二氧化碳雷射裝置及其脈衝發生器的製造方法
2023-09-16 13:04:15
二氧化碳雷射裝置及其脈衝發生器的製造方法
【專利摘要】本發明公開一種脈衝發生器，用於接收外部的脈衝參數，並根據脈衝參數生成脈衝信號，包括：數據接收模塊，通過串行外設接口接收至少兩組脈衝參數；處理模塊，數量與脈衝參數的組數對應；每一個處理模塊將對應的脈衝參數處理得到用於尋找對應的計數值的地址；存儲模塊，用於存儲地址和對應的計數值；脈衝生成模塊，用於根據系統時鐘和從存儲模塊中讀取的計數值得到並輸出脈衝信號。還公開一種使用所述脈衝發生器的二氧化碳雷射器。上述二氧化碳雷射裝置及其脈衝發生器，通過存儲模塊預先存儲地址和計數值，通過處理模塊建立脈衝參數與地址的對應關係，使得可通過查找的方式獲得計數值，進而產生脈衝信號，能夠快速產生所需要的頻率的信號。
【專利說明】二氧化碳雷射裝置及其脈衝發生器
【技術領域】
[0001]本發明涉及雷射器【技術領域】，特別是涉及一種二氧化碳雷射裝置和一種該二氧化碳雷射裝置的脈衝發生器。
【背景技術】
[0002]二氧化碳雷射器可連續輸出功率較高的雷射。高功率二氧化碳雷射器在切割、焊接、熔覆等領域有著廣泛的用途。高功率二氧化碳雷射器利用高壓電源產生上萬伏的高電壓，將高電壓作用在一種包含二氧化碳的混合氣體上，從而激發該混合氣體產生雷射。
[0003]高功率二氧化碳雷射器在金屬材料的切割有著不可取代的作用，尤其是在厚金屬材料上。以10?25mm碳鋼和5?15mm不鏽鋼兩種鋼材的切割為例，經常需要在高頻與連續雷射中變換。
[0004]高頻率的雷射以及快速的雷射切換要求雷射器的控制系統能產生出高頻率以及快速切換的信號。由單片機控制的雷射器控制系統產生的頻率以及信號切換的速度不能滿足現在的頻率要求以及速度切換要求。
【發明內容】
[0005]基於此，有必要提供一種能夠快速產生所需要的頻率的信號的脈衝發生器。
[0006]此外，還提供一種二氧化碳雷射器。
[0007]—種脈衝發生器，用於接收外部的脈衝參數，並根據所述脈衝參數生成脈衝信號，包括:
[0008]數據接收模塊，通過串行外設接口接收至少兩組所述脈衝參數；
[0009]處理模塊,數量與脈衝參數的組數對應；每一個所述處理模塊將對應的脈衝參數處理得到用於尋找對應的計數值的地址；
[0010]存儲模塊，用於存儲所述地址和對應的計數值；
[0011]脈衝生成模塊，用於根據系統時鐘和從所述存儲模塊中讀取的所述計數值得到並輸出脈衝信號。
[0012]在其中一個實施例中，所述數據接收模塊包括:
[0013]接收單元，用於通過所述串行外設接口接收所述至少兩組脈衝參數的串行數據；
[0014]參數提取單元，將所述串行數據按照串行外設接口的協議寄存為多個單一數據；
[0015]打包單元，將所述多個單一數據按照預設的規則打包為所述至少兩組脈衝參數的數據包。
[0016]在其中一個實施例中，所述處理模塊還根據接收到的選擇信號輸出所述地址。
[0017]在其中一個實施例中，所述選擇信號用於選擇兩個以上的所述地址，所述脈衝生成模塊用於根據所述兩個以上的地址從所述存儲模塊中讀取對應的兩個以上的計數值，以輸出兩個以上的脈衝信號。
[0018]在其中一個實施例中，所述脈衝發生器採用FPGA晶片。[0019]一種二氧化碳雷射裝置，包括雷射器、驅動所述雷射器的雷射器控制系統和與所述雷射器控制系統通信連接的脈衝發生器，所述雷射器控制系統用於向脈衝發生器發送脈衝參數，並接收所述脈衝發生器根據所述脈衝參數生成的脈衝信號，進而根據所述脈衝信號驅動雷射器產生雷射；
