全固态大功率激光器通用控制器制造技术

全固态大功率激光器通用控制器是由硬件和软件两大部份组成，硬件包括信号检测及执行单元、操作单元和主控单元；信号检测及执行单元，包括激光头电源控制及检测机构、冷却水控制及检测机构、保护气控制及检测机构、光腔漏水检测机构、光闸开关控制机构和功率探测机构；操作单元包括箱体、控制面板及装设在控制面板上的液晶显示屏、７个控制按键及与其相对应的７个状态指示灯、五个设置按键和急停按扭；主控单元包括电源模块和主控器；主控器采用双ＣＰＵ结构。软件包括系统主控程序、自动开停机程序、报警程序；本发明专利技术设计科学，性能稳定、运行可靠，具有极强的实用性和先进性，安装方便、操作简单、运营成本低，适宜激光加工行业使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是控制器，具体的是针对全固态大功率激光器使用的控制器。
技术介绍
目前使用的大功率激光器(功率在1KW以上)品种繁多，形式多样，但大体 上还以C02激光器为多，C02激光器诞生较早、早已成熟的用于金属焊接及金 属表面熔覆，但由于其光束传导是通过刚性管道，因此仅适合于二维或外部简 单的三维焊接。为解决和弥补这种问题和缺欠而制成的可通过光纤传输的全固 态二极管泵浦固态大功率激光器，是国内外高端大功率激光器发展的主流方向。 然而国内现行的大功率全固态激光器多是处于实验室内工作的阶段，其操作控 制比较简单粗糙，保护功能单一，性能不稳定，可靠性也差，极易产生误操作 而造成设备损坏。况且现有操作控制系统缺乏系统性，尤其缺少与外部控制设 备(机器人等)的联动控制与操作。因此，现有的全固态激光器的控制方式极 不适应激光器实际工作中频繁开启及连续长时间工作的需要，更无法完成全固 态激光器移动式加工的需要，实际应用尚存在诸多问题。目前尚未有操作简单、功能强、自动化程度高，可与外部设备进行联动， 而且能够对全固态大功率激光器提供可靠的运行保护，适合全固态大功率激光 器实际应用的控制和保护系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现用全固态大功率激光器控制操作烦琐、效率低、无 法与外部设备联动，并且缺乏必要的保护，从而造成激光器易损坏、寿命降低， 不利于激光器的长时间可靠运行等问题而提供一种结构紧凑，控制功能强，操 作简便不易出错，并对激光器在工作过程提供全方位的安全保护功能及可与外 部设备通讯联动的全固态大功率激光器通用控制器。采用的技术方案是全固态大功率激光器通用控制器是由硬件和软件两大部份组成，所述的硬 件包括信号检测及执行单元、操作单元和主控单元；所述的信号检测及执行单元，包括激光头电源控制及检测机构、冷却水控 制及检测机构、保护气控制及检测机构、光腔漏水检测机构、光闸开关控制机构和功率探测机构；激光头电源控制及检测机构包括激光头电源、主控器和串口；激光头电源采用加拿大Xantrex公司XDC系列数控大功率直流电源，激光头电源的输出端 通过导线与激光头的电源输入端对应连接，激光头电源的控制端、电流和电压 检测端通过导线分别与串口的对应端相连接，串口与主控器对应端脚连接；冷却水控制及检测机构包括冷水机、流量控制开关；冷水机采用激光器专用定型产品的冷水机，冷水机的水出口与激光头冷水入口连接，激光头冷水出 口经冷水流量控制开关与冷水机的回水口相连接，冷水机的控制端与串口的对应端相连接，串口与主控器对应端脚连接；在光纤头、激光头冷水入口和出口、镜片冷却水入口和出口设置温度检测点，采用PT100铂电阻，通过温度变送器 变为4-20mA模拟信号，温度变送器分别对应与线性光耦隔离电路相连接，经 A/D模数转换与主控器对应端脚连接；保护气控制及检测机构包括电磁阀和气体流量控制开关；电磁阀采用定型成品，电磁阀的入口端通过软管与保护气源相连接，电磁阀的出口端经气体流 量控制开关与激光器的保护气进口连接，激光器的保护气出口经气体流量控制开关返回到电磁阀的回气口端，回气口端与保护气源相连接；电磁阀的控制端 与串口的对应端相连接，串口与主控器对应端脚连接；光腔漏水检测机构包括漏水探测器，漏水探测器为两条电极板嵌入激光器 底板上，两条电极板的同方向的一端各连接一导线，导线另一端与主控器对应 端脚连接；通过主控器检测两极间电阻可检测到激光器内是否漏水，激光器内 设有三路漏水检测点，分别设置在激光头冷水入口、出口及透镜组。