一种激光器的从控单元及激光器的制作方法

1.本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光器的从控单元及激光器。


背景技术：

2.激光器的控制单元是通过软件程序与电路器件相结合实现激光器激光发射等工作原理的重要部件。目前随着工业激光器的广泛应用于各个领域，不同用户对激光器的需求也不同，尤其是对激光器出射功率和电流控制方式的需求，不同的用户对应的需求也不同。但现有的控制方式中对激光器的电流输出方式为主控单元与从控单元之间采取传统的控制模式，且为一主一从的控制模式，该控制方式并不满足主控单元与多个从控单元之间多控制模式，以实现对多个从控单元实时同步或异步的快速控制及对异常监控的需求。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.针对于现有技术问题，本实用新型提出一种激光器的从控单元及激光器，以解决现有技术中激光器单一控制模式的技术问题。
5.(二)技术方案
6.本实用新型的第一个方面提供一种激光器的从控单元，包括：核心控制电路，其通过通信接口电路与主控单元电连接，用于接收来自于主控单元的第一控制信号，并将该第一控制信号转换成第一模拟信号；驱动控制电路，其与核心控制电路及至少一个驱动器电连接，用于根据第一模拟信号对至少一个驱动器的电流大小进行控制，或，根据主控单元输出的第二模拟信号对至少一个驱动器的电流大小进行控制；其中，至少一个驱动器在第一模拟信号或第二模拟信号的激励下，驱动与其连接的光学模块发射激光；光学监控电路，与核心控制电路电连接，用于实时监控光学模块的运行状态及根据监控结果进行异常分析，并将分析结果输出至核心控制电路。
7.可选地，核心控制电路包括：微控制器，用于运行该从控单元的控制系统，以及对驱动器及光学模块的输入数据和输出数据进行采集及异常分析；可编程逻辑器件，其与微控制器通过spi总线连接，用于高速电平信号的处理及响应。
8.可选地，光学模块的运行状态监测包括激光器泵源温度监测、激光头在位情况监测及出光光强检测；其中，光学监控电路通过对各监控器接口的电压或电流信号采集，将采集的信号进行还原及异常分析，并将分析结果输出至核心控制电路，以使核心控制电路进行告警处理。
9.可选地，通信接口电路包括：通信隔离芯片，用于将核心控制电路输出的一串口通信信号转换为rs485通信信号，或将主控单元输出的rs485通信信号转换成串口通信信号；db15接口，其与通信隔离芯片电连接，用于传输rs485通信信号及串口通信信号，以实现从控单元与主控单元的通信连接。
10.可选地，该从控单元还包括：供电模块，包括多个隔离的dcdc转换器和非隔离的
ldo稳压器，用于将输入电压进行电压转化，以提供多个不同的工作电压。
11.可选地，分析结果包括信号异常信息时，核心控制电路触发告警提示，并关闭驱动器的电流输出，并通过通信接口电路将告警提示发送至主控单元。
12.可选地，第一控制信号为数字信号，其中，该数字信号通过核心控制电路转换为第一模拟信号信号后，通过dac接口输出至驱动控制电路。
13.可选地，微控制器为mcu芯片，可编程逻辑器件为cpld芯片。
14.本实用新型第二个方面提供一种激光器，包括：如本技术第一个方面提供的激光器的从控单元；主控单元，其与至少一个从控单元电连接，用于对至少一个从控单元进行电控制。
15.可选地，从控单元的数量大于1个时，主控单元与多个从控单元分别电连接，以使主控单元对多个从控单元同步控制或异步控制。
16.(三)有益效果
17.本实用新型实施例提供的激光器的从控单元，该从控单元包括核心控制电路、驱动控制电路光学监控电路及通信接口电路。其中，一个从控单元即可实现单个光学模块的独立控制，也可受控与主控单元作为基本单元实现多模块的同步控制或异步控制，满足各大工业化全系列产品的控制以及不同用户的使用需求。另外，通过光学监控电路对光学模块的实时监控及数据分析，对异常信息能够及时发现及处理，提高了整个激光器的安全性。
附图说明
18.图1示意性示出了本实用新型实施例的激光器的从控单元的结构示意图；
19.图2示意性示出了本实用新型实施例的激光器的从控单元的控制流程图；
