用於視覺成像led光源的控制器的製造方法

2023-09-18 20:24:50

用於視覺成像led光源的控制器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於視覺成像LED光源的控制器，包括：微處理器模塊、數模轉換模塊、模數轉換模塊、放大反饋電路、功率驅動模塊、採樣電阻以及LED光源，微處理器模塊，用於與所述數模轉換模塊及所述模數轉換模塊進行數據交換，且控制所述數模轉換模塊輸出對應的控制電壓；放大反饋電路，用於控制所述功率驅動模塊實現對電流的調節；採樣電阻，用於將電流轉換成電壓值進行間接測量；其中，所述LED光源與所述功率驅動模塊連接。本實用新型的用於視覺成像LED光源的控制器具有解析度高且驅動電流大的優點，其使用簡單，穩定可靠，最終輸出的驅動電流可達1.5A，在整個電流輸出範圍內線性可調，精度可達0.5mA。
【專利說明】用於視覺成像LED光源的控制器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種LED光源控制器，尤其涉及一種用於鐳射加工系統中視覺成像用的LED光源控制器。
【背景技術】
[0002]隨著雷射在工業加工、半導體行業中的廣泛應用，雷射精密加工是未來的發展趨勢，而視覺成像技術作為精密加工的手段在雷射加工設備中對工藝要求起著關鍵作用。在一個多功能的視覺成像系統中有可能會用到不同規格的LED點光源、環形光或面光源，要提高成像質量以及提取到加工物件的特徵點和對比度，光源必須做到亮度微調並且長時間穩定，因此光源控制器的優劣直接影響著加工產品的工藝品質。而傳統的LED光源控制器是採用脈衝寬可調發生器來控制功率驅動模塊，在電路中串接LED燈和限流電阻，根據不同頻率和佔空比來決定功率部件的開關時間，並可等效成直流成分和諧波成分的疊加,從而可以得到所需的電流大小，但對於雷射設備載臺上的邊界光源來說需要很高的解析度才能讓機器視覺得到易於細微調節的亮度，而傳統方法得到的驅動電流精度不高，一般在4mA以上，同時驅動電流不會很高，很難滿足如紅外平板光源所需的700mA以上電流。

【發明內容】

[0003]為了解決現有LED光源控制器精度低及驅動電流小的問題，本實用新型提出一種用於視覺成像LED光源的控制器，其具有解析度高、驅動電流大、經驗參數記憶以及驅動電源規格切換的特點。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案為:
[0005]一種用於視覺成像LED光源的控制器，包括:微處理器模塊、數模轉換模塊、模數轉換模塊、放大反饋電路、功率驅動模塊、採樣電阻以及LED光源，微處理器模塊，用於與所述數模轉換模塊及所述模數轉換模塊進行數據交換，且控制所述數模轉換模塊輸出對應的控制電壓；
[0006]放大反饋電路，用於控制所述功率驅動模塊實現對電流的調節；
[0007]採樣電阻，用於將電流轉換成電壓值進行間接測量；
[0008]其中，所述LED光源與所述功率驅動模塊連接。
[0009]作為本實用新型的進一步改進，所述放大反饋電路包括有比較放大器及同相比例放大器，所述比較放大器的正反饋端與所述數模轉換模塊連接，所述同相比例放大器的正反饋端與所述模數轉換模塊連接，其中，所述同相比例放大器的輸出端分別連接於所述比較放大器的負反饋端及所述同相比例放大器的負反饋端。
[0010]作為本實用新型的進一步改進，所述數模轉換模塊的有效解析度為12位，且其轉換速率最快為125K/秒。
[0011]作為本實用新型的進一步改進，所述控制器還包括電源切換模塊，所述電源切換模塊的電源輸出端與所述LED光源連接。[0012]作為本實用新型的進一步改進，所述控制器還包括串口通信模塊，所述串口通信模塊與所述微處理器模塊連接。
[0013]作為本實用新型的進一步改進，所述控制器還包括記憶晶片模塊，所述記憶晶片模塊的數據採集控制端與所述微處理器模塊連接。
[0014]作為本實用新型的進一步改進，所述記憶晶片模塊採用Flash存儲模塊。
[0015]作為本實用新型的進一步改進，所述採樣電阻採用高功率的金屬膜電阻。
[0016]作為本實用新型的進一步改進，所述功率驅動模塊採用N溝道MOS管，通過所述功率驅動模塊的驅動電流最大為2A。
[0017]與現有技術相比，本實用新型的用於視覺成像LED光源的控制器具有解析度高且驅動電流大的優點，其使用簡單，穩定可靠，最終輸出的驅動電流可達1.5A，在整個電流輸出範圍內線性可調，精度可達0.5mA。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的用於視覺成像LED光源的控制器的電路模塊示意圖；
