激光电源范文

激光电源范文第1篇

关键词： ARM； 激光电源； 人机界面； 激光焊接

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）20?0159?04

0 引 言

随着激光行业的飞速发展，激光器已广泛应用于工业加工领域，如激光切割、激光打标、激光调阻、激光热处理等，除此之外还被作为诊疗设备应用于医疗领域[1]。激光焊接是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法，是激光材料加工技术应用的重要方面之一。

基于ARM的数字化控制系统能够有效解决激光器的准确、稳定和可靠性问题，数字化、智能化是激光器的必然发展方向。使用ARM对激光电源进行功能扩展控制，能有效提高电源的性价比，简化激光电源的硬件结构，增强整机的自动化程度，为整机的功能扩展提供了有利条件[2?3]。本文重点针对激光焊接应用中的激光电源控制系统进行功能扩展设计，利用ARM控制激光电源的系统设置，包括开关控制、激光参数设置、光栅控制、光阀控制、温度控制等，有效地解决了激光器在焊接过程中的准确、稳定和可靠性问题，同时增设人机界面（HMI）显示控制的友好界面，使用起来更加方便。

1 激光电源的控制功能要求

激光焊接目前已涉及航空航天、武器制造、船舶制造、汽车制造、压力容器制造、民用及医用等多个领域[4]，因此激光电源在激光焊接工艺中应用时具有其独特的设计需求，除了激光发生器的性能要高外，还要求其具有高效率、高可靠性、工作寿命长等优点[5]，实际应用中的激光电源产品还需要对其控制系统进行功能扩展和优化，设计主要从以下几个方面进行考虑：

1.1 显示和控制

传统激光器的显示屏多采用点阵液晶显示，由于液晶显示屏只能单纯作显示设备使用，所以系统需要利用键盘或按键作为输入设备，对激光光源的参数进行设置。这里采用人机界面（即触摸屏）作为显示和控制界面，操作更加方便，界面也更加友好。以ARM作为CPU来对系统进行控制，可以对输出的激光脉冲波形进行精确控制，满足不同工件的焊接要求。

1.2 散热

激光电源的许多参数（如波长、阈值电流、效率和寿命）都与温度密切相关，因此希望尽可能低而稳定的工作温度。实验表明，当工作环境温度升高时，激光电源的输出功率将降低，且激光电源外壳每升高30 ℃，使用寿命将减少一个数量级[6?7]。本激光器系统采用水冷的方式进行散热降温，因此系统要求具有过温检测功能。

1.3 气阀和光栅

针对激光焊接的实际应用，在焊接的过程中要充分考虑到操作人员的人身健康和安全。因此在设计激光电源控制系统中，还需要综合考虑其他辅助功能，比如在焊接时高温会使金属汽化产生烟雾，同时在焊接过程中激光散射也会对操作人员的眼睛产生影响，因此需增设气阀控制和光栅控制功能。

气阀控制的主要功能是，在激光焊接的时候，高温会让金属汽化从而产生烟雾，设置一个空气泵把产生的烟雾吹走，而且焊接结束后，再延时吹5～10 s。为了在激光焊接的过程中保护操作者的眼睛，要求焊接瞬间光栅闭合，避免焊接时散光辐射人眼，因此系统需具有光栅控制功能。

1.4 光斑调节

对光斑的控制有两个要求，一是能够设置光斑的上、下限；二是能够通过人机界面调节光斑的大小，也就是能对光斑的直径进行调节。

1.5 精确激光脉冲控制

IGBT功率控制器作为主开关器件用于控制激光灯的输出脉冲[8?9]。一般的激光电源多采用单段方形的激光脉冲，激光打出的焊点可能会出现溅射、坑洼、穿孔等现象。

激光焊接的基本原理为：

（1）金属表面活化，前期预热，避免加热过快让金属表面溅射；

（2）激光打在金属表面初期，需要较大的功率让金属表面融解；

（3）表层金属融解后，进行深层融解过程中，就不在需要这么大功率，否则会出现很大熔池，这时需要适当降低功率，才能保证金属熔池不继续扩大；

（4）当达到需要的融解深度时，如果直接切断激光，熔池表层硬化闭合可能会出现气孔等现象，这时需要进一步降低激光功率，缓慢淡出激光功率，才可以让熔池中融解的金属回流凝固，保证激光焊点的平整。

2 器件选型和系统硬件组成

2.1 主要器件的选型

（1）CPU选型。系统控制单元的核心是完成控制任务所必须的关键电路，本设计以集成ARM公司高性能“Cortex?M3”内核的STM32F101C8T6为核心来设计激光电源的数字控制系统，发挥其高速、低功耗的功能，可以实现各种复杂控制功能，同时简化激光电源控制部分的硬件结构，增强了自动化程度和功能扩展能力。

（2）人机界面选型。人机界面选用的是型号为FE2070的4线工业电阻触摸屏，用它代替传统的分离式按键控制和液晶显示，用户只要用手指轻轻地触碰显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作，从而使激光电源的人机交互更为直截了当。

2.2 系统硬件组成

系统的控制指令是由CPU发出的，负责系统的显示和各项控制。STM32F101C8T6有3串口：一个连接IGBT控制板，一个连接HMI通信，一个连接PC用于控制系统升级。系统的硬件电路整体结构框图如图1所示。