光闸开关控制机构，包括光闸电机、全返镜和吸光筒；光闸电机轴的前端 设有光闸，光闸与光闸电机轴固定连接，光闸电机的控制端通过导线与主控器 对应端脚连接；吸光筒为带有水冷夹套的圆筒，位于激光器的一侧，吸光筒的 轴线与光闸平面成45°角；功率探测机构包括功率探测器、折返镜；折返镜位于激光器内为激光器的 关键部件，功率探测器装设在激光器的右侧壁面上，功率探测器的光线接收部 件与折返镜通过的光线相一致，功率探测器的输出端主控器对应端脚连接，主 控器相应端脚与放大器连接并经AD转换输出；上述全固态大功率激光器通用控制器设置有外部控制设备(机器人等)的 联动控制接口；联动控制接口采用4位光隔输入及4位光隔输出连接外部被控 制系统的接口；所述操作单元包括箱体、控制面板及装设在控制面板上的液晶显示屏、7个 控制按键及与其相对应的7个状态指示灯、五个设置按键和急停按扭；五个设 置按键实现LCD中菜单选取及数字增减等操作；各控制按键、设置按键、状态指示灯和急停按扭分别与主控器相应端脚相连接；控制面板装设在箱体上部 的正面所述主控单元包括电源模块和主控器；电源模块为二路隔离的电源模块， 其中第一组开关电源为24VDC输出，作为传感器和外围控制部件(电磁阀等) 供电；第二组开关电源为5VDC，作为主控器主电源及信号采集处理电路电源，所 有检测信号的处理及控制命令输入均由主控器完成；电源模块装设在主控器上， 主控器装设在箱体内的上部；主控器采用双CPU结构，可大大增加了系统工作的实时性及响应速度，同 时也增大了系统的接口数量及程序空间。CPU采用美国TI公司工业级单片机 MSP430F149及MSP430F147，其中MSP430F149为主CPU，负责界面显示操作 及所有采集信息的处理以及输出控制操作。MSP430F147为从CPU,负责所有 模拟量的采集。主、从CPU之间采用标准串口加一读写控制线进行通讯。外部控制设备的联动控制接口与光耦隔离器对应连接，光耦隔离器与I/O输 入输出接口连接，1/0输入输出接口与主控器的CPU对应端连接；主控器的CPU的相应输出端与对应的光耦隔离器连接，光耦隔离器与对应 的驱动继电器相连接；所述软件包括系统主控程序、自动开停机程序、报警程序；所述主控程序 包括按自动键开机子程序、自动打开保护气开关并检测保护气是否正常子程序、 预充保护气(高纯氮气)二分钟和以防止镜片结露子程序；自动打开激光器冷 水机构并检测水路是否正常子程序、检测开机温度是否在规定范围内并通过冷 却水调整温度下降(上升)至要求的温度子程序、所有设备及参数符合要求后 自动打开激光头电源子程序、小电流预热一分钟子程序和按预置功率自动提升 功率至要预置功率子程序；所述自动开停机程序包括功率给定时控制电流上升及下降均缓慢步进调整 子程序；按电源关机键后电源电流先自动缓慢步下降至O A，再关闭电源子程序、5秒钟后再自动关闭水冷机组子程序和运行过程中开机警示灯闪亮子程序；所述报警程序是针对如遇下列情况之一，若激光头电源处于未开机状态，或激光头电源将无法打开。而此时激光器正在工作，则蜂鸣器立即产生报警并自动断电断水(l)激光器保护气未开超过三分钟报警子程序；(2)镜片冷却水未开报警子程序；(3)激光头冷却水未开报警子程序；(4)光纤温度过高报警子程序；(5)冷却水 温度过高报警子程序；00激光器漏水报警子程序；(8)激光器运行电流过大报警 子程序；(9)激光器运行电压过高报警子程序；(1Q)自动运行时外围执行设备的I/0 口接收到故障报警。本专利技术的工作原理及操作程序-本专利技术是用来控制激光器的，激光器运行原理是激光头内的钯条在通电 后通过晶体棒和外本文档来自技高网...

