器的产品型号已确定的情况下，激光焦点的位置和激光焦点的能量更新的响应时间是确定的，而不确定的是两者之间匹配关系，因此，本实施例通过在第一定时器和第二定时器之间设置延时，可以对激光焦点位置和激光焦点的能量更新的时序关系进行控制。例如，针对实际应用中的振镜电机和激光器，在确定激光焦点位置和激光焦点能量更新的响应时间的情况下，可以根据激光焦点位置和激光焦点能量更新的匹配关系，设定延时的时间间隔，从而使第一定时器和第二定时器在事件更新时实现期望的时序关系，即同步性能。

S300、启动第一定时器和第二定时器中的另一；

示例性的，请参照图4，在激光焦点最大行程位置附近，激光焦点的位置早于激光焦点的能量，即激光焦点的位置已到位，但激光焦点的能量还未更新，此时可以先启动第二定时器，经过预设时间间隔的延时后，再启动第一定时器，如此可以使激光焦点的位置不再超前于激光焦点的能量，从而实现激光焦点的位置和能量之间同步；或者，请参照图5，在激光焦点最大行程位置附近，激光焦点的位置滞后于激光焦点的能量，即激光焦点的能量已更新，但激光焦点还没有到位，此时可以先启动第一定时器，经过预设时间间隔的延时后，再启动第二定时器，如此可以使激光焦点的位置不再滞后于激光焦点的能量，从而实现激光焦点的位置和能量之间同步。

S400、当第一定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号，第一控制信号用于表征目标振镜电机的偏转位置控制信号；

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问），提供在外设与内存、存储器和存储器、外设与外设之间的高速数据传输使用，允许不同速度的硬件之间沟通，数据传输速度快，有利于确保第一控制信号输出的连续性，而第一控制信号用于控制振镜电机的转动，即控制激光焦点的位置变化。

S500、当第二定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过DAC接口输出第二控制信号，第二控制信号用于表征目标激光器的瞬时功率控制信号，其中，Q-SPI接口和DAC接口为同一MCU的接口。

与第一控制信号类似，基于DMA传输的方式通过DAC接口输出第二控制信号，第二控制信号用于控制激光器的瞬时功率，即激光焦点的能量，而Q-SPI接口和DAC接口均为同一MCU的接口，通过一个MCU芯片可以实现第一控制信号和第二控制信号的同步控制，且可以降低不同芯片所导致的时间误差。

从上文的描述中可知，MCU基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号以及通过DAC接口输出第二控制信号，且第一控制信号和第二控制信号之间的时序通过第一定时器和第二定时器来控制，可以实现第一控制信号和第二控制信号之间的时序间隔稳定、可控，从而提高振镜电机控制和激光焦点能量的同步性能。此外，MCU的通用性较强，价格比FPGA低，有利于降低开发成本，且MCU的研发门槛更低，有利于降低产品开发难度。

步骤S100、根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一，包括：

S110、获取预存储在缓存中的第一位置数据；

S120、确定第一位置数据满足预设要求的情况下，根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一。

其中，第一位置数据用于表征适配于目标加工位置（即激光焦点的位置）的目标振镜电机的偏转角度。示例性的，第一位置数据可以存储在FLASH缓存中，当开始作业时，MCU从FLASH缓存中读取第一位置数据，当第一位置数据满足当前工艺要求时，根据工艺要求启动第一定时器和第二定时器中的其中之一。

在一些实施例中，步骤S100、根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一，之前包括：

S110、获取预存储在缓存中的第一位置数据；

S130、确定第一位置数据不满足预设要求的情况下，重新计算并更新第一位置数据。

例如，预存储在缓存中的第一位置数据适配于第一款产品，而当需要对第二款产品进行加工时，预存储的第一位置数据不满足第二款产品的生产要求，此时需要重新计算并更新第一位置数据。其中，可以通过手动输入第一位置数据，也可以通过设定产品型号、生产顺序等方式来自动更新第一位置数据，更新后的第一位置数据写入FLASH缓存中，以便于后续使用。

其中，步骤S400、当第一定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号，包括：

S410、当第一定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式从缓存中将第一位置数据传输至Q-SPI接口；