20.图3示意性示出了本实用新型实施例的激光器的从控单元在2kw单模激光器上的应用场景示意图；
21.图4示意性示出了本实用新型实施例的激光器的从控单元在5kw单模激光器上的应用场景示意图；
22.图5示意性示出了本实用新型实施例的激光器的从控单元在12kw多模激光器上的应用场景示意图；
23.附图标记说明：
24.10-核心控制电路、20-驱动控制电路、30-光学控制电路、40-通信接口电路、50-供电模块、100-从控单元。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本实用新型。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征或部件。
27.图1示意性示出了本实用新型实施例的激光器的从控单元的结构示意图，以帮助本领域技术人员理解本实用新型的技术内容，但并不意味着本实用新型实施例不可以为其他结构的变形。
28.如图1所示，该激光器的从控单元100，该从控单元用于对至少一个驱动器进行电控制，以实现对与至少一个驱动器连接的光学模块进行驱动控制。该从控单元100包括：核心控制电路10、驱动控制电路20、光学监控电路30及通信接口电路40。
29.核心控制电路10作为从控单元100的主要核心控制功能电路，用于控制从控单元100的控制系统的运行、异常监测及通信功能。其中，核心控制电路10通过通信接口电路40与主控单元电连接，用于接收来自于主控单元的第一控制信号，其中，该第一控制信号为数字信号，核心控制电路10将该数字信号转换成第一模拟信号后输出至驱动控制电路20。
30.具体地，如图1所示，核心控制电路10包括：微控制器101(mcu 101)及可编程逻辑器件102(cpld 102)。其中，mcu 101用于运行该从控单元10的控制系统，以及对驱动器及光学模块的输入数据和输出数据进行采集及异常分析。cpld 102与mcu 101通过spi总线连接，用于高速电平信号的处理及响应。
31.驱动控制电路20，其与核心控制电路10及至少一个驱动器电连接，用于根据第一模拟信号对至少一个驱动器的电流大小进行控制；或，根据主控单元输出的第二模拟信号对至少一个驱动器的电流大小进行控制。其中，至少一个驱动器在第一模拟信号或第二模拟信号的激励下，驱动与其连接的光学模块出射激光。
32.本实用新型的实施例中，该驱动控制电路20驱动光学模块的模式有两种，包括协议模式及外控模式，具体控制模式可根据激光器不同的需求进行自由选择。在外控模式下，驱动控制电路20直接接收来自于主控单元发送的第二控制信号(如电平信号、差分信号等)，并将该第二控制信号下发至驱动器，以实现对驱动器的电流控制等，使得控制系统反应更加迅速，驱动器的开关使能可以根据主控单元输出的数字信号或核心控制电路10输出的数字信号进行控制。在协议模式下，通过核心控制电路10接收到来自于主控单元的控制信号并进行信号转换处理，然后通过dac接口和i/o接口进行输出至驱动控制电路20，以实现对驱动器的电流控制等，使得输出更加精确，控制方式更加灵活。
33.光学监控电路30作为该从控单元100的控制系统的监控单元，其与核心控制电路10电连接，用于实时监控光学模块的运行状态及根据监控结果进行异常分析，并将分析结果输出至核心控制电路10，以进行告警提示。其中，光学监控电路30的运行状态监测主要包括激光器泵源温度监测、激光头在位情况监测及出光光强检测等。
34.本实用新型的实施例中，光学监控电路30至少包括激光器的光纤节点光强采集功能、激光器泵源温度监测功能、激光头在位监测功能、报警检测及数据处理功能。光学监控电路30通过对各监控器接口的电压或电流信号进行采样，经过计算将信号还原为功率、光强和温度信息等，并对这些信息进行分析是否存在异常，将该分析结果输出至核心控制单元10。若存在异常，则核心控制单元10触发告警，关闭电流输出并通过通信接口电路40上传告警信息至主控单元或外部设备(如上位机等)。外部设备或主控单元也可以定时轮询从控单元的采样信息和状态信息，以获取各光学模块的实时参数和状态。
