CN212137575U - 基于振镜激光打标控制系统的保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了基于振镜激光打标控制系统的保护装置，在输入信号调整电路中设置顺次串联的单端转差分电路、低通滤波器和射极跟随器，可以通过单端转差分电路将D/A转换器输出的脉冲信号转换成差分信号，以便对脉冲信号的上升沿和下降沿时刻的幅度进行调整；通过低通滤波器可以滤除差分信号中的高频成分，同时实现调整振镜驱动信号的幅度大小；通过射极跟随器调节振镜驱动信号幅值的偏置量。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光打标领域，尤其涉及基于振镜激光打标控制系统的保护装置。
背景技术
激光振镜扫描是激光扫描技术应用最广的一种扫描方式，振镜扫描在激光打标、激光雕刻、激光微焊接、激光精跟踪、激光演示、舞台灯光控制、生物医学、半导体加工等领域的应用都很广泛。振镜扫描是由振镜电机带动反射镜偏转，进而带动激光光束在扫描平面上移动，进行扫描。振镜电机的速度控制直接影响到激光振镜上下运动的平稳性和快速到达目标位置的准确性。目前，为实现高速高精度的应用场景，通常采用位置-速度-电流环三闭环控制技术。其中，位置环是将上位机输出的位置给定信息与振镜电机中的光电式位置传感器测得的位置信号比较，经过控制器的调节来抑制位置环内的干扰及负载扰动。上位机完成对扫描数据的处理之后即转换成了振镜电机偏转位置的控制信号，该控制信号经过D/A转换成模拟量电压，该模拟量电压即为振镜驱动信号，并将振镜驱动信号输入到振镜电机驱动电路。由于振镜驱动信号最接近阶跃信号，当阶跃信号幅度较大时，后级功率放大器提供的电流较大，对应振镜电机转动角度较大，此时如果不对输入到振镜电机驱动电路的信号做一定的调节，由于瞬间输入信号与反馈信号比较的差值过大，会使电路输出级功率放大器的电流过大，甚至超过功率放大器所能提供的最大电流，进而烧坏整个振镜电机驱动电路并且对振镜电机也有一定的损耗。因此，为解决上述问题，本实用新型提供基于振镜激光打标控制系统的保护装置，通过该保护装置，可以调节输入振镜电机驱动电路的输入信号的幅度，保护振镜电机驱动电路中电流不超过预设值，避免整个振镜电机驱动电路被烧坏的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了基于振镜激光打标控制系统的保护装置，通过该保护装置，可以调节输入振镜电机驱动电路的输入信号的幅度，保护振镜电机驱动电路中电流不超过预设值，避免整个振镜电机驱动电路被烧坏的问题。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了基于振镜激光打标控制系统的保护装置，其包括控制器、振镜电机、振镜电机驱动电路，振镜电机驱动电路包括D/A转换器、输入信号调整电路和功率放大器；
控制器的输出端与D/A转换器的数字输入端电性连接，D/A转换器的模拟输出端通过输入信号调整电路与功率放大器的输入端电性连接，功率放大器的输出端与振镜电机电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，输入信号调整电路包括单端转差分电路、低通滤波器和射极跟随器；
单端转差分电路的输入端与D/A转换器的模拟输出端电性连接，单端转差分电路的输出端通过低通滤波器与射极跟随器的输入端电性连接，射极跟随器的输出端通过功率放大器与振镜电机电性连接。
进一步优选的，D/A转换器包括AD669芯片；
AD669芯片通过数据总线与控制器的EMIF接口电性连接，AD669芯片的CS、L1和LDAC引脚分别与控制器的I/O端口电性连接，AD669芯片的VOUT引脚与单端转差分电路的输入端电性连接。
进一步优选的，单端转差分电路包括：AD8138芯片；
AD8138芯片的+IN引脚与AD669芯片的VOUT引脚电性连接，AD8138芯片的-OUT引脚和+OUT引脚分别与低通滤波器的输入端电性连接。
进一步优选的，低通滤波器包括：运算放大器LM358、电阻R15-R18、电位器RP3和电容C8-C9；