激光器的开启和预燃使用脚踏开关来实现，激光电源开光栅控制即为一个光栅开关，光栅电源的要求是当开机后，踩下脚踏开关，光栅电源就打开。光栅控制通过光耦输出后，通过一个三极管来控制15 V电源的通断，从而控制光栅的开闭。激光电源中光斑的大小是通过驱动步进电机来实现的，步进电机控制透镜的移动，从而调整激光的焦距，实现光斑调节。硬件电路中，光斑控制通过一个3PIN插座控制步进电机调节光斑直径，为脉冲方向控制，三个PIN分别为GND，方向和脉冲。气阀控制用于控制气阀的开启，报警检测主要用于过温检测。

3 软件实现

系统软件主要分为三个部分：Modbus RTU通信处理程序，负责和HMI的通信；操作流程控制，瞬变脉冲的输出；数字输入和输出量的处理；STM32的内部资源、FLASH容量和SRAM容量都比51单片机要丰富，对于本系统，非常适合用实时操作系统进行软件的编写，所以本系统采用了Keil自带的RTX实时操作系统，共开启了4个进程：Task_init（），Task1_Modbus（），Task2_LaserCTL（）和Task3_IO（）；基本软件流程图如图2所示。

4 调试结果

4.1 人机界面控制调试

图3显示的是系统搭建完成后液晶控制触摸屏上显示调节光斑直径的界面。在该界面上通过增、减调节，在上、下限范围内设置光斑直径的实际值。内部是通过控制步进电机调整透镜位置，调整激光焦距，从而使光斑直径发生改变。

在图3触摸屏界面中，点击“光闸设置”可以进入光闸控制的设置界面，如图4所示，智能光闸控制，ms级时间内的延迟时间可根据需求定制，保证完全遮光，功能稳定，而且操作界面显示和设置都非常友好方便。

设置激光输出参数的界面如图5所示。

共有99组参数设置，可以对15段波形编程，两组参数切换，能满足使用者的各种需求。使用触摸屏控制，人机界面十分友好、操作功能强大，并且可实现用户的远程操作，因为触摸屏可远离激光设备使用。

4.2 脉冲控制调试

针对以上问题，设计的这款激光电源控制器，可以控制每个打出的激光脉冲的功率，并对单个激光脉冲，进行精确分段，每段设置，保证焊点光滑平整。图6是针对某种焊接工件给的激光波形预览。

实际使用中，可以根据焊接工件的要求，设计不同的波形和焊接频率，例如针对金属激光切割，可以设置单段很大电路的激光脉冲和高频率的波形。

4.3 激光焊接结果

理想的激光电源是提高激光供能系统效率的关键[10]，利用本设计实现的激光电源具有很好的焊接效果。图7是焊接成品图示，从细节图中可以看出焊后外观精美，结合度高，效果理想，很好地实现了设计目的。

5 结 语

激光电源的功能扩展控制系统主要针对激光焊接行业设计，具有控制简单、精确度高、稳定性好、符合人机工程学等优点。随着激光焊接行业的蓬勃发展，该系统的成本较低，具有很好的市场优势。

参考文献

[1] 林卫星.激光电源的单片机控制软、硬件设计[J].工业控制计算机，2001，14（8）：56?58.

[2] 史云峰.半导体激光电源智能化控制系统的研究[D].长春：长春理工大学，2009.

[3] 吴政敏，黄维玲，马新敏，等.激光电源中DSP数字控制技术的研究[J].激光杂志，2003，24（3）：22?23.

[4] 王家淳.激光焊接技术的发展与展望[J].激光技术，2000，25（1）：48?53.

[5] 胡闯，韦忠朝，于克训，等.激光电源中央控制系统的通信设计[J].湖北工业大学学报，2012，27（1）：79?83.

[6] 丁友林，蔡舒平，董利科.基于DSP的高精度半导体激光器高精度温度测控系统[J].仪表技术与传感器，2009，23（4）：135?137.

[7] 金银花，许文海，杨明伟，等.改善半导体激光器驱动电源性能的研究[J].光电子技术，2005，25（1）：44?47.

[8] 户立楷，谢震，余文松.IGBT逆变式CO2激光电源的设计研究[J].焊接机，2000，30（9）：29?31.

[9] 刘斌，户骁.IGBT在激光电源中的应用[J].焊接机，2000，30（11）：26?28.

[10] 方毅，徐捷，于鹏.基于ADuC841单片机的激光电源控制电路设计[J].电工电气，2011（5）：17?20.

[11] 吕玉祥，袁阔，张志强，等.小功率高稳定半导体激光电源[J].现代电子技术，2008，31（7）：105?106.

