CN110568820A - 一种激光设备控制***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光设备控制***和方法，本发明利用软件控制将激光器各个设备单元的操作进行统一协调，从而实现了操作人员使用一台计算机即可完成对激光器各个设备单元进行操作的有益效果；保证了恒定功率的输出，同时由于反馈信号取自于主光路，实时可靠地反应了激光二极管输出功率变化情况，实现了真正的全闭环***控制；以上技术方案采用了独立的功率监控元件，可以提高监控精度，本发明还提供了十分完善的保护措施，保证了激光二极管的安全，大大的延长了使用寿命。

Description

一种激光设备控制***和方法

技术领域

本发明涉及激光技术，具体是一种激光设备控制***和方法。

背景技术

近几年来，激光演示***在工业、娱乐等方面得到广泛应用。现有的激光***利用激光二极管作为发光源，通过激光控制器进行控制，使用时，激光控制器根据不同种类的控制信号对激光器进行控制。现有的激光控制器通常包括：模拟信号控制电路、信号控制电路、转换开关和恒流控制电路。模拟信号控制电路用于接收计算机控制***输出的模拟控制信号，PWM信号控制电路用于接收计算机控制***输出的PWM控制信号；其中的转换开关为手动的转换开关，由操作人员根据需要手动进行操作，选择模拟控制信号或者PWM控制信号，该模拟控制信号或PWM控制信号经恒流控制电路处理后输出给激光器，从而实现对激光器的控制，其需要人为的手动进行切换，使用不大方便，结构较为复杂，不利于用户的使用感受。

目前，公知的激光控制方法有恒压、恒流、恒功率、恒温度等方法，前两种效果差，最后一种价格昂贵。现在的恒功率方法存在有静差、非全闭环控制、保护措施不完善的缺陷，急需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光设备控制***和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光设备控制***，包括通信模块，用于与激光器进行数据交互；用户接口模块，用于接收用户对绿色激光器工作参数及工作状态的操作指令；数据处理模块，用于根据从用户接口模块接收的用户操作指令进行数据处理，并发送信息给所述激光器；自动控制模块，用于识别所述激光器各个设备单元的状态，并对所述激光器各个设备单元的状态进行自动控制；所述用户接口模块接收用户操作指令，并发送信息给所述数据处理模块，所述数据处理模块对所述用户操作指令进行处理，并通过所述通信模块与所述激光器通信，所述激光器根据从所述数据处理模块接收到的信息进行工作；所述数据处理模块通过所述通信模块实时获取所述激光器的工作状态数据及参数数据，并发送信息给所述自动控制模块，所述自动控制模块根据所述激光器的工作状态及参数数据进行自动控制。

作为本发明的优选方案：所述绿色激光器包括总控单元、电源单元、泵浦驱动单元、LD模块、激光头以及水箱。

作为本发明再进一步的优选方案：所述用户接口模块还用于显示所述激光器的工作状态及工作参数；所述用户接口模块通过指示灯、图标、图片及颜色变化来显示所述激光器的开机、待机、就绪、出光、停止出光、关机状态。

作为本发明再进一步的优选方案：所述激光器的控制***还包括权限管理模块，所述权限管理模块用于根据用户类别划分所述激光器各单元功能的操作权限；数据存储模块，用于存储所述激光器的状态数据及参数数据；所述通信模块与所述激光器通过CAN总线协议进行通信；所述数据存储单元按照不同的用户存储激光器的工作参数及设备状态。

