CN219800026U - 一种激光器的电控系统和激光加工设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于激光器领域，提供了一种激光器的电控系统和激光加工设备。所述电控系统包括一多模主控板、多个单模控制板和合束模块，所述多模主控板包括MCU、FPGA、外控PWM模块、总线控制器和存储模块；存储模块存储了多种控制模式的配置信息；多模主控板还连接上位机，由用户通过上位机选择多种控制模式中的一种控制模式，以实现控制模式的切换。本申请应对多种应用场景时能支持多种控制模式自由切换。
Description
技术领域
本实用新型属于激光器领域，尤其涉及一种激光器的电控系统和激光加工设备。
背景技术
激光器的控制信号复杂，面对终端用户的多种应用场景时，用户会随机选择激光器的不同控制模式和信号源通道，会导致激光器的控制方式冲突和信号源流向混乱不可控，激光器存在漏光和异常出光的情况。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种应对多种应用场景时能支持多种控制模式自由切换的激光器的电控系统和激光加工设备。
第一方面，本实用新型提供了一种激光器的电控系统，所述电控系统包括一多模主控板、分别与多模主控板连接的多个单模控制板和合束模块，所述合束模块还分别与多个单模控制板连接；所述多模主控板包括微控制器MCU和分别与MCU连接的现场可程式门阵列FPGA、外控PWM模块、总线控制器和存储模块；存储模块存储了多种控制模式的配置信息；多模主控板还连接上位机，由用户通过上位机选择多种控制模式中的一种控制模式，以实现控制模式的切换。
进一步地，所述控制模式包括外控模式、纯总线切割模式、总线及PWM切割模式、总线焊接模式和内控调试模式中的任意组合。
进一步地，当激光器处于外控模式时，激光切割机通过外控IO线连接合束模块的外控信号接口，根据不同的单模控制板对应的单模激光器模块的外控控制时序和逻辑，通过外控IO线的功率信号和PWM信号独立控制每个单模激光器模块的输出功率和开关光，通过外控IO线从多模主控板的MCU和FPGA中读取激光器的反馈状态和报警信息；
当激光器处于纯总线切割模式时，总线系统通过激光器的总线控制器向MCU发送控制信号，激光器的报警和状态经由总线控制器通过以太网反馈给激光切割机；FPGA用于监控和保护合束模块；
当激光器处于总线及PWM切割模式时，PWM信号连接激光器的合束模块的外控信号接口控制不同的单模控制板对应的单模激光器模块开关光，其他的的信号通过总线控制器来下发和读取，MCU做激光器的事务性监控处理，FPGA用于监控和保护合束模块；
当激光器处于总线焊接模式时，首先先通过上位机编辑波形信息保存到MCU，掉电保存，同时把波形信息发送给FPGA处理；然后总线控制器调用FPGA的出光控制逻辑，输出焊接功率波形；
当处于内控调试模式时，通过应用程序APP或者电脑查看激光器的MCU和FPGA获取的激光器状态和报警信息。
进一步地，所述电控系统中的合束模块包括光电探测器采集板，所述多模主控板还包括分别与MCU连接的多组开关，每组开关包括四选一开关和二选一开关，每个单模控制板对应一组开关。
进一步地，所述四选一开关用于统一管理激光器的出光信号、使能信号和功率信号，由四选一开关选择激光器的出光信号、使能信号和功率信号是选用外控、总线控制器、FPGA和MCU中的其中一个控制信号源通道；
所述二选一开关用于统一管理激光器的PWM信号，由二选一开关选择激光器的PWM信号选用外控或总线控制器；
每组开关输出的激光器信号分别给不同的单模控制板，分别控制不同的单模激光器模块出光；
多模主控板的MCU用于控制每组开关实现单模激光器模块的控制模式切换和信号源流向的管理。