S420、根据第一位置数据，通过Q-SPI接口输出第一控制信号。

当第一定时器定时溢出时，开始事件更新，从而周期性地执行基于DMA传输的方式从缓存中将第一位置数据搬运至Q-SPI接口，Q-SPI接口则输出第一控制信号。

为了提高生产的安全性，步骤S400、基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号，之后还包括：

S610、获取目标振镜电机的反馈信号；

S620、根据反馈信号和第一控制信号，确定目标振镜电机的工作状态；

S630、在目标振镜电机的工作状态异常的情况下，执行保护动作。

相关技术中，第三方振镜的XY2-100协议虽然支持振镜电机的状态回读，但是大多数情况下为了确保工作效率，相关技术的控制板并没有实时读取振镜电机的工作状态，导致振镜电机一旦发生异常，控制板无法检测到异常，而激光器还在继续工作，造成生产事故。而本实施例通过获取目标振镜电机的反馈信号，并根据反馈信号和第一控制信号来对目标振镜电机的工作状态件检测，可以在目标振镜电机发生异常时，执行诸如停止激光器、发出报警等保护动作。

示例性的，MCU内置有模拟量看门狗（AWDG），无需在软件程序的执行流程中循环检测，实时性好，模拟量看门狗可以对振镜镜片的实时位置进行实时监测，例如通过振镜电机输出反馈信号并转换成对应电压值来表征振镜镜片的实时位置，从而通过模拟量看门狗根据电压值来确定振镜电机的工作状态。

除了使用模拟量看门狗检测振镜电机的偏转角度外，还可以将振镜电机的反馈信号整形和测频处理成一个方波信号，通过MCU内置的脉冲捕获通道测量方波信号的频率值。理论上，方波信号的频率值与激光焦点的扫描频率值是一致的，因此，通过测量方波信号的频率值，可以间接确定振镜电机的工作状态，例如振镜电机是处于正常工作状态还是出现异常。值得一提的是，模拟量看门狗和脉冲捕获通道均是MCU内置的硬件资源，无需软件程序实时处理，有利于提高可靠性，以及为MCU的IO信号处理、串口通信等空出了大量的可用资源。

因此，步骤S620、根据反馈信号和第一控制信号，确定目标振镜电机的工作状态，包括以下至少之一：

S621、根据反馈信号的电压幅值和第一控制信号的电压幅值，确定目标振镜电机的工作状态；

或者，

S622、对反馈信号进行信号整形和测频，以确定反馈信号的频率值；

S623、根据反馈信号的频率值和第一控制信号的频率值，确定目标振镜电机的工作状态。

本实施例根据振镜电机的反馈信号，通过不同的检测方式来确定振镜电机的工作状态，例如对反馈信号进行电压幅值和频率检测，从而对振镜电机的偏转角度和偏转频率进行监控，进而确定振镜电机的工作状态，当振镜电机的工作状态发生异常时，及时执行保护动作，有利于确保生产安全。

本实施例提供一种激光焦点位置和能量同步控制电路，包括MCU和存储器，存储器中存储有计算机程序，MCU调用存储器中的计算机程序时执行上述的激光焦点位置和能量同步控制方法。MCU基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号以及通过DAC接口输出第二控制信号，且第一控制信号和第二控制信号之间的时序通过第一定时器和第二定时器来控制，可以实现第一控制信号和第二控制信号之间的时序间隔稳定、可控，从而提高振镜电机控制和激光焦点能量的同步性能。需要说明的是，本实施例的激光焦点位置和能量同步控制电路中未涉及的内容，可以参照上述激光焦点位置和能量同步控制方法实施例。

请参照图6和图7，基于上述的激光焦点位置和能量同步控制方法的发明构思，本实施例提供还一种激光焦点位置和能量同步控制电路，包括振镜电机100、激光器200和振镜控制板300，振镜电机100具有输入信号接口和位置反馈信号接口，激光器200具有瞬时功率控制接口；振镜控制板300包括MCU 310、DAC模块320、位置运算输出模块330和误差放大模块340，MCU 310具有Q-SPI接口和DAC接口，MCU 310的Q-SPI接口与DAC模块320连接，DAC模块320与位置运算输出模块330的第一输入端连接，误差放大模块340的输入端与振镜电机100的位置反馈信号接口连接，误差放大模块340的输出端与位置运算输出模块330的第二输入端连接，位置运算输出模块330的输出端与振镜电机100的输入信号接口连接，MCU310的DAC接口与激光器200的瞬时功率控制接口连接。MCU 310用于基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号，第一控制信号用于表征振镜电机100的偏转位置控制信号，以及用于基于DMA传输的方式通过DAC接口输出第二控制信号，第二控制信号用于表征激光器200的瞬时功率控制信号。MCU 310用于对第一控制信号和第二控制信号之间的时序关系进行控制，从而使振镜电机的偏转和激光器的瞬时功率匹配，进而提高激光焦点的位置和能量的同步性能。

