多路激光输出控制系统的制作方法

本实用新型涉及激光器技术领域，特别是涉及多路激光输出控制系统。

背景技术：

激光焊接是一种新兴的焊接工艺，它相对各种传统焊接最大的优势就是焊接能量密度高，热影响范围小，变形小，焊缝精美。激光焊接技术具有熔池净化效应，能纯净焊接材料，对同种或者不同材料焊接特别有利，适用于相同和不同金属材料间、塑料等材料的焊接。

大多数使单路光纤输出的激光器，但是使用单路光纤输出的激光器对温度敏感器件或形变敏感器件的焊接具有一定的局限性。但是，通过偏振实现单路激光分时输出，需要牺牲时间切换光通道来实现多路激光输出；通过透反镜片实现多路激光输出时，多路激光输出的能量必须按照具体的光路配置来实现，不具灵活性。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够同步控制多路激光输出且输出能量可调的多路激光输出控制系统。

一种多路激光输出控制系统，包括：电源模块、主控模块、多个电源驱动模块和多个光纤输出端口；

所述电源模块用于为所述主控模块和多个所述电源驱动模块供电；

所述主控模块分别与多个所述电源驱动模块连接，用于控制多个所述电源驱动模块，使所述多个所述电源驱动模块同步输出驱动电流；

多个所述电源驱动模块与多个所述光纤输出端口一一对应连接；所述电源驱动模块用于输出驱动电流至所述光纤输出端口；

多个所述光纤输出端口用于对应输出多路激光。

通过上述多路激光输出控制系统，其主控模块分别与多个所述电源驱动模块连接，可以同时控制多个所述电源驱动模块，使所述多个所述电源驱动模块同步输出驱动电流，继而由多个光纤输出端口同步输出多路激光。上述多路输出激光系统可以实现多路不同类型激光的同步控制输出，其效率高、操作简单，解决了时间分光效率低、能量分光多路的不灵活的问题。

在其中一个实施例中，所述主控模块包括FPGA单元和微控制单元；所述微控制单元与所述FPGA单元连接，所述微控制单元用于控制多路激光的输出模式，还用于配置所述FPGA单元的控制参数；所述FPGA单元用于根据所述控制参数对所述多个所述电源驱动模块进行控制。

在其中一个实施例中，还包括采集模块，所述采集模块分别与所述微控制单元、多个所述电源驱动模块连接，所述采集模块用于分别采集多个所述电源驱动模块的温度信号、湿度信号以及光敏度信号；所述微控制单元对所述采集模块采集的信号进行报警预处理。

在其中一个实施例中，所述采集模块包括用于采集温度信号的温度传感器；用于采集湿度信号的湿度传感器和用于采集光敏度的光敏传感器。

在其中一个实施例中，所述采集模块还包括采集串口，所述温度传感器、湿度传感器、光敏传感器分别通过所述采集串口与所述微控制单元连接。

在其中一个实施例中，还包括多个控制端口，所述FPGA单元通过所述控制端口与所述电源驱动模块对应连接。

在其中一个实施例中，所述电源模块包括第一开关电源和第二开关电源，所述第一开关电源为所述主控模块供电，所述第二开关电源分别为多个所述电源驱动模块供电。

在其中一个实施例中，所述第一开关电源包括电源转换单元，所述电源转换单元用于将所述第一开关电源输出的24伏电源信号转换为3.3伏电源信号分别为所述FPGA单元和微控制单元供电。

在其中一个实施例中，还包括通信模块，所述通信模块与所述微控制单元连接，所述微控制单元通过所述通信模块与上位机进行交互。

附图说明

图1为一个实施例中多路激光输出控制系统的结构框架图；

图2为另一个实施例中多路激光输出控制系统的结构框架图；

图3为一个实施例中采集模块的结构框架图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示的为一种多路激光输出控制系统的结构框架图。多路激光输出控制系统包括：主控模块10、多个电源驱动模块20、多个光纤输出端口30和电源模块40。其中，电源模块40用于为主控模块10和多个电源驱动模块20供电。主控模块10分别与多个电源驱动模块20连接，用于控制多个电源驱动模块20，使多个电源驱动模块20同步输出驱动电流。多个电源驱动模块20与多个光纤输出端口30一一对应连接。电源驱动模块20用于输出驱动电流至光纤输出端口30。多个光纤输出端口30用于对应输出多路激光。主控模块10分别与多个电源驱动模块20连接，可以同时控制多个电源驱动模块20，使多个电源驱动模块20同步输出驱动电流，继而可以控制多个光纤输出端口30同步输出多路激光。上述多路输出激光系统可以实现多路不同类型激光的同步控制输出，其效率高、操作简单，解决了时间分光效率低、能量分光多路的不灵活的问题。

在一个实施例中，主控模块10包括微控制单元110和FPGA单元120，其主控模块10具有微控制单元110的浮点运行能力和FPGA单元120的并行处理数据的特性。

微控制单元110与FPGA单元120连接。微控制单元110用于控制多路激光的输出模式，还用于配置FPGA单元120的控制参数；FPGA单元120用于根据控制参数对多个电源驱动模块20进行控制。