进一步地，四选一开关是四通道输入，一通道输出的逻辑通道芯片，二选一开关是两通道输入，一通道输出的逻辑通道芯片，MCU通过控制一组开关中的四选一开关的第一IO端口和第二IO端口以及二选一开关的第三IO端口的电平输出真值组合控制实现单模激光器模块的多种控制模式的切换。
第二方面，本实用新型提供了一种激光加工设备，包括所述的激光器的电控系统。
在本实用新型中，由于电控系统包括一多模主控板、多个单模控制板和合束模块，所述多模主控板包括微控制器MCU和分别与MCU连接的现场可程式门阵列FPGA、外控PWM模块、总线控制器和存储模块，存储模块存储了多种控制模式的配置信息；多模主控板还连接上位机，由用户通过上位机选择多种控制模式中的一种控制模式，以实现控制模式的切换。因此，本申请应对多种应用场景时能支持多种控制模式自由切换。
又由于多模主控板还包括分别与MCU连接的多组开关，每组开关包括四选一开关和二选一开关，每个单模控制板对应一组开关，其中，四选一开关用于统一管理激光器的出光信号、使能信号和功率信号，由四选一开关选择激光器的出光信号、使能信号和功率信号是选用外控、总线控制器、FPGA和MCU中的其中一个控制信号源通道；二选一开关用于统一管理激光器的PWM信号，由二选一开关选择激光器的PWM信号是选用外控或总线控制器；多模主控板的MCU用于控制每组开关实现单模激光器模块的控制模式切换和信号源流向的管理。因此应对客户端不同通道及多种激光控制信号输入，可以在多模主控板上灵活组态信号流向。
又由于四选一开关和二选一开关是辑通道芯片，MCU通过控制一组开关中的四选一开关的第一IO端口和第二IO端口以及二选一开关的第三IO端口的电平输出真值组合控制实现单模激光器模块的多种控制模式的切换。因此能支持多模式激光器控制的出光逻辑。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的激光器的电控系统示意图。
图2是本实用新型另一实施例提供的激光器的电控系统示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
当激光器应用于切割时，激光器不需要连接外部的工艺控制板，只需通过IO线材端子或者总线方式接入切割系统。当激光器应用于焊接时，激光器需要连接外部的工艺控制板，信号源流向不同。因此本申请一实施例提供了一种激光器的电控系统，请参阅图1，所述电控系统包括一多模主控板11、分别与多模主控板11连接的多个单模控制板12和合束模块13，合束模块13还分别与多个单模控制板12连接；所述多模主控板11包括微控制器MCU111和分别与微控制器MCU 111连接的现场可程式门阵列FPGA 112、外控PWM模块113、总线控制器114和存储模块115；存储模块115存储了多种控制模式的配置信息；多模主控板11还连接上位机，由用户通过上位机选择多种控制模式中的一种控制模式，以实现控制模式的切换；所述控制模式包括外控模式、纯总线切割模式、总线及PWM切割模式、总线焊接模式和内控调试模式中的任意组合。
在本申请一实施例中，
当激光器处于外控模式时，激光切割机通过外控IO线连接激光器的合束模块的外控信号接口，根据不同的单模控制板对应的单模激光器模块的外控控制时序和逻辑，通过外控IO线的功率信号和PWM信号独立控制每个单模激光器模块的输出功率和开关光，通过外控IO线从多模主控板的MCU和FPGA中读取激光器的反馈状态和报警信息。
当激光器处于纯总线切割模式时，总线系统通过激光器的总线控制器向MCU发送控制信号，激光器的报警和状态经由总线控制器通过以太网反馈给激光切割机；FPGA用于监控和保护合束模块。
当激光器处于总线及PWM切割模式时，PWM信号连接激光器的合束模块的外控信号接口控制不同的单模控制板对应的单模激光器模块开关光，其他的的信号通过总线控制器来下发和读取，MCU做激光器的事务性监控处理，FPGA用于监控和保护合束模块。