激光电源范文第2篇

关键词：激光器 单片机 电源 控制

中图分类号：TN248.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（b）-0001-01

驱动电源的性能对半导体激光器起到非常大的影响，瞬时电流或者电压突变等许多原因都可破坏激光器。电流、温度的剧烈变化会使输出光功率突变，影响输出的精确、稳定。基于单片机的智能化控制，对于解决半导体激光器工作的准确性、稳定性和可靠性的问题起到了极大改善作用。现介绍一种由单片机控制的激光器电源，该系统具有广大的实际使用前景。

1 系统构造

系统的整体结构见图1。组成模块包括：电源管理模块，控制单元模块、温度控制模块、驱动模块等。因为半导体激光器对驱动电源的特殊要求，电源的设计需非常完善。电源部分由功率驱动路、使能电路、电流负反馈电路、取样放大路、恒流源电路、限流保护电路等组成。控制部分主要包括温度和光功率控制，可使半导体激光器输出更加准确、稳定和可靠。

2 激光电源的设计

2.1 电流源的驱动

电源自身的纹波对输出电流影响非常大，电源电压部分中应使用效果良好的稳压电路和滤波电路，确保电源电压有很低的噪声与干扰纹波和非常高的稳定度，采用恒定电流源电路抑制浪涌电流。监测单元的作用：当工作时电流突变或高压瞬间冲击时做出快速响应，同时将中断请求送给单片机系统，MCU便将输出电流调低至零，这样实现过电流保护的作用。

2.2 光功率反馈控制

设计一个闭环的反馈系统来确保激光器输出光功率的稳定性。在激光器后端面安放一个光电二极管，对输出光功率进行采样，首先将其转换成监测电流，然后通过电流与电压的转换电路将其转成电压信号，调节控制信号的幅值来调整输出电流，最终达到对半导体激光器输出光功率的恒定控制。

2.3 恒定温度控制

半导体激光器对温度非常敏感，温度的升高，阀值电流提升，促使输出光功率降低，波长变大。温度的升高还会造成LD内部产生缺陷，还可导致影响寿命。PN结温度的上升主要原因是因为输入的电能所产生的热消耗，因此需要调控激光器的结温，使输出的光功率和工作波长稳定。

利用温度传感器对半导体激光器的温度值进行采样，获取实际温度值，然后与键盘预先设定的基准温度值比较，同时进入PID算法控制模块，经过算法处理，得到稳定的温度值，最过将稳定的输出数字控制量经过D/A转换，把得到的模拟信号量发送给半导体制冷器，从而达到对半导体激光器的温度自动控制目的。

2.4 显示界面

系统使用LCD12864显示输出频率、输出脉宽、输出脉冲数。在待机时，显示当前系统的频率、脉宽、输出脉冲数值；当系统处于预置状态时，界面显示图标闪烁，如果此时有增加、减少键按下时，将增减相应的数值。

2.5 键盘控制

键盘有五个按键，设置为开始/停止、波形的选择、功率设置、增加、减少。可预置功率、频率、脉宽的值。按键优先级从高至低依次为启动/停止、波形选择、功率设置、增加、减少。通电时，波形选择、功率预置、增加、减少键有效。当增、减按键被连续按下时，增加、减少的速度会自动变快，使系统可以快速的实现要求功能。

2.6 硬件方案设计

系统主要硬件设计有光功率控制和温度控制电路，可以更有效地解决半导体激光器工作的准确、稳定和可靠性问题。硬件结构如图2。光功率和温度采样模拟信号经放大后由A/D转换为数字信号，送入MCU进行运算处理，反馈控制信号经D/A转换后再分别送给激光器电流源电路和温控电路，形成光功率和温度的闭环控制。

3 结语

本文应用AVR单片机对激光电源进行智能化控制，介绍了智能控制系统的硬件结构和工作原理。应用开关电源和微控制器的解决方案，使激光电源具有智能化程度高、体积小、保护完备和使用方便等优点，同具备与电脑或其它智能仪器通信等功能。经过测试，系统性能稳定，完全达到科研机构对激光电源性能指标要求。

参考文献

[1] 方志烈.发光二极管材料与器件的历史、现状和发展[J].物理学和高新技术，2003，32（5）：295-301.

[2] 宋贤杰.高亮度发光二极管及其在照明领域中的应用[J].半导体光电，2002，23（5）：356-360.

[3] 周兴华.手把手教你学AVR单片机C程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[4] 曲学基，王增福，曲敬铠.稳定电源电路设计手册[M].北京：北京电子出版社，1999.

[5] 吕百达.固体激光器件[M].北京：北京邮电大学出版社，2002.

[6] 克希耐尔W.固体激光工程[M].北京：北京科学出版社，2002.

激光电源范文第3篇

亚克力板，功率放大器，自制电源6V，万用线路板，电池盒，1．5V干电池，10mm×10mm硅光电池，红色激光发射头，自制音频调制电路和接收调制电路（主要用到功率放大芯片LM386N－1），喇叭及其支架，直径14mm通体发光光纤，杜邦线，电线，音频线和插口，香蕉插头和香蕉插座，铝盒子，螺丝，螺母。

2制作方法

（1）根据图2中的原理图［2］，在万用线路板上焊接音频调制电路和接收调制电路。（2）用亚克力板制作65cm×40cm的作为演示装置的底板，并用钻孔机在底板上钻孔以固定其他元件．（3）用亚克力板制作16cm×11cm×8cm的5面矩形盒子一个，安放在自制的6V电源上，如图3（a）所示．用亚克力板再制作5cm×4cm×3cm的5面矩形盒两个，分别罩在音频输入和输出插口上以便固定在底板上，如图3（b）所示．（4）利用钻孔机分别在铝盒子上开孔，把红色激光发射头、接收调制电路和硅光电池、功率放大器放进铝盒子里并固定．（5）用亚克力板做底4cm×4cm，高10cm的支架两个，分别固定激光发射头和硅光电池，如图3（b）所示．（6）利用圆柱形支架固定喇叭，如图3（c）所示．（7）用杜邦线、香蕉插座和香蕉插头连接装置，利用螺丝和螺母将各个装置固定在底板上．