一种激光设备控制方法，包括以下步骤：用户接口模块接收用户操作指令，并发送信息给数据处理模块；数据处理模块对所述信息进行处理，并通过通信模块与激光器通信；激光器根据从所述数据处理模块接收到的信息进行工作；所述数据处理模块通过所述通信模块实时获取所述激光器的工作状态及参数信息；自动控制模块识别激光器的各个设备单元的状态，并根据所述激光器的工作状态及参数数据进行自动控制；工作时，激光二极管驱动电路控制激光二极管发出激光并经过分光镜；功率-电压转换器接收经过分光镜反射的激光，所述功率-电压转换器将接收到的反射功率转换成电压Vr并输出到同相比例放大器进行放大，Vr为实数；处理器输出电压信号Vs到反相比例放大器进行放大并反相，Vs为实数；所述同相比例放大器和反相比例放大器分别输出电压信号给求和积分放大器，设定所述同相比例放大器的放大倍数为K，K>0，所述求和积分放大器的积分电阻为R、所述求和积分放大器的积分电容为C、所述求和积分放大器的输出电压为V0，计算得到求和积分放大器的输出电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用软件控制将激光器各个设备单元的操作进行统一协调，从而实现了操作人员使用一台计算机即可完成对激光器各个设备单元进行操作的有益效果；保证了恒定功率的输出，同时由于反馈信号取自于 主光路，实时可靠地反应了激光二极管输出功率变化情况，实现了真正的全闭环***控制； 以上技术方案采用了独立的功率监控元件，可以提高监控精度，本发明还提供了十分完善 的保护措施，保证了激光二极管的安全，大大的延长了使用寿命 。

附图说明

图1为本发明中激光器的电路原理示意图。

图2为本发明的示意框图。

图3为本发明中控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明实施例中，一种激光设备控制***，包括用户接口模块、数据处理模块、通信模块、激光器和自动控制模块，用户接口模块用于接收用户的操作指令，用户操作指令包括对激光器总控单元、电源单元、LD模块(激光二极管模块)、泵浦驱动设备、激光头以及水箱的工作参数及工作状态的操作设定；具体包括LD数量、LD加电累计时间的设定；第一、第二及第三泵浦电源的电流设置及读取、泵浦电源的实际电流及电压；种子源的电流及温度的设定；激光头的温度、湿度、压力及功率的设定；串口参数设置及LBO(三硼酸锂)晶体的温度设定；

用户在用户接口模块通过选择按钮、编辑框、组合框、复选框、滑动条、列表等操作方式来设置操作指令；

优选的，用户操作模块还用于显示，通过指示灯、文字、图片、图标、颜色来指示激光器的开机、待机、就绪、出光、停止出光、关机基本工作状态，以及泵浦驱动、激光头内部电控器件的工作状态；并通过文字及图标显示设备当前的设定和工作参数，比如工作时间、工作电流电压值、激光功率、激光头温湿度、气压以及晶体的温度；

通信模块为串口通讯，按照通讯协议与激光器的各个设备单元进行通信；传递信号给激光器，同时接收激光器的工作状态信息给数据处理模块；在一个较佳的实施例中，通信模块与激光器通过CAN协议进行通信；

激光器包括总控单元、电源单元、LD模块(激光二极管模块)、泵浦驱动设备、激光头以及水箱；其中，总控单元执行控制命令，分发和接收用户指令；电源单元给总控单元、泵浦驱动单元以及激光头供电；LD模块内含光电二极管负责产生稳定能量的脉冲激光束；激光头内含光学元件和一部分电控设备，光路导通之后可通过出光口发射一定能量(W以内)的绿光脉冲；优选的，激光器的连接线包括电源线、数据线、和同步信号线三大类；

自动控制模块用于识别激光器的各个设备单元的状态，包括：对泵浦电源的电流、温度状态检测；泵浦电源的过流、过温、触发等待、ACDC故障、interlock故障等的检测；LBO参数上下限检测、正负偏差及通讯状态检测；种子源的温度、过流、通讯状态及出光状态检测；激光头温度、湿度状态、光闸状态、控制板状态、功率、温控加电及通信状态的检测；紧急情况下，自动控制模块控制激光器各设备单元的工作状态，以保护激光器的各个设备单元；同时自动控制模块还发送信息给用户接口模块，用户接口模块根据自动控制模块发送的信息显示绿色激光器各设备单元的工作状态，并在紧急情况下通过图标及声音等方式发出状态报警信号；