AD8138芯片的-OUT引脚通过电阻R17与运算放大器LM358的引脚2电性连接，AD8138芯片的+OUT引脚通过电阻R16与运算放大器LM358的引脚3电性连接，电阻R15与电容C8相互并联，电阻R15的一端与电阻R16和运算放大器LM358的引脚3之间的连接点电性连接，电阻R15的另一端接地，电阻R18与电容C9相互并联，电阻R18的两端并联在运算放大器LM358的引脚2和引脚1之间，运算放大器LM358的引脚1通过电位器RP3接地，电位器RP3的调节端与射极跟随器的输入端电性连接。
进一步优选的，射极跟随器包括：电阻R19-R21、电位器RP4和运算放大器LM358；
电位器RP3的调节端通过电阻R19与运算放大器LM358的引脚6电性连接，运算放大器LM358的引脚5接地，运算放大器LM358的引脚7与功率放大器的输入端电性连接，电阻R20并联在运算放大器LM358的引脚6和引脚7之间，电阻R21的一端与运算放大器LM358的引脚6电性连接，电阻R21的另一端与电位器RP4的调节端电性连接，电位器RP4的两端分别与电源电性连接。
本实用新型的基于振镜激光打标控制系统的保护装置相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过在振镜电机驱动电路中设置输入信号调整电路，可以通过输入信号调整电路调节振镜驱动信号的幅度大小，避免振镜驱动信号的幅度过大，导致振镜驱动信号与反馈信号比较的差值过大，造成功率放大器的电流过大，甚至超过功率放大器所能提供的最大电流，进而烧坏整个振镜电机驱动电路的问题，降低对振镜电机的影响。
(2)在输入信号调整电路中设置顺次串联的单端转差分电路、低通滤波器和射极跟随器，可以通过单端转差分电路将D/A转换器输出的脉冲信号转换成差分信号，以便对脉冲信号的上升沿和下降沿时刻的幅度进行调整；通过低通滤波器可以滤除差分信号中的高频成分，同时实现调整振镜驱动信号的幅度大小；通过射极跟随器调节振镜驱动信号幅值的偏置量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为振镜激光打标控制系统的框架图；
图2为本实用新型基于振镜激光打标控制系统的保护装置的结构图；
图3为本实用新型基于振镜激光打标控制系统的保护装置中单端转差分电路的电路图；
图4为本实用新型基于振镜激光打标控制系统的保护装置中低通滤波器和射极跟随器的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，振镜激光打标控制系统的工作原理为：生产线上的打标工件运动到打标工作面时，检测系统将向微处理控制器发送一个控制信号，微处理控制器接收到信号后，将分别向激光电源和振镜扫描系统发送控制信号，分别来控制激光器输出激光和控制振镜扫描系统按照所要打标字符进行扫描。激光器发出的激光经由导光系统入射到振镜扫描系统。振镜扫描系统在微处理控制器的控制下将激光反射入透镜并聚焦到打标工件上，从而在打标工件上标记处相应的字符或图案。
目前，上位机完成对扫描数据的处理之后即转换成了振镜电机偏转位置的控制信号，该控制信号经过D/A转换成模拟量电压，该模拟量电压即为振镜驱动信号，并将振镜驱动信号输入到振镜电机驱动电路。如图2所示，本实用新型提供基于振镜激光打标控制系统的保护装置，其包括控制器、振镜电机、振镜电机驱动电路。
控制器，用于接收上位机设定的角度值，并产生对应的数字量，将该数字量传输至振镜电机驱动电路，并驱动振镜电机。本实施例中，不对控制器的型号做限定，并且本实施例并不涉及对控制器内部算法的改进，因此，在此不再累述控制器产生数字量的原理。本实施例中，控制器可以选用TMS320C6205芯片。
振镜电机，用于驱动振镜上下平稳运动。本实施例中，振镜电机中内置位置传感器以及线圈。其中，通过改变线圈中电流的流向，可以控制电机正反转。
振镜电机驱动电路，用于驱动振镜电机转动固定角度。由于振镜驱动信号最接近阶跃信号，当阶跃信号幅度较大时，后级功率放大器提供的电流较大，对应振镜电机转动角度较大，此时如果不对输入到振镜电机驱动电路的信号做一定的调节，由于瞬间输入信号与反馈信号比较的差值过大，会使电路输出级功率放大器的电流过大，甚至超过功率放大器所能提供的最大电流，进而烧坏整个振镜电机驱动电路并且对振镜电机也有一定的损耗。因此，为解决上述问题，在振镜电机驱动电路的输入级通过设置输入信号调整电路，可以调节振镜驱动信号的幅度大小，避免振镜驱动信号的幅度过大，导致振镜驱动信号与反馈信号比较的差值过大，造成功率放大器的电流过大，甚至超过功率放大器所能提供的最大电流，进而烧坏整个振镜电机驱动电路的问题，降低对振镜电机的影响。
