基于ARM的數(shù)字化控制系統(tǒng)與激光電源控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　隨著激光行業(yè)的飛速發(fā)展，激光器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工領(lǐng)域，如激光切割、激光打標(biāo)、激光調(diào)阻、激光熱處理等，除此之外還被作為診療設(shè)備應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。激光焊接是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法，是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。

　　基于ARM的數(shù)字化控制系統(tǒng)能夠有效解決激光器的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠性問題，數(shù)字化、智能化是激光器的必然發(fā)展方向。使用ARM對激光電源進(jìn)行功能擴展控制，能有效提高電源的性價比，簡化激光電源的硬件結(jié)構(gòu)，增強整機的自動化程度，為整機的功能擴展提供了有利條件。本文重點針對激光焊接應(yīng)用中的激光電源控制系統(tǒng)進(jìn)行功能擴展設(shè)計，利用ARM控制激光電源的系統(tǒng)設(shè)置，包括開關(guān)控制、激光參數(shù)設(shè)置、光柵控制、光閥控制、溫度控制等，有效地解決了激光器在焊接過程中的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠性問題，同時增設(shè)人機界面（HMI）顯示控制的友好界面，使用起來更加方便。

　1 激光電源的控制功能要求

　　激光焊接目前已涉及航空航天、武器制造、船舶制造、汽車制造、壓力容器制造、民用及醫(yī)用等多個領(lǐng)域，因此激光電源在激光焊接工藝中應(yīng)用時具有其獨特的設(shè)計需求，除了激光發(fā)生器的性能要高外，還要求其具有高效率、高可靠性、工作壽命長等優(yōu)點，實際應(yīng)用中的激光電源產(chǎn)品還需要對其控制系統(tǒng)進(jìn)行功能擴展和優(yōu)化，設(shè)計主要從以下幾個方面進(jìn)行考慮：

　　1.1 顯示和控制

　　傳統(tǒng)激光器的顯示屏多采用點陣液晶顯示，由于液晶顯示屏只能單純作顯示設(shè)備使用，所以系統(tǒng)需要利用鍵盤或按鍵作為輸入設(shè)備，對激光光源的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。這里采用人機界面（即觸摸屏）作為顯示和控制界面，操作更加方便，界面也更加友好。以ARM作為CPU來對系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以對輸出的激光脈沖波形進(jìn)行精確控制，滿足不同工件的焊接要求。

　　1.2 散熱

　　激光電源的許多參數(shù)（如波長、閾值電流、效率和壽命）都與溫度密切相關(guān)，因此希望盡可能低而穩(wěn)定的工作溫度。實驗表明，當(dāng)工作環(huán)境溫度升高時，激光電源的輸出功率將降低，且激光電源外殼每升高30℃，使用壽命將減少一個數(shù)量級。本激光器系統(tǒng)采用水冷的方式進(jìn)行散熱降溫，因此系統(tǒng)要求具有過溫檢測功能。

　　1.3 氣閥和光柵

　　針對激光焊接的實際應(yīng)用，在焊接的過程中要充分考慮到操作人員的人身健康和安全。因此在設(shè)計激光電源控制系統(tǒng)中，還需要綜合考慮其他輔助功能，比如在焊接時高溫會使金屬汽化產(chǎn)生煙霧，同時在焊接過程中激光散射也會對操作人員的眼睛產(chǎn)生影響，因此需增設(shè)氣閥控制和光柵控制功能。