其中，微控制单元110可以为MCU，还可以用其他型号器件来替代，比如 STM32、ARM、ATMEL等。微控制单元110可以与FPGA单元120实现双向数据的高速通信，微控制单元110可以对多个光纤端口所辐射出的激光的输出模式进行设置，包括激光的输出功率、连续模式、模拟调制模式以及输出激光的持续时长。同时，微控制单元110还用于为FPGA单元120配置用于控制电源驱动模块20的控制参数，其中，控制参数可以为输出波形、输出功率、波形模式(连续模块和模拟调制模式)。

FPGA(Field Programmable Gate Array)单元120，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPAG具有并行处理数据的特性，可以根据微控制单元110配置的控制参数同时对多个电源驱动模块 20进行控制，使多个电源驱动模块20同步输出驱动电流，继而同步控制多路激光器输出。

在一个实施例中，可用CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)来代替FPGA单元120。CPLD是从PAL和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。

在一个实施例中，电源模块40包括第一开关电源410和第二开关电源420。第一开关电源410为主控模块10供电。

其中，第一开关电源410为AC-DC24V开关电源。第一开关电源410包括电源转换单元，电源转换单元用于将第一开关电源410输出的24伏电源信号转换为3.3伏电源信号分别为FPGA单元120和微控制单元110供电。具体的，电源转换单元包括DC-DC电源芯片和LDO电源转换芯片，DC-DC电源芯片将24 伏电源信号转换为+5V，再通过LDO电源转换芯片将+5V电源信号转化为+3.3V 电源信号，为微控制单元110和FPGA单元120的运行提供电能。

第二开关电源420采用独立的大功率开关电源，大功率开关电源分别为多个电源驱动模块20提供电源。

在一个实施例中，参考图2，多路激光输出控制系统还包括多个控制端口50，FPGA单元通过控制端口50与电源驱动模块20对应连接。FPGA单元根据微控制单元110配置的波形信息和使能信号，发出的控制信号，经光耦隔离输出至控制端口50，由控制端口50传输至电源驱动模块20，进而实现多路激光的输出。

进一步，该控制系统上电后，微控制单元110会自动对FPGA单元120进行控制参数的配置，并将多路输出激光的输出波形、输出功率、波形模式(连续模块和模拟调制模式)以及相应的保护参数配置和存储到FPGA单元120。

在模拟调制模式下，若控制端口50的出光触发I/O口发出一个低电平脉冲， FPGA单元120检测到低电平触发信号，按照设定好的波形参数，控制相应的光纤输出端口30，辐射出具有预设参数(持续时长和功率值)的模拟调制激光。在连续模式下，若控制端口50的出光触发I/O口发出一段持续低电平，FPGA 单元120检测到连续低电平信号，按照设定好的波形参数，控制相应的光纤输出端口30按照波形的渐进时间，从0功率输出递增到预设功率恒定值，保持连续输出激光；直到触发I/O口电平消失，功率按照波形渐出时间从恒定功率递减到0。

在一个实施例中，多路激光输出控制系统还包括采集模块60。参考图3，采集模块60分别与微控制单元110、多个电源驱动模块20连接，采集模块60 用于分别采集多个电源驱动模块20的温度信号、湿度信号以及光敏度信号。其中，采集模块60包括用于采集温度信号的温度传感器610；用于采集湿度信号的湿度传感器620和用于采集光敏度的光敏传感器630。采集模块60还包括采集串口640，温度传感器610、湿度传感器620、光敏传感器630分别通过采集串口640与微控制单元110连接。

微控制单元110对采集模块60采集的信号进行报警预处理。微控制单元110 对采集模块60采集的实时信号是否在预设安全范围。该预设安全范围存储在微控制单元110中。若采集模块60采集的温度信号、湿度信号或光敏度信号中任意信号不在预设安全范围内，则微控制单元110则发出报警信号，并将该报警信号传输至FPGA单元120，由FPGA单元120停止对电源驱动模块20进行驱动控制，进而对电源驱动模块20进行保护。

在一个实施例中，多路激光输出控制系统还包括通信模块70，通信模块70 与微控制单元110连接，微控制单元110通过通信模块70与上位机进行交互。其中，通信模块70包括DB-9串口，通过该DB-9串口与上位机连接，实现系统与上位机的双向通信，上位机可以对多路输出激光的输出波形参数进行射中，还可以对多路输出激光的输出功率进行采集分析。

上述多路输出激光系统可以实现多路不同类型激光的同步控制输出，其效率高、操作简单，解决了时间分光效率低、能量分光多路的不灵活的问题。通过该控制系统，在对形变敏感器件进行对称式焊接时，可减少形变带来的影响；在对温度敏感器件进行两路对焦焊接使，可以先输出半导体激光对焊接器件进行加热，达到最佳温度后再输出光纤激光达到最佳焊接效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。