35.具体地，光纤节点光强采集是通过光电探测器将光强信号转换成电压信号，光纤节点光强和电压信号呈正相关关系，光学监控电路30通过对电压信号的采集和处理，计算
出光纤节点的光强，从而对激光状态进行分析判断。激光器泵源温度监测是通过泵源附近的热敏电阻将温度信号转化为电压信号，光学监控电路30通过采集到的电压信号对温度进行还原换算，对激光器的当前温度状态进行分析。激光头在位监控信号是通过一组触点信号判断激光头是否固定到位，如果固定到位则触点导通，系统正常运行，否则输出异常结果，以使核心控制电路10产生告警信号并关闭激光输出。激光器出射引导是指示通过核心控制电路的dac设计一恒流控制电路，引导光二极管接入后，可通过上位机或主控单元设置不同的dac值进而改变引导光的亮度。
36.本实用新型的实施例中，通过光学监控电路30对光学模块的运行状态及根据监控结果进行异常分析，可实现对光学模块的状态进行实时监控，以完成对异常情况的及时处理，避免激光器非必要故障的发生。
37.通信接口电路40，包括通信隔离芯片、db15接口、线性光耦及运算芯片、io隔离芯片及继电器。通信隔离芯片用于rs485通信信号与串口通信信号的相互转换。例如，将核心控制电路10输出的一串口通信信号转换为rs485通信信号，以实现从控单元与主控单元的通信连接；或，将主控单元输出的rs485通信信号转换成串口通信信号，以实现主控单元与从控单元的通信连接。db15接口，其与通信隔离芯片电连接，用于传输rs485通信信号及串口通信信号，以实现从控单元与主控单元之间的通信连接。线性光耦及运算芯片，其与db15接口电连接，用于将主控单元输入的第二模拟信号进行隔离及线性转换，以实现对至少一个驱动器的电流控制。io隔离芯片及继电器，其与db15接口电连接，以实现从控单元和主控单元i/o信号的电平转换及隔离传输。
38.本实用新型的实施例中，通信接口电路40包括io交互功能和rs485通讯功能。其中，io交互功能满足高速响应外界的控制信号，包括使能输入、出射输入、报警输出及模拟量输入。rs485通讯功能满足外部设备或主控单元查询从控单元的实时工作状态、采样信息、报警信息和工作参数等，同时外部设备或主控单元也可以通过rs485接口通讯设置从控单元的工作参数。
39.根据本实用新型的实施例，为保障各功能模块的正常工作，该从控单元100还包括：供电模块50。供电模块50，包括多个隔离的dcdc转换器和非隔离的ldo稳压器，用于将输入电压进行电压转化，以提供多个不同的工作电压，使满足为不同的功能模块提供其所需的工作电压。举例而言，将输入的24v电压隔离及转换处理成5v和3.3v的电压，为整个系统供电。
40.如图2所示为本实用新型提供的激光器的从控单元的工作流程图。该激光器的从控单元100的工作原理具体包括：激光器的从控单元上电后，供电模块50启动，为各功能模块供电。光学监控模块30采集激光器泵源温度、激光头在位情况及出光光强等信息，并对采集的信息进行异常分析输出，将分析结果输出至核心控制电路10。若分析结果中不存在异常信息，此时核心控制电路10将接收到的控制信号输出至驱动控制电路20，以使驱动控制电路20根据控制信号控制驱动的开启和/或电流控制，并完成光学模块的激光出射。若分析结果中存在异常信息，此时核心控制电路10直接关闭驱动器，切断激光输出，第一时间保障了设备和操作人员安全，本控制系统的异常反应时间可达到纳秒级。另外，核心控制电路10可以通过通信接口电路40将异常信息输出至外部设备或主控单元，以实现对该异常信息的快速响应及处理。在从控单元100正常运行的过程中，也可以通过主控单元输出第二模拟信
号直接实现对驱动器控制，以实现对驱动器的电流大小等控制，该控制过程与协议控制模式相互独立不影响，优化了控制信号的输入方式，使得输入及响应更加高速。
41.本实用新型提供的从控单元，该从控单元具备光强、电流、电压及温度等模拟信号的高速及高精度采集功能，模拟信号的采集频率可高达1.5khz，可采集低于满量程0.2
‰
的微小信号。同时，当光强、电流、电压及温度等模拟信号异常时，直接通过硬件电路做出处理，切断激光输出，第一时间保障了没备和操作人员安全，其反应时间达到纳秒级。