3基本原理

基本原理［3］如图4所示．图4实验原理示意图（1）光调制要实现光通信首先要将光进行调制．凡是使光流的振幅、频率、相位3个参量中任何一个参量随外加信号而变化均称为光调制．使光的振幅变化称为调幅或调强．本演示仪主要利用使光波的振幅（光强）随外加变化的光调制来控制发光强度，使发光强度按声音的电信号的频率和振幅发生变化，这种光调制叫做直接光调制．本演示仪中使用的红色激光发射头的工作电压是6V左右，所以在音频信号接入激光头时，必须在之间加一个音频调制电路，这样既保证了激光头能随音频信号的改变而改变发光强度，也保护了激光头的正常使用寿命．（2）光解调实验原理的示意图如图4所示，用一只光电探测器（硅光电池）去接收已被调制的光信号，则能将已调制的光信号还原成声音的电信号，这又叫做解调．如果将这声音的电信号通过音频功率放大器放大，最后在音频放大器的输出端接上喇叭，我们就能听到调制光传播的声音，从而达到光通信的目的．本演示仪中的硅光电池由于光电效应，即光子照射在器件上，使电路产生电流或电导特性发生变化，当硅光电池接收到随时间改变的激光信号，即在输出电压上也表现出同样的变化，但这种变化是微弱的，所以在音频解调电路中加入LM386N－1芯片，实际是一个功率放大器集成电路，主要目的就是稳定并放大硅光电池输出的电压或电流．

4使用方法

（1）演示用光强度调制进行光通信的实验［3］1）开启电源前，把功率放大器的音量和高低音向左旋到最小．2）演示激光通讯时，按照实验原理图，将Mp3播放器插入音频调制电路的输入端并接入6V直流电源，将硅光电池、接收调制电路、4．5V直流电源、喇叭与功率放大器接好．注意接线使之有良好的接触．最后开启功率放大器和调制电路的电源．3）调节红色激光发射头与硅光电池之间的距离和调节发射装置的输入音频与接收功放的音量旋钮，以及发射和接收信号端的位置，使输出端音响有良好的音频输出即可．4）慢慢拉开距离，保证激光发射头对准硅光电池，观察输出端音响发出声音信号的变化．（2）演示光纤通讯模拟实验1）演示光纤通讯时，仿照激光通讯演示，在激光发射头与硅光电池间连接上光纤即可．2）调节发射和接收功率放大器音量旋钮，以及发射和接收信号端的位置，使输出端音响有良好的音频输出即可．

5注意事项

激光通信传输距离比较大，但是由于作为接收激光信号的硅光电池可以接收300～1000nm的光波，并且实际环境光的不断变化，使得激光通讯在周围其他光源的影响下发出滋滋声响，从而影响到播放效果，所以在演示时，要注意周围环境的光不要太过强烈．

激光电源范文第4篇

关键词：半导体激光器；驱动电路；慢启动

中图分类号：TM1 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）04-0045-010引言

随着半导体在通信、测控、医疗、集成光学等技术领域的广泛应用，它越来越受到人们的关注，为其设计一款精度较高、性能可靠、经济、耐用的驱动电源成了我们当前最为紧要的问题，由于半导体激光器“娇贵”的特点，所使用的电源必须要在性能与质量上严格把关。

1半导体激光器转移特性

在一定温度下，当驱动电流低于阈值电流时，激光器输出光功率P近似为零，半导体激光器只能发荧光。驱动电流高于阈值时输出激光，并且光输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加并呈线性关系。在实际应用中必须对激光二极管提出两个要求，一是较低的门限电流，二是稳定的P-I曲线。从原理上来讲，在工作物质一定的情况下，半导体激光器输出的激光频率应当由谐振腔长度和激励源的强度有关，换句话说，半导体激光器的输出频率取决于：PN结的温度和注入电流的大小。另外，由于半导体PN结相当脆弱，稍有电流冲击就会造成损害。所以在具体使用半导体激光器时，我们对其供电电路和调制电路的要求相当严格。

我们用异质结来代替同质结就可以将门限电流降低两个数量级，而对于稳定性问题目前只有通过外加恒温和光反馈等来加以改善。对一般的半导体激光器来说，激光二极管是正向结法，光电二极管是反向结法。受光后转换的光电流在电阻上以电压形式反映出射光功率的大小，添加控制电路就可以达到控制发光功率的目的。

2电路设计

试验中所用激光二极管型号为HT670T5，该管波长为650nm，额定功率为30mW。

2.1 电流源电路线性电源具有精度高、稳定度高但是效率较低的特点，但考虑到半导体激光器对电源精度的苛刻要求，而且我们设计的电源是一种小功率电源，效率低的缺点就显得不是特别重要，所以我们设计方案选择线性电源。

为了实现精度和稳定度的要求，实现抑制纹波和降低噪声的要求。设计了两级调整模块，前一级使用稳压芯片，通过扩流，输送到后一级调整模块。

市电通过电网滤波器进入变压器，降至21V（峰值），经过整流滤波（具体电路省略）后通过由稳压集成块与扩流电路组成的一级调整电路；之后，通过后级的串联—取样—反馈—调整，最后输出。