[0020]所述脈衝發生器包括:
[0021]數據接收模塊，通過串行外設接口接收至少兩組所述脈衝參數；
[0022]處理模塊,數量與脈衝參數的組數對應；每一個所述處理模塊將對應的脈衝參數處理得到用於尋找對應的計數值的地址；
[0023]存儲模塊，用於存儲所述地址和對應的計數值；
[0024]脈衝生成模塊，用於根據系統時鐘和從所述存儲模塊中讀取的所述計數值得到並輸出脈衝信號。
[0025]在其中一個實施例中，所述數據接收模塊包括:
[0026]接收單元，用於通過所述串行外設接口接收所述至少兩組脈衝參數的串行數據；
[0027]參數提取單元，將所述串行數據按照串行外設接口的協議寄存為多個單一數據；
[0028]打包單元，將所述多個單一數據按照預設的規則打包為所述至少兩組脈衝參數的數據包。
[0029]在其中一個實施例中，所述處理模塊還根據接收到的選擇信號輸出所述地址。
[0030]在其中一個實施例中，所述選擇信號用於選擇兩個以上的所述地址，所述脈衝生成模塊用於根據所述兩個以上的地址從所述存儲模塊中讀取對應的兩個以上的計數值，以輸出兩個以上的脈衝信號。
[0031]在其中一個實施例中，所述脈衝發生器採用FPGA晶片。
[0032]上述二氧化碳雷射裝置及其脈衝發生器，通過存儲模塊預先存儲地址和計數值，通過處理模塊建立脈衝參數與地址的對應關係，使得可通過查找的方式獲得計數值，進而產生脈衝信號，能夠快速產生所需要的頻率的信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為一實施例的二氧化碳雷射裝置模塊圖；
[0034]圖2為圖1中的脈衝發生器的模塊圖。
【具體實施方式】
[0035]如圖1所示，為一實施例的二氧化碳雷射裝置。該二氧化碳雷射裝置10包括雷射器100、雷射器控制系統200和脈衝發生器300。雷射器控制系統200和脈衝發生器300通信連接。雷射器控制系統200用於向脈衝發生器300發送脈衝參數，並接收脈衝發生器300根據所述脈衝參數生成的脈衝信號，進而根據所述脈衝信號驅動雷射器100產生雷射。
[0036]如圖2所示，為圖1中的脈衝發生器的模塊圖。
[0037]脈衝發生器300包括數據接收模塊310、處理模塊320、存儲模塊330以及脈衝生成模塊340。數據接收模塊310通過串行外設接口(serial peripheral interface, SPI)接收至少兩組脈衝參數。數據接收模塊310還可以通過其他數據接口接收脈衝參數。處理模塊320的數量與脈衝參數的組數對應,也即每一個處理模塊320處理一組對應的脈衝參數得到一個用於尋找對應計數值的地址。存儲模塊330中存有一一對應的地址和計數值。脈衝生成模塊340用於根據系統時鐘和從存儲模塊330中讀取的所述計數值得到並輸出脈衝信號。
[0038]數據接收模塊310包括串行外設接口(SPI)數據的接收單元311、參數提取單元312以及打包單元313。串行外設接口(SPI)數據的接收單元311通過所述串行外設接口接收所述至少兩組脈衝參數的串行數據。串行外設接口以串行方式傳遞數據，串行外設接口(SPI)數據的接收單元311以SPI協議規定的高低電平識別串行數據中的數據位(O和1)，並將數據位按序寄存到參數提取單元312中。參數提取單元312按照每8個數據位為一組提取數據，並按序寄存。打包單元313按照預設的規則將多組數據打包為一個個數據包，例如14組數據為一個數據包，得到多個數據包。數據包的數量由脈衝發生器300的能夠支配的資源確定，為滿足基本應用，數據包的個數為32個，相應地，處理模塊320的數量也為32個。