42.本实用新型的实施例还提供一种激光器，该激光器包括：至少一个如上述实施例所示的从控单元及与该从控单元连接的主控单元，主控单元用于对至少一个从控单元进行电控制。需说明的是，该从控单元如上述实施例所示，此处不再详细赘述。
43.图3示意性示出了本实用新型实施例的激光器的从控单元在2kw单模激光器上的应用场景示意图。
44.如图3所示，该2kw单模激光器包括：主控单元、从控单元、第一驱动器、第二驱动器及光学模块。其中，从控单元接收来自于主控单元的控制信号，以控制驱动器的开关及电流大小，该驱动信号可以输出至第一驱动器或第二驱动器，以使驱动光学模块的激光发射。在该激光器运行过程中，从控单元可以实时采集光学模块的光信号、温度信号等信息，以实现对光学模块的监控，保障设备的正常运行。
45.图4示意性示出了本实用新型实施例的激光器的从控单元在5kw单模激光器上的应用场景示意图。
46.如图4所示，该5kw单模激光器包括：主控单元、第一从控单元、第二从控单元、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器、第一光学模块及第二光学模块。其中，第一从控单元及第二从控单元分别接收来自于主控单元的控制信号，第一从控单元根据该控制信号实现对第一驱动器的驱动，以使开启第一光学模块进行激光出射，与此同时，第一从控单元实时采集第一光学模块的光信号、温度信号等信息，以实现第一对光学模块的实时监控。同理，第二从控单元根据该控制信号实现对第二驱动器、第三驱动器和/或第四驱动器的驱动，以使开启第二光学模块进行激光出射，与此同时，第二从控单元实时采集第二光学模块的光信号、温度信号等信息，以实现对第二光学模块的实时监控。
47.需说明的是，第一从控单元对第一驱动器的控制，与第二从控单元对第二驱动器、第三驱动器和/或第四驱动器的控制，其可以为同步控制也可以为异步控制，以实现不同功率的激光出射。
48.图5示意性示出了本实用新型实施例的激光器的从控单元在12kw多模激光器上的应用场景示意图。
49.如图5所示，该12kw多模激光器，包括：主控单元、四个从控单元、与每个从控单元电连接的三个驱动器、与三个驱动器电连接的光学模块。其中，每个从控单元相互独立且彼此不影响工作，以完成一主多从的控制模式。需说明的是，每个从控单元与主控单元之间的通信原理及工作原理如上述内容所示，此处不再详细赘述。
50.需说明的是，图3、图4及图5所示的本实用新型系统的从控单元的应用场景仅为示例性的说明，其并不构成本实用新型实施例提供的从控单元应用场景的限定，主控单元与从控单元之间并不仅限于一主一从、一主两从及一主四从的控制模式，在实际应用场景中，其可以为一主多从的其他控制模式。另外，每一应用场景中的从控单元数量、驱动器数量以
及对应的光学模块数量也仅为示例性说明，以便于对本实用新型实施例的理解，在其他一些实施例中，控单元数量、驱动器数量以及对应的光学模块数量可以根据实际应用场景进行设定，本实用新型的实施例对此不做限定。
51.本实用新型提供的一种激光器的从控单元及激光器，该从控单元包括核心控制电路、驱动控制电路、光学监控电路、通信接口电路及隔离供电模块。其中，一个从控单元即可实现单个光学模块的独立控制，也可受控与主控单元作为基本单元实现多模块的同步控制或异步控制，满足各大工业化全系列产品的控制以及不同用户的使用需求。另外，通过光学监控电路对光学模块的实时监控及数据分析，对异常信息能够及时发现及处理，提高了整个激光器的安全性。
52.在本实用新型中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
53.本实用新型的描述中，以上所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本技术的较佳实施例，但并不限制本技术的专利范围。本技术可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。
54.以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。