在具体恒流源电路设计中，负载不是加在它的输出端，而是加在调压器LM317T的输入端。对于实际负载来说，调压器LM317T的输入起恒流源作用。因为调压器输出端接的是虚假负载R1，所以不论实际负载两端电压的真实值是多少，它都消耗一个恒定不变的电流。调压器和虚假负载R1上的电压使电路总允许电压下降。负载电流由R1设定，其值等于1.25A/Ω×R1。

2.2 纹波调零电路为了减小稳流电源的纹波电压，需要为电路增设纹波调零电路，在正常工作中，调节纹波调零电位器可使输出纹波电压非常小。纹波成分通过电容耦合至运放的反相输入端，在具体的纹波调零电路中，它经放大后加至调整管的基极。因此，可达到上述的效果。

2.3 保护电路实际应用中，激光器很容易受到同电路其它电器干扰产生的浪涌电流的伤害，为保护激光器不受到浪涌电流的冲击，我们可以在电路中加入慢启动电路。此外，为更好的保护激光器，我们可选用2SA1015和2SC1815等类型的吸流管，在电压源的制作过程中基本可保护激光器的安全运行。加上电压源中电网滤波器的作用，将电路制作成简单的限流型保护电路。

3实验结果

本文所设计的驱动电源，通过慢启动、纹波调零等电路，在实验室中的应用效果良好，较好的解决了半导体二极管在使用中输出功率不稳定的问题，测量结果如下：

考虑示波器的带宽限制，修正为：

电流源：

电流纹波及噪声：?燮0.1uA

电压源：

纹波：?燮0.01mV

电流纹波及噪声：?燮0.5uA

调整范围：0－500mA

参考文献：

[1]汪礼兵.半导体激光器驱动电源的设计.华侨大学学报（自然科学版），1992，7；322-327

激光电源范文第5篇

【关键词】数字化变电站；技术；研究

1、前言

数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。随着数字化变电站的发展，IEC 61850协议的推广，解决了数字化后设备与设备间的互操作性、互换性的一个统一平台协议。数字技术的可靠性，实时性，经济性正在逐步提高。它改变了传统的变电站综合自动化二次设备的组态模式，现在我们可以运用智能设备，光电电流电压互感器，一次设备在线检测及自诊断等技术，使发展建设完全意义上的数字化变电站已成为可能。

由定义可以看出，数字化变电站三个主要的特征就是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850标准”，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。具体体现如下：

1.1 智能化的一次设备

智能设备首先应具备数字化接口，一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路，采用微处理器和光电技术设计，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程控制器代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。通过过程总线接口给间隔层设备提供电气信息，接受间隔层设备的跳合闸等控制命令；各断路器的智能终端输入开关位置、刀闸位置等状态量，输出跳合闸命令，含操作回路。由此可以看出，智能化设备是机电一体的进一步结合，是实现电气量和非电气量数字化的基础部分。1

1.2 网络化二次设备

网络化的二次设备具有数字化接口，能满足电子式互感器和智能开关的要求，能满足IEC61850通信标准的要求，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现功能装置重复的I/O现场接口，二次电缆也由大量控制电缆改为少量光缆，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装置变成了逻辑的功能模块。因为网络化二次设备的出现，也使得二次保护、监控控制等设备与一次设备可以实现就地安装。

1.3 符合IEC61850标准

IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准。IEC61850作为制定电力系统远动无缝通信系统基础能大幅度改善信息技术和自动化技术的设备数据集成，减少工程量、现场验收、运行、监视、诊断和维护等费用，节约大量时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性，解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。采用该标准还可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用（Plug and Play）的特性，极大的方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用。在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力。

2、数字化变电站的特点

2.1 高性能

①通信网络采用统一的通信规约IEC61850，不需要进行规约转换，加快了通信速度，降低了系统的复杂度和设计、调试和维护的难度，提高了通信系统的性能。

②数字信号通过光缆传输避免了电缆带来的电磁干扰，传输过程中无信号衰减、失真。无L、C滤波网络，不产生谐振过电压。传输和处理过程中不再产生附加误差，提升了保护、计量和测量系统的精度。2

③光电互感器无磁饱和，精度高，暂态特性好。

2.2 高安全性

①光电互感器的应用，避免了油和SF6互感器的渗漏问题，很大程度上减少了运行维护的工作量，不再受渗漏油的困扰，同时提高了安全性。

②光电互感器高低压部分光电隔离，使得电流互感器二次开路、电压互感器二次短路可能危及人身或设备等问题不复存在，大大提高了安全性。

③光缆代替电缆，避免了电缆端子接线松动、发热、开路和短路的危险，提高了变电站整体安全运行水平。

2.3 高可靠性

①设备自检功能强，合并器收不到数据会判断通讯故障或互感器故障而发出告警，既提高了运行的可靠性又减轻了运行人员的工作量。

②采集器的电源由能量线圈或激光电源提供，两者自动切换，互为备用。

2.4 高经济性

①采用光缆代替大量电缆，降低成本。用光缆取代二次电缆，简化了电缆沟、电缆层和电缆防火，保护、自动化调试的工作量减少，减少了运行维护成本。同时，缩短工程周期，减少通道重复建设和投资。