【技术保护点】
全固态大功率激光器通用控制器是由硬件和软件两大部份组成，所述的硬件包括信号检测及执行单元、操作单元和主控单元；其特征在于：　所述的信号检测及执行单元，包括激光头电源控制及检测机构、冷却水控制及检测机构、保护气控制及检测机构、光腔漏水检 测机构、光闸开关控制机构和功率探测机构；　激光头电源控制及检测机构包括激光头电源（１５）、主控器（１９）和串口（２０）；激光头电源（１５）的输出端通过导线与激光头（１２）的电源输入端对应连接，激光头电源（１５）的控制端、电流和电压的检 测端通过导线分别与串口（２０）的对应端相连接，串口（２０）与主控器（１９）对应端脚连接；　冷却水控制及检测机构包括冷水机（８）、流量控制开关（１０）；冷水机（８）的水出口（７）与激光头冷水入口（２１）连接，激光头冷水出口（２２）经冷水 流量控制开关（１０）与冷水机（８）的回水口（９）相连接，冷水机（８）的控制端与串口（２０）的对应端相连接，串口（２０）与主控器（１９）对应端脚连接；在光纤头２６、激光头冷水入口（２１）、镜片冷却水入口（１６）三个部位分别设置第一温度检测点（２５），第二温度检测点（２３），第三温度检测点（２４），信号检测采用ＰＴ１００铂电阻再通过温度变送器变为４－２０ｍＡ模拟信号，温度变送器分别对应与线性光耦隔离电路相连接，经Ａ／Ｄ模数转换与主控器（１９）对应端脚连接；　保护气控制及检测 机构包括电磁阀（１４）和气体流量控制开关（１３）；电磁阀（１４）的入口端通过软管与保护气源相连接，电磁阀（１４）的出口端经气体流量控制开关（１３）与激光器（１）的保护气进口（２７）连接，电磁阀（１４）的控制端与串口（２０）的对应端相连接，串口（２０）与主控器（１９）对应端脚连接；　光腔漏水检测机构包括漏水探测器（２８），漏水探测器（２８）为第一电极板（２９）和第二电极板（３０）分别嵌入激光器（１）底板上，两条电极板（２９）和（３０）的同方向的一端各连接一导线，导线另一端 与主控器（１９）对应端脚连接；激光器（１）内设有三个漏水检测点，第一漏水检测点（６）设置在激光头冷水入口（２１）处，第二漏水检测点（１１）设置在激光头冷水出口（２２）处，第三漏水检测点（１８）设置在透镜组（５）的一侧；　光闸开关控制机 构，包括光闸电机（３）、全返镜（３２）和吸光筒（４）；光闸电机（３）轴的前端设有光闸（１７），光闸（１７）与光闸电机（３）的轴...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛赭，孙邈，张春杰，
申请(专利权)人：沈阳大陆激光柔性制造技术有限公司，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]