[0039]上述數據接收模塊310從雷射器控制系統200的SPI接口得到脈衝參數的串行數據，經過提取為數據組和打包為數據包的處理後，得到與脈衝參數的組數對應數量的數據包。一個數據包對應一組脈衝參數，例如，對於一個具有14組8位數據的數據包,其中包含的脈衝參數可以是初始脈衝頻率、初始脈衝的佔空比、脈衝增量、佔空比增量等等可以確定一次脈衝信號各種參數(包括頻率、佔空比等)的參數數據。
[0040]可以理解，計算一次脈衝信號的參數可以採用多種方式，相應地，就可以設置不同形式的數據包結構。打包單元313根據預設的打包規則即可得到所需要的數據包結構。
[0041]處理模塊320的數量與脈衝參數的組數對應，也即每一個處理模塊320處理一個數據包(一組脈衝參數)。處理模塊320根據一個數據包中包含的多種脈衝參數經過換算可得到有助於計算脈衝信號的頻率的一個中間量，這個中間量用於在存儲模塊330中根據預先存儲的表格尋找到一個計數值。本實施例中，該中間量稱為地址，所述地址在前述預先存儲的表格中是唯一確定的，每兩個地址之間不相同，每個地址對應存儲一個計數值。
[0042]存儲模塊330用於存儲所述預先存儲的表格，地址與計數值之間的對應關係體現所輸入的脈衝參數與最終的脈衝信號之間的關係。從脈衝參數獲得計數值，需要經過複雜的運算，要麼採用消耗大量時間的軟體計算，要麼採用消耗大量硬體資源的硬體運算。此處，將預先經過計算的計數值存儲在存儲模塊330中，並用地址標識，地址與脈衝參數經過處理模塊320的簡單換算建立對應關係，這樣就可以減少從脈衝參數到計數值之間的複雜的計算過程，達到快速產生所需要的頻率的信號的目的。
[0043]脈衝生成模塊340用於根據系統時鐘和計數值獲得脈衝信號。例如，系統時鐘為50MHz，為了得到5MHz的脈衝，該計數值就為10。也即每計數10次系統時鐘周期，就輸出一次脈衝信號。
[0044]進一步地，上述脈衝發生器300還從雷射器控制系統200接收選擇信號，處理模塊320根據該選擇信號輸出地址。例如，脈衝發生器300從雷射器控制系統200獲得了能夠形成32個數據包的數據，並經過處理模塊320的處理可得到32個地址。而在一些應用環境中，如雷射切割，需要將雷射的頻率進行反覆的變換，假設從頻率A變到頻率B，然後又變換回頻率A。對頻率A而言，可以使用同一脈衝參數，選擇信號就可以實現先選擇與頻率A對應的地址，然後選擇與頻率B對應的地址，最後再選擇與頻率A對應的地址，實現快速的頻率變換。
[0045]可以理解，所述選擇信號可用於同時選擇兩個以上的地址，脈衝生成模塊340則根據所述兩個以上的地址從存儲模塊330中讀取對應的兩個以上的計數值，以輸出兩個以上的脈衝信號。
[0046]可以理解，處理模塊320可以根據預先安排的雷射頻率順序輸出地址，進而脈衝生成模塊340按順序生成脈衝信號，而不需要通過選擇信號來選擇。
[0047]上述二氧化碳雷射裝置10的雷射器控制系統200採用單片機作為具體實現，例如LPC2294，其通過SPI接口與脈衝發生器300連接，向脈衝發生器300發送脈衝參數和選擇信號。脈衝發生器300可採用FPGA晶片作為具體實現，例如EP2C5T144，FPGA晶片具有可編程、處理速度快以及開發速度快等優點。