②实现信息共享，兼容性高，便于新增功能和扩展规模，减少变电站投资成本。

③光电互感器采用固体绝缘，无渗漏问题，减少了停运检修成本。

④数字化变电站技术含量高，电缆等耗材节约，具有节能、环保、节约社会资源的多重功效。

2.5 应用中应注意的事项3

①激光发生器不能空载运行，否则易损坏。如激光发生器在工作状态，将数据光缆或能量光缆拔开可造成激光发生器空载而烧坏。今后应考虑加装闭锁或保护功能。

②不得用眼睛观察激光孔或激光光缆，会烧伤眼睛。

③光电互感器工作电源采用激光电源和取能线圈双电源方式，即一次电流10A以上用取能线圈作电源，10A以下用激光电源，异常时否能切换到激光电源，不至使光电互感器停止工作，有待在实际运行中观察。

④巡视时要特别注意：光纤及与二次设备连接的尾纤应可靠连接，防尘帽无破裂、脱落，密封良好。光纤、尾纤自然弯曲，无折痕，弯曲半径不得小于10倍光、尾纤直径，外皮无破损。

3、结束语

数字化变电站的建成投产为电网数字化建设奠定了基础，在变电站发展历程史上具有划时代的意义，是一次变电技术的革命。为社会经济的发展奠定了扎实的基础。

参考文献

[1]高翔.数字化变电站应用展望[J].华东电力,2006年8月

[2]李九虎,郑玉平.电子式互感器在数字化变电站的应用[J].电力系统自动化，2007年4月.

激光电源范文第6篇

【关键词】激光毛化；工控机；电气自动化；控制系统

1 概述

轧辊激光毛化是利用YAG脉冲激光束作用于轧辊表面，在辊面上产生无数一定形貌的毛化点，以提高轧辊表面粗糙度。冷轧生产线现有YAG激光毛化机床一台，主要负责为平整机提供粗糙度Ra在3.2以上的平整机工作辊。

2 系统结构及功能

YAG激光毛化机床系统可分为六个独立子系统，每个子系统实现各自的功能，相互之间又是密切相连的，共同实现激光毛化加工目的和要求。各个子系统分别为激光器系统、机械系统、控制系统、外光路系统、变频制冷系统和气路系统。图1是系统结构框图。

下面介绍各子系统的功能。

2.1机械系统

机械系统主要有床头箱、床身和导轨、尾架部件、轧辊托辊、大溜板纵向移动部件聚焦头横向移动部件等部分构成，主要功能是承载轧辊和激光聚焦头，实现轧辊的旋转和聚焦头的纵向、横向移动。

2.2激光器系统

激光器主要有氪灯、Q声光开关、全反镜、全透镜等构成，声光电源和激光器电源分别为Q开关盒氪灯提供稳定电源。主要功能是提供毛化所需的高能量、高重频脉冲激光束。

2.3外光路系统

外光路系统由扩束镜、45。全反镜A、45。全反镜B和聚焦头组成。主要作用是将激光器输出的高能量激光束传输并聚焦，使激光束照射到轧辊的表面。

2.4变频制冷系统

系统的主要作用是冷却激光器和声光盒，保证激光毛化功率的稳定性和可靠性。

2.5气路系统

提供保护用的氮气，对激光毛化时产生的飞溅物进行吹扫，利用熔坑的形成，对聚焦头起保护作用。

3 电气自动化控制系统

3.1控制系统的硬件

3.1.1主轴和纵向移动控制系统

机床设计转速范围为：50～400转/分，传动比为1：5，进行恒扭矩加工。主轴电机为1PH7133 2NG02 OCA伺服电机，功率20kW，转速2000r/min。在主轴电机上安装增量编码器，用于检测轧辊的位置。纵向交流伺服电机为1FK7083 5AF71 1AA0，功率3.55kW，转速3000rpm。机械用滚珠丝杠（螺距5ram）传动，传动比1：1。

主轴控制和纵向控制采用SIEMENS 611U交流数字式伺服驱动系统，该系统采用模块化安装方式，伺服驱动模块有单轴与双轴两种结构型式，带有PROFIBUS I）P总线接口，主轴与纵向伺服驱动单元共用直流母线与控制总线。根据机床设计，使用西门子公司的SimoCom u软件对主轴驱动器和纵向伺服驱动器进行初始化设置。具体参数见图2和图3。在完成驱动器的设定后，用SimoCom u软件对驱动器的速度环动态特性进行自动调试。

3.1.2聚焦头横向自动控制系统

聚焦头自动跟踪系统由装在聚焦头上的位移传感器、位置调节器、横向伺服驱动器和横向伺服电机构成，它是一个闭环控制系统，位置调节器连接位移传感器，位移传感器检测轧辊的实际位置，从而实现聚焦头自动跟踪。横向控制选择松下A4系列MDDT3530伺服系统，200V供电，交流伺服机：MDMA082P1G。功率O.75kW，转速2000rpm。机械用滚珠丝杠（螺距5ram）传动，传动比1：1。

3.1.3工控机

图4是YAG激光毛化机床控制系统框图。工控机的AT总线上装有一块可控分布接口卡、一块电隔离D/A接口卡。可控分布控制卡接收增量编码器发出的脉冲信号。工控机通过隔离D/A卡控制变频器，变频器驱动主轴电机；通过可控分布控制卡发出控制信号控制声光电源，声光电源发出射频信号控制激光器内的声光盒；通过可控分布控制卡发出一路控制信号控制纵向交流伺服驱动器和纵向伺服电机；通过D/A接口卡控制位置调节器，位置调节器控制横向伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机。