本实施例的激光焦点位置和能量同步控制电路通过同一MCU 310来控制激光器200的瞬时功率和振镜电机100的动作，有利于提高激光焦点能量和振镜电机100控制的同步性能，且MCU 310的价格较低及开发门槛较低，有利于降低成本以及研发难度。此外，本实施例的激光焦点位置和能量同步控制电路集成了振镜电机100、激光器200和振镜控制板300，集成度高，功能齐全，采用通用性更高的MCU作为主控芯片，成本低，且通过Q-SPI接口来输出振镜电机100的第一控制信号，绕开了XY2-100协议，降低了开发门槛，缩短了开发周期，使产品能够快速面市。

请参照图6和图7，在本实施例中，MCU 310还具有PWM接口，激光器200还具有最大功率控制接口，MCU 310的PWM接口与激光器200的最大功率控制接口连接，从而控制激光器200的最大功率。

值得一提的是，本实施例的Q-SPI接口分为标准用法（即标准SPI接口）、两线制用法和四线制用法，在Q-SPI接口的标准用法中除了CLK时钟信号外，一般只有一根发送数据线（MOSI）和一根接收数据线（MISO），而为了实现激光焦点在X-Y平面内移动，需要采用X轴振镜电机和Y轴振镜电机，当采用标准用法时，如图8所示，DAC模块320采用菊花链式的级联结构，即图8中的第一DAC模块321和第二DAC模块322的连接方式。在实际使用时，DAC模块320可以选用合适的DAC芯片，但考虑到不是所有支持标准SPI接口的DAC芯片都支持级联结构，为了提高DAC模块320的兼容性，而采用Q-SPI接口的两线制用法来连接两片的DAC芯片。Q-SPI接口除了CLK时钟信号外，还具有四根数据线（D[0]~D[3]），本实施例采用其中两根数据线来实现两线制，例如图9所示采用其中两根数据线（D[0]、D[1]）来分别通过第一DAC模块321和第二DAC模块322连接X振镜电机和Y轴振镜电机。

此外，请参照图10，如上文所述，本实施例除了使用模拟量看门狗检测振镜电机100的偏转角度外，还将振镜电机100的反馈信号整形处理成一个方波信号，并通过测量方波信号的频率值，可以间接确定振镜电机100的工作状态，其中模拟量看门狗可以通过将反馈信号接入MCU的ADC接口来启用，频率值的对比可以通过将反馈信号接入MCU的脉冲捕获接口来实现。如此，根据振镜电机100的反馈信号，通过不同的检测方式来确定振镜电机100的工作状态，当振镜电机100的工作状态发生异常时，及时执行保护动作，有利于确保生产安全。

另外，请参照图11和图12，图11示出了MCU基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号的流程图；图12示出了MCU基于DMA传输方式通过第一定时器、第二定时器实现来实现激光焦点的位置和能量同步控制的流程图。本实施例采用MCU作为处理器，来实现多个振镜电机的控制，同时绕开了XY2-100协议，降低了激光加工设备的成本；与FPGA作为处理器的方案相比，本实施例采用通用性更高的MCU，降低了开发门槛，缩短开发周期；而且，本实施例通过MCU实现振镜电机和激光器的瞬时功率的控制，有利于提高激光焦点的位置和能量的同步性能。

本发明实施例提供一种激光加工设备，包括上述的激光焦点位置和能量同步控制电路。MCU基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号以及通过DAC接口输出第二控制信号，且第一控制信号和第二控制信号之间的时序通过第一定时器和第二定时器来控制，可以实现第一控制信号和第二控制信号之间的时序间隔稳定、可控，从而提高振镜电机控制和激光焦点能量的同步性能。需要说明的是，本实施例的激光加工设备中未涉及的内容，可以参照上述激光焦点位置和能量同步控制电路实施例。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种激光焦点位置和能量同步控制方法，其特征在于，包括：