所述激光器的控制***还包括数据存储模块及权限管理模块；数据存储模块根据不同的用户分类保存激光器的状态数据及参数数据；所述状态数据包括总控单元、电源单元、泵浦驱动单元及激光头运行期间的参数；数据存储模块还用于存储用户接口模块所设定的激光器各个设备单元的参数数据；权限管理模块，用于根据用户类别划分所述激光器各设备单元功能的操作权限；针对不同类别的用户(操作人员)，划分出不同的操作权限，当且仅当权限匹配正确后才开放对应的用户接口供使用；

优选的，权限管理模块根据用户不同划分对激光器的总控单元、电源单元、泵浦驱动单元、激光头的操作权限；最高权限将获得对总控单元、泵浦驱动单元、电源单元以及激光头的所有操作功能；最低权限仅能通过总控单元进行开机、待机、就绪、出光、停止出光、关机、自检、状态查询、参数查询的基本指令；此外，数据存储单元按照不同的用户存储激光器的工作参数及设备状态；当A用户需要接入激光器时只需在高级选项中选择对应选项，即可调出A用户对应的参数，并自动加载到***中，方便不同用户对激光器的使用；

所述激光器包括处理器、激光二极管驱动电路、激光二极管、功率-电压转换器、同相比例放大器、反相比例放大器和求和积分放大器，所述处理器与所述激光二极管驱动电路双向连接，以便进行激光二极管的工作情况监测，所述激光二极管驱动电路的输出端连接所述激光二极管的输入端，所述处理器的输出端连接反相比例放大器的信号输入端，所述反相比例放大器的输出端连接所述求和积分放大器的第一输入端；所述激光二极管与所述功率-电压转换器之间还设置有分光镜，所述激光二极管发出的激光经分光镜反射后进入所述功率-电压转换器，所述功率-电压转换器接收所述激光二极管发出的光信号，所述功率-电压转换器的信号输出端了解所述同相比例放大器的信号输入端，所述同相比例放大器的输出端连接所述求和积分放大器的第二输入端，所述求和积分放大器的输出端连接所述激光二极管驱动电路的第一输入端；激光器还包括保护电路，所述保护电路包括软启动电路、肖特基二极管、过流过压保护电路和常闭型继电器，所述过流过压保护电路的输出端连接所述软启动电路的输入端，所述软启动电路的输出端连接所述激光二极管驱动电路的第二输入端，所述肖特基二极管与所述激光二极管按相反极性并联，所述常闭型继电器的常闭触点与所述激光二极管并联；

一种激光设备控制方法，包括以下步骤：

步骤S1，用户接口模块接收用户操作指令，并发送信息给数据处理模块；

步骤S2，数据处理模块对所述信息进行处理，并通过通信模块与激光器通信；

步骤S3，激光器根据从所述数据处理模块接收到的信息进行工作；

步骤S4，所述数据处理模块通过所述通信模块实时获取所述激光器的工作状态及参数信息；

步骤S5，自动控制模块识别激光器的各个设备单元的状态，并根据所述激光器的工作状态及参数数据进行自动控制；

步骤S6，工作时，激光二极管驱动电路控制激光二极管发出激光并经过分光镜；

步骤S7，功率-电压转换器接收经过分光镜反射的激光，所述功率-电压转换器将接收到的反射功率转换成电压Vr并输出到同相比例放大器进行放大，Vr为实数；处理器输出电压信号Vs到反相比例放大器进行放大并反相，Vs为实数；

步骤S8，所述同相比例放大器和反相比例放大器分别输出电压信号给求和积分放大器，设定所述同相比例放大器的放大倍数为K，K>0，所述求和积分放大器的积分电阻为R、所述求和积分放大器的积分电容为C、所述求和积分放大器的输出电压为V0，