3.2控制系统的软件

控制系统采用可控无规则分布软件，主要完成人机图形界面的显示、毛化参数的读入、存储、插入、删除、修改等任务以及对运行时的参数进行显示等任务。

4 结束语

激光电源范文第7篇

关键词：电子式电流互感器 高压侧电源 供能电路

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0138-01

在目前研究的重点和热点一般是电子式电流互感器的设计方面，电子式电流互感器具有广阔的发展前景.本文所设计的是一种新型的电子式电流互感器，它具有明显的优点，其绝缘结构非常简单，重量较轻，体积较小，灵敏度高，可靠性高，测量范围相对较大大，频带较宽。

在高频开关的电源中，不仅需要检测出开关管和电感等元器件。还要用电流检测方法对互感器、霍尔元件进行检测。电子式电流互感器有频带较宽、能耗较小、价格较便宜、信号还原性较好等许多的优点。在双端变换器中，电子式电流互感器的功率变压器，原为流过的正负对称双极性电流脉冲，它没有直流分量的影响，这然电流互感器可以很好的应用。

1 常用供电方案的分析比较

1.1 激光供能

激光供电系统主要是采用其它光源或者是激光，在低电位侧利用光纤把光能量传到高电位的一侧，再利用光电转换器件把光能量转换成电能量，经过DC-DC再次变换以后提供稳定的电源进行输出。

激光供能是一种新的供电方式，激光供能的优点把能量以光形式通过光纤传到高压侧，让高压和低压电实现了完全隔离，不让其再受电磁场干扰的影响，其稳定可靠，并且安全。但激光供电也有设计难点，如下：第一，受激光输出功率的大小限制，尤其是光电转换效率影响，该方法提供的能量是非常有限的，制作成本也相对较高。第二，激光供电的输出功率和发光波长都会受到温度的影响，一定要采取相应的措施实现对温度的自动控制。

1.2 母线电流取能供电

在母线电流取能供电中为了平衡负载的电阻。供电的都是能量来自高压母线的电流，电能的获取是利用一个套在母线上磁感应线圈来实现的，母线环的周围有大量的磁场，并通过磁场来获取所需的能量，再经过处理，提供给高压的电子线路。

此供能方式有结构较紧凑、体积微小、使用可靠安全、绝缘封装相对简单、供电可靠、成本低的优点，但是这种功能方式的设计难点是母线电流不是一个稳定值，并且变化的范围比较大，所以，磁感应高电压技术线圈必须要有兼顾最大、最小的两种极限条件，后续处理的电路必须要有保护功能，来保障电压的稳定输出。

1.3 电容电流的取能供电

电容电流的取能供电利用的是电容分压器在高压母线环的周围，存在电场中取能供电，供电方式和母线电流供电有相同点。因为，一次电压的相对电流一般是比较稳定的，所以，这种方案的电源输出也是比较稳定的，但是设计该方法与母线电流供电相比困难更大。第一，怎样来保证取能电路与后续工作电路间的电气隔离的问题，这就要求有严格的电磁兼容设计和过电压防护；第二，这种方法的误差来源更多，比如温度及杂散电容等等多种因素都可能影响该方法的使用和安全性能；第三，在采用本方法时得到的功率是非常有限的，虽然可以通过改变电容的大小，来进行调整功率输出，可是过大电容也必将要带来更多问题。

有上述三种供电方案可知，每种方案各有优缺点，从产品的可靠性、结构安全、成本效益出发，用母线取能供电的方法是比较理想的，这个方案是母线取能与储能电池供能相互结合供电方案。

2 无源电子式电流互感器的设计方案

无源电子式互感器和有源电子式互感器的一次电流检测原理都是一样的，都是采用原理进行测量，但是在设计上也做了稍微的改进，其改进内容如下所述。

2.1 线路设计

一般采用的是专门设计的传输模拟小信号屏蔽电缆的有电子回路的连接、传感头的连接这两个方面。而这两个方面的必须要进行在安装上要分离才可以，在传输精度上还可以保证在长距离范围内传输的要求，同时还要在电磁方面上要做到兼容的状态才可行。

2.2 位置设计

原有的采集器供电可靠性相对较差，高压供能元件特别复杂。在进行了采集器的位置设计后，这使采集器在受干扰时错误输出的概率减小。把原来放在高压侧电子采集单元下放到互感器底座低压二次侧。让电子回路运行的环境得到了极大的优化，电源的可靠性得到很好的保证，使工作环境相对优化，EMC的运行维护变得更加方便，更换检修电子单元的时间更短，进而提高了效率。

2.3 电路与元器件的设计

在电子回路本身提高了可靠性。采取像电子采集回路自检测技术，电子采集回路自检测技术包括心跳自检、精度自检等技术，还采用电子采集回路冗余互检技术。另外，还采用了现场安装技术、运行维护和现场试验等各方面都对电子互感器的可靠性产生了很大的影响的。

3 电子式电流互感器光电池的选择

激光器供电发出的能量用光的形式来进行传送，可是要得到所需电能，还必须要用光电转换器件来进行，光电转换器件也就是光电池。它能把入射光能转换为电能。光电池的种类繁多，比如像硒光电池，硅光电池，砷化镓光电池，氧化亚铜光电池等等。但在实际中最常用的是硅光电池，硅光电池的主要技术参数如下。