[0048]上述二氧化碳雷射裝置通過存儲模塊預先存儲地址和計數值，通過處理模塊建立脈衝參數與地址的對應關係，可通過查找的方式獲得計數值，進而產生脈衝信號，能夠快速產生所需要的頻率的信號。
[0049]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種脈衝發生器，用於接收外部的脈衝參數，並根據所述脈衝參數生成脈衝信號，包括: 數據接收模塊，通過串行外設接口接收至少兩組所述脈衝參數； 處理模塊，數量與脈衝參數的組數對應；每一個所述處理模塊將對應的脈衝參數處理得到用於尋找對應的計數值的地址； 存儲模塊，用於存儲所述地址和對應的計數值； 脈衝生成模塊，用於根據系統時鐘和從所述存儲模塊中讀取的所述計數值得到並輸出脈衝信號。
2.根據權利要求1所述的脈衝發生器，其特徵在於，所述數據接收模塊包括: 接收單元，用於通過所述串行外設接口接收所述至少兩組脈衝參數的串行數據； 參數提取單元，將所述串行數據按照串行外設接口的協議寄存為多個單一數據； 打包單元，將所述多個單一數據按照預設的規則打包為所述至少兩組脈衝參數的數據包。
3.根據權利要求1所述的脈衝發生器，其特徵在於，所述處理模塊還根據接收到的選擇信號輸出所述地址。
4.根據權利要求3所述的脈衝發生器，其特徵在於，所述選擇信號用於選擇兩個以上的所述地址，所述脈衝生成模塊用於根據所述兩個以上的地址從所述存儲模塊中讀取對應的兩個以上的計數值，以輸出兩個以上的脈衝信號。
5.根據權利要求1所述的脈衝發生器，其特徵在於，所述脈衝發生器採用FPGA晶片。
6.一種二氧化碳雷射裝置，其特徵在於，包括雷射器、驅動所述雷射器的雷射器控制系統和與所述雷射器控制系統通信連接的脈衝發生器，所述雷射器控制系統用於向脈衝發生器發送脈衝參數，並接收所述脈衝發生器根據所述脈衝參數生成的脈衝信號，進而根據所述脈衝信號驅動雷射器產生雷射； 所述脈衝發生器包括: 數據接收模塊，通過串行外設接口接收至少兩組所述脈衝參數； 處理模塊，數量與脈衝參數的組數對應；每一個所述處理模塊將對應的脈衝參數處理得到用於尋找對應的計數值的地址； 存儲模塊，用於存儲所述地址和對應的計數值； 脈衝生成模塊，用於根據系統時鐘和從所述存儲模塊中讀取的所述計數值得到並輸出脈衝信號。
7.根據權利要求6所述的二氧化碳雷射裝置，其特徵在於，所述數據接收模塊包括: 接收單元，用於通過所述串行外設接口接收所述至少兩組脈衝參數的串行數據； 參數提取單元，將所述串行數據按照串行外設接口的協議寄存為多個單一數據； 打包單元，將所述多個單一數據按照預設的規則打包為所述至少兩組脈衝參數的數據包。
8.根據權利要求6所述的二氧化碳雷射裝置，其特徵在於，所述處理模塊還根據接收到的選擇信號輸出所述地址。
9.根據權利要求8所述的二氧化碳雷射裝置，其特徵在於，所述選擇信號用於選擇兩個以上的所述地址，所述脈衝生成模塊用於根據所述兩個以上的地址從所述存儲模塊中讀取對應的兩個以上的計數值，以輸出兩個以上的脈衝信號。
10.根據權利要求6所述的二氧化碳雷射裝置，其特徵在於，所述脈衝發生器採用FPGA晶片。
【文檔編號】H01S3/10GK103762493SQ201410028325
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月9日
【發明者】彭碩飛, 何自權, 陳武青, 周桂兵, 陳根餘, 陳燚, 高雲峰 申請人:深圳市大族雷射科技股份有限公司