激光焊接溫度反饋系統(tǒng)（激光焊接控制系統(tǒng)）

1、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)原理

溫度反饋半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光發(fā)生模塊，激光控制模塊，紅外溫度探測(cè)模塊及光學(xué)系統(tǒng)(激光聚焦組件、CCD圖像采集組件)，整體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中激光發(fā)生模塊具體為半導(dǎo)體激光器，可以通過(guò)電壓信號(hào)控制激光輸出功率的大小。激光控制模塊是將外部信號(hào)或者指令通過(guò)翻譯，來(lái)控制激光發(fā)生模塊。CCD圖像采集模塊包括相機(jī)，物鏡及軟件處理系統(tǒng)。激光聚焦組件包括準(zhǔn)直鏡組件及聚焦鏡組件，通過(guò)準(zhǔn)直組件首先將激光器的光變成平行光，然后通過(guò)聚焦鏡將激光聚焦，作用到工件上。整個(gè)溫度反饋系統(tǒng)的工作流程是通過(guò)紅外溫度探測(cè)模塊捕獲焊接點(diǎn)溫度，經(jīng)過(guò)激光控制模塊與設(shè)定的溫度進(jìn)行對(duì)比分析，將電壓信號(hào)反饋給激光發(fā)生模塊，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光能量的輸出。圖像采集模塊捕獲焊接點(diǎn)圖像形成焊接軌跡。經(jīng)由該激光導(dǎo)人準(zhǔn)直模塊和光學(xué)模塊后形成的輸出激光的焦點(diǎn)、該紅外測(cè)溫儀探測(cè)模塊捕獲接處的最小點(diǎn)以及CCD圖像采集模塊捕獲到的焊接處的視場(chǎng)中心點(diǎn)三者是重合的?？稍诩す飧咚俸附舆^(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接目標(biāo)溫度的精確控制。溫度反饋半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)除了硬件組成部分，最重要的是電路設(shè)計(jì)及軟件。

2、反饋系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路整體由三部分組成，如圖2所示。其中第一部分為焊點(diǎn)檢測(cè)表面溫度電路，是下圖的左側(cè)部分，主要由溫敏電阻及三極管組成，作用是采集焊點(diǎn)的溫度值，并且將溫度值轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，然后將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。第二部分電路為反向電路及放大器，是下圖的中間部分，主要由電感及放大器組成，實(shí)現(xiàn)反相器功能及信號(hào)放大功能。第三部分電路為隔離輸出電路，是下圖的右側(cè)部分，主要由電容及開(kāi)關(guān)組成，對(duì)外界溫度干擾起到補(bǔ)償和隔離輸出作用。反饋系統(tǒng)電路實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，進(jìn)而對(duì)激光器發(fā)生模塊的輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到調(diào)節(jié)激光器輸出能量的目的。

3、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)基于PID算法實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，具體流程如圖3所示。1)根據(jù)加工材料的熔點(diǎn)設(shè)定加工過(guò)程的溫度曲線;2)通過(guò)PID算法調(diào)節(jié)激光輸出功率;3)通過(guò)紅外溫度探測(cè)模塊將焊點(diǎn)的溫度轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào);4)通過(guò)激光控制模塊將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并反饋至半導(dǎo)體激光控制模塊，實(shí)現(xiàn)PID算法調(diào)節(jié)激光輸出功率。當(dāng)紅外溫度探測(cè)模塊探測(cè)到朔料表面的溫度值低于設(shè)定的溫度值，則自動(dòng)增加激光輸出功率;當(dāng)探測(cè)到的溫度值高于設(shè)定的溫度值，則降低光器的輸出功率，實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)表面溫度與激光器輸出功率之間的閉環(huán)控制。同時(shí)，由于紅外溫度測(cè)試儀是以高頻率脈沖掃描的方式對(duì)材料表面進(jìn)行溫度探測(cè)，軟件算法反應(yīng)效率高，可以根據(jù)材料表面的溫度對(duì)激光輸出功率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)還包括通過(guò)在軟件界面上設(shè)置溫度曲線，如緩升/緩降的溫度曲線。達(dá)到激光輸出功率大小的曲線。

CRT工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)基于高性能 DSP 為控制核心、FPGA 協(xié)處理，插補(bǔ)算法、脈沖信號(hào)產(chǎn)生及直線曲線加減速控制、I/O 信號(hào)的檢測(cè)處理。DMC600M系列3~6軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（DMC630M、DMC640M、DMC650M、DMC660M），運(yùn)用實(shí)時(shí)多任務(wù)控制技術(shù)和硬件插補(bǔ)技術(shù)，穩(wěn)定性高， 加工精度高，運(yùn)行平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)多種插補(bǔ)（直線、圓弧、拋物線及螺旋線插補(bǔ)等），并其他軸聯(lián)動(dòng)。