本实施例中，如图2所示，振镜电机驱动电路包括D/A转换器、输入信号调整电路和功率放大器；具体的，控制器的输出端与D/A转换器的数字输入端电性连接，D/A转换器的模拟输出端通过输入信号调整电路与功率放大器的输入端电性连接，功率放大器的输出端与振镜电机电性连接。
其中，D/A转换器将控制器产生的数字量转换为模拟量。D/A转换器可以是16位任何型号的芯片。优选的，本实施例的D/A转换器可以是AD669芯片，其中，AD669芯片通过数据总线与控制器的EMIF接口电性连接，AD669芯片的CS、L1和LDAC引脚分别与控制器的I/O端口电性连接，AD669芯片的VOUT引脚与输入信号调整电路的输入端电性连接。
输入信号调整电路，用于调节振镜驱动信号的幅度大小，避免振镜驱动信号的幅度过大，导致振镜驱动信号与反馈信号比较的差值过大，造成功率放大器的电流过大，甚至超过功率放大器所能提供的最大电流，进而烧坏整个振镜电机驱动电路的问题，降低对振镜电机的影响。本实施例中，如图2所示，输入信号调整电路包括单端转差分电路、低通滤波器和射极跟随器；具体的，单端转差分电路的输入端与D/A转换器的模拟输出端电性连接，单端转差分电路的输出端通过低通滤波器与射极跟随器的输入端电性连接，射极跟随器的输出端通过功率放大器与振镜电机电性连接。
单端转差分电路，由于D/A转换器输出的是单端信号，并且是脉冲信号，脉冲信号的上升沿和下降沿时刻的状态接近阶跃信号，为了实现对脉冲信号的幅度进行调整，需要对脉冲信号上升沿和下降沿时刻的幅度进行调整。因此，需要采用单端转差分电路将D/A转换器输出的脉冲信号转换成两路信号，两路信号对应脉冲信号的上升沿和下降沿时刻。进一步优选的，如图3所示，单端转差分电路包括：AD8138芯片；AD8138芯片的+IN引脚与AD669芯片的VOUT引脚电性连接，AD8138芯片的-OUT引脚和+OUT引脚分别与低通滤波器的输入端电性连接。
低通滤波器，用于消除D/A转换器输出脉冲信号中的高频干扰信号，并将输入的差分信号转换成单端信号，调节振镜驱动信号的幅度大小。本实施例中，如图4所示，低通滤波器包括：运算放大器LM358、电阻R15-R18、电位器RP3和电容C8-C9；具体的，AD8138芯片的-OUT引脚通过电阻R17与运算放大器LM358的引脚2电性连接，AD8138芯片的+OUT引脚通过电阻R16与运算放大器LM358的引脚3电性连接，电阻R15与电容C8相互并联，电阻R15的一端与电阻R16和运算放大器LM358的引脚3之间的连接点电性连接，电阻R15的另一端接地，电阻R18与电容C9相互并联，电阻R18的两端并联在运算放大器LM358的引脚2和引脚1之间，运算放大器LM358的引脚1通过电位器RP3接地，电位器RP3的调节端与射极跟随器的输入端电性连接。其中，电阻R15和电容C8组成了低通滤波器，通过调节电位器RP3的阻值，可以调节运算放大器LM358的输出，即调节振镜驱动信号的幅度大小。
射极跟随器，用于改变振镜驱动信号幅值的偏置量。本实施例中，如图4所示，射极跟随器包括：电阻R19-R21、电位器RP4和运算放大器LM358；电位器RP3的调节端通过电阻R19与运算放大器LM358的引脚6电性连接，运算放大器LM358的引脚5接地，运算放大器LM358的引脚7与功率放大器的输入端电性连接，电阻R20并联在运算放大器LM358的引脚6和引脚7之间，电阻R21的一端与运算放大器LM358的引脚6电性连接，电阻R21的另一端与电位器RP4的调节端电性连接，电位器RP4的两端分别与电源电性连接。其中，通过调节电位器RP4可以改变振镜驱动信号幅值的偏置量；电阻R19为耦合电阻。
功率放大器，为振镜电机提供足够大的电流以产生驱动振镜振动所需的转矩。本实施例中，不限定功率放大器的型号，可以选用任何型号的功率放大器。因此，在此不再累述。