根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一；

根据预设的时间间隔进行延时；

启动所述第一定时器和所述第二定时器中的另一；

当所述第一定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号，所述第一控制信号用于表征目标振镜电机的偏转位置控制信号；

当所述第二定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过DAC接口输出第二控制信号，所述第二控制信号用于表征目标激光器的瞬时功率控制信号，其中，所述Q-SPI接口和所述DAC接口为同一MCU的接口。

2.根据权利要求1所述的激光焦点位置和能量同步控制方法，其特征在于，所述根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一，包括：

获取预存储在缓存中的第一位置数据；

确定所述第一位置数据满足预设要求的情况下，根据预设的启动顺序，启动所述第一定时器和所述第二定时器中的其中之一。

3.根据权利要求1所述的激光焦点位置和能量同步控制方法，其特征在于，所述根据预设的启动顺序，启动第一定时器和第二定时器中的其中之一，之前包括：

获取预存储在缓存中的第一位置数据；

确定所述第一位置数据不满足预设要求的情况下，重新计算并更新所述第一位置数据。

4.根据权利要求2或3所述的激光焦点位置和能量同步控制方法，其特征在于，所述当所述第一定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号，包括：

当所述第一定时器定时溢出时，基于DMA传输的方式从所述缓存中将所述第一位置数据传输至所述Q-SPI接口；

根据所述第一位置数据，通过所述Q-SPI接口输出所述第一控制信号。

5.根据权利要求1所述的激光焦点位置和能量同步控制方法，其特征在于，所述基于DMA传输的方式通过Q-SPI接口输出第一控制信号，之后还包括：

获取所述目标振镜电机的反馈信号；

根据所述反馈信号和所述第一控制信号，确定所述目标振镜电机的工作状态；

在所述目标振镜电机的工作状态异常的情况下，执行保护动作。

6.根据权利要求5所述的激光焦点位置和能量同步控制方法，其特征在于，所述根据所述反馈信号和所述第一控制信号，确定所述目标振镜电机的工作状态，包括以下至少之一：

根据所述反馈信号的电压幅值和所述第一控制信号的电压幅值，确定所述目标振镜电机的工作状态；

或者，

对所述反馈信号进行信号整形和测频，确定所述反馈信号的频率值；

根据所述反馈信号的频率值和所述第一控制信号的频率值，确定所述目标振镜电机的工作状态。

7.一种激光焦点位置和能量同步控制电路，其特征在于，包括：

振镜电机，具有输入信号接口和位置反馈信号接口；

激光器，具有瞬时功率控制接口；

振镜控制板，包括MCU、DAC模块、位置运算输出模块和误差放大模块，所述MCU具有Q-SPI接口和DAC接口，所述MCU的Q-SPI接口与所述DAC模块连接，所述DAC模块与所述位置运算输出模块的第一输入端连接，所述误差放大模块的输入端与所述振镜电机的位置反馈信号接口连接，所述误差放大模块的输出端与所述位置运算输出模块的第二输入端连接，所述位置运算输出模块的输出端与所述振镜电机的输入信号接口连接，所述MCU的DAC接口与所述激光器的瞬时功率控制接口连接，所述MCU用于基于DMA传输的方式通过所述Q-SPI接口输出第一控制信号，所述第一控制信号用于表征所述振镜电机的偏转位置控制信号，以及用于基于DMA传输的方式通过所述DAC接口输出第二控制信号，所述第二控制信号用于表征所述激光器的瞬时功率控制信号。

8.根据权利要求7所述的激光焦点位置和能量同步控制电路，其特征在于，所述MCU还具有PWM接口，所述激光器还具有最大功率控制接口，所述MCU的PWM接口与所述激光器的最大功率控制接口连接。

9.一种激光焦点位置和能量同步控制电路，其特征在于，包括：MCU和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述MCU调用所述存储器中的计算机程序时执行如权利要求1至6任一项所述的激光焦点位置和能量同步控制方法。

10.一种激光加工设备，其特征在于，包括权利要求7至9任一项所述的激光焦点位置和能量同步控制电路。