计算得到求和积分放大器的输出电压；

步骤S9，所述求和积分放大器将输出电压V0发送到所述激光二极管驱动电路以控制激光二极管调整功率；

优选的，本发明还通过以下步骤来实现权限管理，权限管理模块根据用户类别划分所述激光器各设备单元操作功能的权限；根据用户类别划分所述激光器各设备单元操作功能的权限；针对不同类别的用户(激光器操作人员)，划分出不同的操作权限，当且仅当权限匹配正确后才开放对应的用户接口供使用；权限管理模块根据用户不同划分对激光器的总控单元、电源单元、泵浦驱动单元、激光头的操作权限；最高权限将获得对总控单元、泵浦驱动单元、电源单元以及激光头的所有操作功能；最低权限仅能通过总控单元进行开机、待机、就绪、出光、停止出光、关机、自检、状态查询、参数查询的基本指令。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种激光设备控制***，其特征在于，包括通信模块，用于与激光器进行数据交互；用户接口模块，用于接收用户对绿色激光器工作参数及工作状态的操作指令；数据处理模块，用于根据从用户接口模块接收的用户操作指令进行数据处理，并发送信息给所述激光器；自动控制模块，用于识别所述激光器各个设备单元的状态，并对所述激光器各个设备单元的状态进行自动控制；所述用户接口模块接收用户操作指令，并发送信息给所述数据处理模块，所述数据处理模块对所述用户操作指令进行处理，并通过所述通信模块与所述激光器通信，所述激光器根据从所述数据处理模块接收到的信息进行工作；所述数据处理模块通过所述通信模块实时获取所述激光器的工作状态数据及参数数据，并发送信息给所述自动控制模块，所述自动控制模块根据所述激光器的工作状态及参数数据进行自动控制。

2.根据权利要求1所述的一种激光设备控制***，其特征在于，所述绿色激光器包括总控单元、电源单元、泵浦驱动单元、LD模块、激光头以及水箱。

3.根据权利要求1所述的一种激光设备控制***，其特征在于，所述用户接口模块还用于显示所述激光器的工作状态及工作参数；所述用户接口模块通过指示灯、图标、图片及颜色变化来显示所述激光器的开机、待机、就绪、出光、停止出光、关机状态。

4.根据权利要求1所述的一种激光设备控制***，其特征在于，所述激光器的控制***还包括权限管理模块，所述权限管理模块用于根据用户类别划分所述激光器各单元功能的操作权限；数据存储模块，用于存储所述激光器的状态数据及参数数据；所述通信模块与所述激光器通过CAN总线协议进行通信；所述数据存储单元按照不同的用户存储激光器的工作参数及设备状态。

5.一种激光设备控制方法，其特征在于，包括以下步骤：用户接口模块接收用户操作指令，并发送信息给数据处理模块；数据处理模块对所述信息进行处理，并通过通信模块与激光器通信；激光器根据从所述数据处理模块接收到的信息进行工作；所述数据处理模块通过所述通信模块实时获取所述激光器的工作状态及参数信息；自动控制模块识别激光器的各个设备单元的状态，并根据所述激光器的工作状态及参数数据进行自动控制；工作时，激光二极管驱动电路控制激光二极管发出激光并经过分光镜；功率-电压转换器接收经过分光镜反射的激光，所述功率-电压转换器将接收到的反射功率转换成电压Vr并输出到同相比例放大器进行放大，Vr为实数；处理器输出电压信号Vs到反相比例放大器进行放大并反相，Vs为实数；所述同相比例放大器和反相比例放大器分别输出电压信号给求和积分放大器，设定所述同相比例放大器的放大倍数为K，K>0，所述求和积分放大器的积分电阻为R、所述求和积分放大器的积分电容为C、所述求和积分放大器的输出电压为V0，

计算得到求和积分放大器的输出电压。