当激光器处于总线焊接模式时，首先先通过上位机编辑波形信息保存到MCU，掉电保存，同时把波形信息发送给FPGA处理；然后总线控制器调用FPGA的出光控制逻辑，输出焊接功率波形；激光焊接机的机器人通过激光器的总线控制器向MCU发送控制信号，由MCU控制激光器配合机器人的机械手臂完成运动控制，调用MCU中的波形信息来控制激光器开关光；总线型振镜激光焊接机（即外置搭配波形编辑卡和振镜焊接卡的激光焊接机）则通过激光器的总线控制器连接客户系统，激光器输出的IO接口连接外置的振镜焊接卡和多组波形编辑卡，振镜焊接卡或波形编辑卡输出的IO信号连接激光器的外控信号接口控制激光器出光。
当激光器处于内控调试模式时，即做研发调试、老化测试或者客户端查看激光器状态时，通过应用程序APP或者电脑查看激光器的MCU和FPGA获取的激光器的状态和报警信息。
多光束的激光器可以实现焊接和切割应用，满足外控模式、纯总线切割模式、总线及PWM切割模式和总线焊接模式，为了使信号源流向不混乱，避免出现开关光不稳定的情况，需要对信号源通道做管理，对信号源流向做监控。请参阅图2，本申请另一实施例提供的一种激光器的电控系统跟本申请一实施例提供的一种激光器的电控系统相比，区别在于，所述电控系统中的合束模块21包括光电探测器采集板211，所述多模主控板22还包括分别与MCU 221连接的多组开关，每组开关包括四选一开关222和二选一开关223，每个单模控制板对应一组开关，其中，
四选一开关222用于统一管理激光器的出光信号、使能信号和功率信号，默认选择外控的控制信号源，由四选一开关选择激光器的出光信号、使能信号和功率信号是选用外控、总线控制器、FPGA和MCU中的其中一个控制信号源通道；
二选一开关223用于统一管理激光器的PWM信号，默认选择外控的PWM信号源，由二选一开关选择激光器的PWM信号是选用外控或总线控制器；
每组开关输出的激光器信号分别给不同的单模控制板，分别控制不同的单模激光器模块出光；
多模主控板的MCU用于控制每组开关实现单模激光器模块的控制模式切换和信号源流向的管理。
在本实用新型实施例中，四选一开关是四通道输入，一通道输出的逻辑通道芯片，二选一开关是两通道输入，一通道输出的逻辑通道芯片，MCU通过控制一组开关中的四选一开关的第一IO端口和第二IO端口以及二选一开关的第三IO端口的电平输出真值组合控制实现单模激光器模块的多种控制模式的切换（如下表所示），激光器的多个单模激光器模块工作在同一种控制模式下。
四选一开关和二选一开关当使能信号为低的时候正常工作，当激光器发生严重报警时，拉高使能信号，使信号切断，激光器停止出光。
在本实用新型一实施例中，所述激光器为多光束激光器，所述合束模块为多光束合束模块。
本实用新型还提供了一种包括本实用新型一实施例提供的激光器的电控系统的激光加工设备。
在本实用新型实施例中，激光加工设备可以是激光切割机和激光焊接机。
在本实用新型中，由于电控系统包括一多模主控板、多个单模控制板和合束模块，所述多模主控板包括微控制器MCU和分别与MCU连接的现场可程式门阵列FPGA、外控PWM模块、总线控制器和存储模块，存储模块存储了多种控制模式的配置信息；多模主控板还连接上位机，由用户通过上位机选择多种控制模式中的一种控制模式，以实现控制模式的切换。因此，本申请应对多种应用场景时能支持多种控制模式自由切换。
又由于多模主控板还包括分别与MCU连接的多组开关，每组开关包括四选一开关和二选一开关，每个单模控制板对应一组开关，其中，四选一开关用于统一管理激光器的出光信号、使能信号和功率信号，由四选一开关选择激光器的出光信号、使能信号和功率信号是选用外控、总线控制器、FPGA和MCU中的其中一个控制信号源通道；二选一开关用于统一管理激光器的PWM信号，由二选一开关选择激光器的PWM信号是选用外控或总线控制器；多模主控板的MCU用于控制每组开关实现单模激光器模块的控制模式切换和信号源流向的管理。因此应对客户端不同通道及多种激光控制信号输入，可以在多模主控板上灵活组态信号流向。