本实施例的工作原理为：控制器产生的数字量通过D/A转换器转换成模拟信号，该模拟信号即为振镜驱动信号，振镜驱动信号经过单端转差分电路转换成差分信号，该差分信号输入至低通滤波器，低通滤波器滤除差分信号中的高频成分，并通过调整低通滤波器中电位器RP3的阻值调节振镜驱动信号的幅度大小，调节后的振镜驱动信号经过射极跟随器，调节电位器RP4的阻值改变输入信号幅值的偏置量，调节后的振镜驱动信号输出至功率放大器，由功率放大器为振镜电机提供足够大的电流以产生驱动振镜振动所需的转矩，该大电流驱动振镜电机转动。
本实施例的有益效果为：通过在振镜电机驱动电路中设置输入信号调整电路，可以通过输入信号调整电路调节振镜驱动信号的幅度大小，避免振镜驱动信号的幅度过大，导致振镜驱动信号与反馈信号比较的差值过大，造成功率放大器的电流过大，甚至超过功率放大器所能提供的最大电流，进而烧坏整个振镜电机驱动电路的问题，降低对振镜电机的影响。
在输入信号调整电路中设置顺次串联的单端转差分电路、低通滤波器和射极跟随器，可以通过单端转差分电路将D/A转换器输出的脉冲信号转换成差分信号，以便对脉冲信号的上升沿和下降沿时刻的幅度进行调整；通过低通滤波器可以滤除差分信号中的高频成分，同时实现调整振镜驱动信号的幅度大小；通过射极跟随器调节振镜驱动信号幅值的偏置量。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于振镜激光打标控制系统的保护装置，其包括控制器、振镜电机、振镜电机驱动电路，其特征在于：所述振镜电机驱动电路包括D/A转换器、输入信号调整电路和功率放大器；
所述控制器的输出端与D/A转换器的数字输入端电性连接，D/A转换器的模拟输出端通过输入信号调整电路与功率放大器的输入端电性连接，功率放大器的输出端与振镜电机电性连接。
2.如权利要求1所述的基于振镜激光打标控制系统的保护装置，其特征在于：所述输入信号调整电路包括单端转差分电路、低通滤波器和射极跟随器；
所述单端转差分电路的输入端与D/A转换器的模拟输出端电性连接，单端转差分电路的输出端通过低通滤波器与射极跟随器的输入端电性连接，射极跟随器的输出端通过功率放大器与振镜电机电性连接。
3.如权利要求2所述的基于振镜激光打标控制系统的保护装置，其特征在于：所述D/A转换器包括AD669芯片；
所述AD669芯片通过数据总线与控制器的EMIF接口电性连接，AD669芯片的CS、L1和LDAC引脚分别与控制器的I/O端口电性连接，AD669芯片的VOUT引脚与单端转差分电路的输入端电性连接。
4.如权利要求3所述的基于振镜激光打标控制系统的保护装置，其特征在于：所述单端转差分电路包括：AD8138芯片；
所述AD8138芯片的+IN引脚与AD669芯片的VOUT引脚电性连接，AD8138芯片的-OUT引脚和+OUT引脚分别与低通滤波器的输入端电性连接。
5.如权利要求4所述的基于振镜激光打标控制系统的保护装置，其特征在于：所述低通滤波器包括：运算放大器LM358、电阻R15-R18、电位器RP3和电容C8-C9；
所述AD8138芯片的-OUT引脚通过电阻R17与运算放大器LM358的引脚2电性连接，AD8138芯片的+OUT引脚通过电阻R16与运算放大器LM358的引脚3电性连接，电阻R15与电容C8相互并联，电阻R15的一端与电阻R16和运算放大器LM358的引脚3之间的连接点电性连接，电阻R15的另一端接地，电阻R18与电容C9相互并联，电阻R18的两端并联在运算放大器LM358的引脚2和引脚1之间，运算放大器LM358的引脚1通过电位器RP3接地，电位器RP3的调节端与射极跟随器的输入端电性连接。
6.如权利要求5所述的基于振镜激光打标控制系统的保护装置，其特征在于：所述射极跟随器包括：电阻R19-R21、电位器RP4和运算放大器LM358；
所述电位器RP3的调节端通过电阻R19与运算放大器LM358的引脚6电性连接，运算放大器LM358的引脚5接地，运算放大器LM358的引脚7与功率放大器的输入端电性连接，电阻R20并联在运算放大器LM358的引脚6和引脚7之间，电阻R21的一端与运算放大器LM358的引脚6电性连接，电阻R21的另一端与电位器RP4的调节端电性连接，电位器RP4的两端分别与电源电性连接。
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