[0019]圖2為圖1中具體地電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下將結合附圖所示的【具體實施方式】對本實用新型進行詳細描述。但這些實施方式並不限制本實用新型，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本實用新型的保護範圍內。
[0021]請參圖1所示，為本實用新型的用於視覺成像LED光源的控制器的電路模塊示意圖，具體地，該控制器包括:微處理器模塊1、數模轉換模塊(D/A) 2、模數轉換模塊(A/D)
3、放大反饋電路5、功率驅動模塊6、採樣電阻7以及LED光源8。其中，微處理器模塊I分別與數模轉換模塊2及模數轉換模塊3連接，特別地，數模轉換模塊2及模數轉換模塊3與放大反饋電路5、功率驅動模塊6和採樣電阻7依次連接，採樣電阻7還與放大反饋電路5連接，形成反饋電路。
[0022]在本實用新型的一實施方式中，LED光源8與功率驅動模塊6連接，該控制器還包括電源切換模塊9，電源切換模塊9的電源輸出端與LED光源8連接，該電源切換模塊9包括有+24V、+12V、+5V的切換電源端。特別地，本實用新型的控制器還包括串口通信模塊4及記憶晶片模塊10，該串口通信模塊4和記憶晶片模塊10分別與微處理器模塊I連接。詳細地，記憶晶片模塊10的數據採集控制端與微處理器模塊I連接，其中，記憶晶片模塊10採用Flash存儲模塊。Flash存儲叫做快閃記憶體，其具有掉電不丟失數據信息的功能。在本實用新型中，該Flash存儲模塊的功能主要是為滿足不同工藝參數設置不同的電流參數，以便下次開機啟動後不需再重新設定或者再次搜索LED光源8亮度值而設計的參數保存功能，只需用戶在使用中給微處理器模塊I發送參數記憶命令，則控制器下次開機時，會自動點亮LED光源8上一次所需的亮度。
[0023]具體地，在本實用新型的控制電路中，該控制器還包括串口通信模塊4，串口通信模塊4與微處理器模塊I連接。微處理器控制模塊的主要功能是用於接收來自串口通信模塊4的控制指令，並判斷指令類型和功能。當需要設定電流時，微處理器模塊I通過SPI接口與高精度數模轉換模塊2進行數據交換，控制數模轉換模塊2輸出對應的控制電壓。特別地，數模轉換模塊2的有效解析度為12位，且其轉換速率可達125K/秒。
[0024]數模轉換模塊2的輸出電壓直接送至放大反饋電路5的比較輸入端，與來自採樣電阻7端放大後的電壓進行比較，放大反饋電路5輸出直接控制功率驅動模塊6的柵極，其中，功率驅動模塊6採用N溝道MOS管，通過該功率驅動模塊6的驅動電流最大可達2A。
[0025]如圖2所示，電路中採樣電阻7具體地為圖中R15和R16，在本實用新型的一實施方式中，R15、R16為並聯的兩個2歐姆6瓦的反饋電阻。電路中採用電阻的作用是將電流轉換成電壓值進行間接測量。詳細地，在設定電流的過程中，微處理器模塊I會採集該電壓值，具體地方法是通過模數轉換模塊3，其中，微處理器模塊I與模數轉換模塊3的控制和數據交換通道也是SPI接口。電壓值通過模數轉換模塊3進行轉換後，送入微處理器模塊I中，微處理器計算出當前電流與設定的電流是否一致，若有偏差，再重新調整模數轉換模塊3的輸出電壓設定值，並再次計算電流值，如此反覆直至電流值在允許偏差範圍內。整個過程就是一個PID調節過程。特別地，在本實施方式中，採樣電阻7採用高功率的金屬膜電阻。
[0026]圖1電路圖中，串口通信模塊4的功能是作為電路中微處理器模塊I與計算機通信的橋梁，用於傳送計算機發送給光源控制器的控制指令，以及傳送微處理器模塊I返回給計算機的電流參數值。具體的直流有系統初始化命令、電流設定命令、電流查詢命令、參數記憶命令等。另外，微處理器模塊I在執行完相應操作後還會返回指令執行是否成功。
[0027]請再次參照圖2，為放大反饋電路5控制功率驅動模塊6實現電流調節的具體電路結構。圖中，GND是電源地；Q1 為功率驅動模塊6，具體為N溝道MOS功率驅動模塊6 ；U12A是比較放大器；U12B是同相比例放大器，該U12B同阻值分別為20K、10K的R11、R13組成一個放大倍數為3的放大電路；R14是阻值為51K的平衡電阻；R12是200歐姆的限流電阻；C40是電源濾波電容；D1、D2、Dn為若干個並聯的LED光源8。
[0028]具體地，放大反饋電路5包括有比較放大器及同相比例放大器，該比較放大器的正反饋端與數模轉換模塊2連接，該同相比例放大器的正反饋端與模數轉換模塊3連接，其中，同相比例放大器的輸出端分別連接於比較放大器的負反饋端及同相比例放大器的負反饋端。從圖中可以分析看出，流經LED光源8的電流與流經採樣電阻7的電流幾乎是相等，因此，只要得出採樣電阻7兩端的電壓值就可以計算出當前的控制電流，設採樣電阻7端的電壓值為Uf，驅動電流為I，則可根據公式:
[0029]Uf=I[(R15+R16)/R15R16]
[0030]Uf即為U12B的正反饋端的輸入電壓，因此可以得到U12B的輸出端的電壓U，依據公式為:
[0031]U= (l+Rll/R13)Uf=3Uf
[0032]其中，U12B的輸出端電壓即為比較放大器U12A的負反饋端的輸入電壓。由於整個放大反饋電路與Ql構成了一個閉環反饋電路，僅需U12A的正反饋端輸入一個電壓值，最終負反饋端的電壓值與之相等，因此電壓U即為U12A正反饋端電壓。由於正反饋端的電壓為數模轉換模塊2的輸出電壓，因此要設定LED光源8的電流值轉換成設定數模轉換模塊2的輸出電壓值，即為31。
[0033]在本實用新型中，由於D/A的輸出範圍是(T5V，A/D的輸入範圍是0-2.5V，且採用的是12為解析度的D/A模塊，理論上LED光源8的驅動電流可達1.67A，電流精度可達
0.4mA，但在實際使用中，PCB印製線盒連接導線都有阻值，並且考慮到PCB布線效果和D/A模塊本身的轉換誤差，實際最大電流為1.5A，精度在0.5mA。
[0034]需要說明的是，在本實施方式中，電路中採用高功率電阻，以保證通過大電流時不會發熱損壞；同時電阻需採用金屬膜電阻，以保證電流的精度穩定。電路中C24是22微法的濾波電容，並且必須與Ql的柵極相連接，可以起到平滑電流的作用。電源切換模塊9是用以滿足不同電壓規格的LED光源8所設計。一般的LED光源8有5V、12V、24V三種規格，根據需要將電源切換至對應規格即可。而傳統的光源控制器採取24V通用的做法，但若接5V或12V光源在長時間大電流工作環境下，反而很容易導致光源控制器損壞，本實用新型很好的解決了該問題。
[0035]應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0036]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施方式的具體說明，它們並非用以限制本實用新型的保護範圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於視覺成像LED光源的控制器，其特徵在於，包括:微處理器模塊、數模轉換模塊、模數轉換模塊、放大反饋電路、功率驅動模塊、採樣電阻以及LED光源， 微處理器模塊，用於與所述數模轉換模塊及所述模數轉換模塊進行數據交換，且控制所述數模轉換模塊輸出對應的控制電壓； 放大反饋電路，用於控制所述功率驅動模塊實現對電流的調節； 採樣電阻，用於將電流轉換成電壓值進行間接測量； 其中，所述LED光源與所述功率驅動模塊連接。
2.根據權利要求1所述的用於視覺成像LED光源的控制器，其特徵在於，所述放大反饋電路包括有比較放大器及同相比例放大器，所述比較放大器的正反饋端與所述數模轉換模塊連接，所述同相比例放大器的正反饋端與所述模數轉換模塊連接，其中，所述同相比例放大器的輸出端分別連接於所述比較放大器的負反饋端及所述同相比例放大器的負反饋端。
3.根據權利要求2所述的用於視覺成像LED光源的控制器，其特徵在於，所述數模轉換模塊的有效解析度為12位，且其轉換速率最快為125K/秒。
4.根據權利要求1所述的用於視覺成像LED光源的控制器，其特徵在於，所述控制器還包括電源切換模塊，所述電源切換模塊的電源輸出端與所述LED光源連接。
5.根據權利要求1所述的用於視覺成像LED光源的控制器，其特徵在於，所述控制器還包括串口通信模塊，所述串口通信模塊與所述微處理器模塊連接。
6.根據權利要求1所述的用於視覺成像LED光源的控制器，其特徵在於，所述控制器還包括記憶晶片模塊，所述記憶晶片模塊的數據採集控制端與所述微處理器模塊連接。
7.根據權利要求6所述的用於視覺成像LED光源的控制器，其特徵在於，所述記憶晶片模塊採用Flash存儲模塊。
8.根據權利要求1所述的用於視覺成像LED光源的控制器，其特徵在於，所述採樣電阻採用高功率的金屬膜電阻。
9.根據權利要求1所述的用於視覺成像LED光源的控制器，其特徵在於，所述功率驅動模塊採用N溝道MOS管，通過所述功率驅動模塊的驅動電流最大為2A。
【文檔編號】H05B37/02GK203523122SQ201320691818
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】趙裕興, 許衛星 申請人:蘇州德龍雷射股份有限公司