又由于四选一开关和二选一开关是辑通道芯片，MCU通过控制一组开关中的四选一开关的第一IO端口和第二IO端口以及二选一开关的第三IO端口的电平输出真值组合控制实现单模激光器模块的多种控制模式的切换。因此能支持多模式激光器控制的出光逻辑。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种激光器的电控系统，其特征在于，所述电控系统包括一多模主控板、分别与多模主控板连接的多个单模控制板和合束模块，所述合束模块还分别与多个单模控制板连接；所述多模主控板包括微控制器MCU和分别与MCU连接的现场可程式门阵列FPGA、外控PWM模块、总线控制器和存储模块；存储模块存储了多种控制模式的配置信息；多模主控板还连接上位机，由用户通过上位机选择多种控制模式中的一种控制模式，以实现控制模式的切换。
2.如权利要求1所述的电控系统，其特征在于，所述控制模式包括外控模式、纯总线切割模式、总线及PWM切割模式、总线焊接模式和内控调试模式中的任意组合。
3.如权利要求2所述的电控系统，其特征在于，当激光器处于外控模式时，激光切割机通过外控IO线连接合束模块的外控信号接口，根据不同的单模控制板对应的单模激光器模块的外控控制时序和逻辑，通过外控IO线的功率信号和PWM信号独立控制每个单模激光器模块的输出功率和开关光，通过外控IO线从多模主控板的MCU和FPGA中读取激光器的反馈状态和报警信息；
当激光器处于纯总线切割模式时，总线系统通过激光器的总线控制器向MCU发送控制信号，激光器的报警和状态经由总线控制器通过以太网反馈给激光切割机；FPGA用于监控和保护合束模块；
当激光器处于总线及PWM切割模式时，PWM信号连接激光器的合束模块的外控信号接口控制不同的单模控制板对应的单模激光器模块开关光，其他的信号通过总线控制器来下发和读取，MCU做激光器的事务性监控处理，FPGA用于监控和保护合束模块；
当激光器处于总线焊接模式时，首先先通过上位机编辑波形信息保存到MCU，掉电保存，同时把波形信息发送给FPGA处理；然后总线控制器调用FPGA的出光控制逻辑，输出焊接功率波形；
当处于内控调试模式时，通过应用程序APP或者电脑查看激光器的MCU和FPGA获取的激光器状态和报警信息。
4.如权利要求1所述的电控系统，其特征在于，所述电控系统中的合束模块包括光电探测器采集板，所述多模主控板还包括分别与MCU连接的多组开关，每组开关包括四选一开关和二选一开关，每个单模控制板对应一组开关。
5.如权利要求4所述的电控系统，其特征在于，
所述四选一开关用于统一管理激光器的出光信号、使能信号和功率信号，由四选一开关选择激光器的出光信号、使能信号和功率信号是选用外控、总线控制器、FPGA和MCU中的其中一个控制信号源通道；
所述二选一开关用于统一管理激光器的PWM信号，由二选一开关选择激光器的PWM信号选用外控或总线控制器；
每组开关输出的激光器信号分别给不同的单模控制板，分别控制不同的单模激光器模块出光；
多模主控板的MCU用于控制每组开关实现单模激光器模块的控制模式切换和信号源流向的管理。
6.如权利要求4所述的电控系统，其特征在于，四选一开关是四通道输入，一通道输出的逻辑通道芯片，二选一开关是两通道输入，一通道输出的逻辑通道芯片，MCU通过控制一组开关中的四选一开关的第一IO端口和第二IO端口以及二选一开关的第三IO端口的电平输出真值组合控制实现单模激光器模块的多种控制模式的切换。
7.如权利要求1所述的电控系统，其特征在于，所述激光器为多光束激光器，所述合束模块为多光束合束模块。
8.一种激光加工设备，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的激光器的电控系统。
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