第一，实际的转换效率可达8%，在相同价位的光电池中转换效率是最高的，所以，可实现产品化和商业化；第二，硅光电池的峰值波长在700～ 900nm之间，正好激光器输出波长为808nm，正好在它的峰值波长中间，这也就是说在激光器输出的波长下光电池基本工作是处于最佳转换状态的；第三，硅光电池的光照强度应用于高压设备测量，这往往要器件对周围环境变化不敏感；第四，硅光电池的输出电压为4.9V，电流为45mA，峰值的功率是250mA；因此，它有很高宽广光谱响应、光照灵敏度和良好线性。第五，硅光电池是非常稳定的，电子式电流互感器的硅光电池实际采光面积一般都是60mm×60mm。

4 电子式电流互感器电源的性能参数

电子式电流互感器电源由光电转换模块和激光输出共同组成，激光输出模块是主要有电流驱动，驱动电流为2.2A电流，可达到驱动电流要求。光纤的出口处光功率是1.6W，在利用光电进行转换后的电功率可达125mW左右。

5 结语

在信息化时代的今天，必须要不断提高电子式电流互感器的质量和可靠性，电子式电流互感器在我们的生活中的应用也越来越广泛，不管在任何地方它都有应用，所以我们要不断地对电子式电流互感器进行深入的研究。

参考文献

[1] 王继元，等.GB1208-2006，电流互感器[S].北京：中国标准出版社，2007.

[2] 高祖绵.互感器原理与设计基础[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2003.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.中国国家标准化管理委员会.GB1208-2006.中国标准书号[S].北京：中国标准出版社，2007.

激光电源范文第8篇

1、地铁站台安装安全保护装置的原因

根据地铁限界设计要求，当列车停靠地铁站站台时，列车与屏蔽门间存在一定的间隙，间隙大小取决于车辆动态包络线及站台设备界限，列车与屏蔽门最小间隙为150毫米，动态包络线最小间隙为138毫米，间隙尺寸可以站立瘦小的乘客，由此导致安全隐患。为了杜绝此类安全事故的发生，可在车站屏蔽门与列车车门之间安全保护装置，便于司机在开动列车前检测屏蔽门与列车门之间是否有人或者物体，以提高行车安全。

2、安全保护装置的选择

为避免列车启动时车门和屏蔽门有人或物安全事故的发生，各地铁公司制定了屏蔽门每档单元门的滑动门轨道侧安装防攀爬斜板、列车尾端的屏蔽门端门立柱上安装瞭望光带、屏蔽门单元门的每个滑动门轨道侧加装橡皮条、屏蔽门单元门轨道侧加装安全档板、列车与屏蔽门之间安装红外探测、列车与屏蔽门之间安装红外激光探测等方案，对屏蔽门站台间隙各种安全设施方案的经济性、适用性和可靠性进行比较，对于直线站台列车与屏蔽门之间安装红外激光探测保护装置为最佳方案。

3、红外激光探测保护装置原理

通过红外激光探测保护装置的发光器向受光器发送红外激光光线来检测列车与屏蔽门之间是否存在人或物，当列车与屏蔽门间无人或物时，受光器全部收到发光器的红外激光光线，控制器绿色指示灯亮，列车可以启动运行。当列车与屏蔽门间有人或物时，由于人或物遮挡了发光器发送的红外激光，受光器不能全部收到发光器的红外激光光线，控制器红色报警指示灯报警，提醒司机或站台工作人员列车与屏蔽门间有人或物，需清除后才能开启列车，如红外激光探测保护装置信息与屏蔽门采取联锁运行方式，控制器报警指示灯报警且列车不能开启。

控制器

整机工作示意图

发光器装有N路（可调）红外激光器，发出N束红外激光光线，如受光器接收到全部N束红外激光光线后，表示光幕通光，否则为光幕遮光。

受光器向控制器输出光幕通光或者遮光信号，控制器根据受光器传输过来的光幕通光或者遮光信号，以指示灯的形式将光幕通遮光状态告知列车驾驶员。

红外激光探测保护装置装有“触发启动，延时关闭”的延时装置：屏蔽门关闭时向控制器发出动作信号，整机开始工作；屏蔽门完全关闭时，控制器内的延时装置开始计时（根据列车在车站的停车时间调整），至延时时间结束，整机关闭。

控制器电路布局图

红外激光探测保护装置采用AC220V照明电源作为供电电源，经D-30A开关电源将AC220V转换为DC5V和DC12V。同时通过一个电源开关（钥匙开关）控制AC220V电源是否接入电路。

鉴于特殊情况有取消红外激光探测保护装置防护功能的需要，控制器面板上设置有功能开关，可选择“启动保护”和“取消保护”功能，同时设置有黄色警示灯告知用户整机功能状态。当选择“启动保护”时，功能开关接通DC5V和DC12V到主板；选择“取消保护”时，断开DC5V和DC12V电路，同时接通黄色警示灯使其发光以警示用户。

当屏蔽门关闭时，通过两组继电器为延时电路提供一个触发信号，延时电路开始工作，为控制器、发光器和受光器提供5V、12V电压。延时时间到达后，OUT5V、OUT12V电压被关断。其延时时间可通过调节控制器内部延时电路的旋钮进行调节，范围为t1s～t2s。延时电路采用MOS管集成电路实现，可靠性高，且无使用寿命限制。

控制器接收到光幕部分传输过来的通遮光信号，经信号处理环节产生一组触发信号，经光耦隔离，通过晶体管开关电路控制红色报警灯和绿色指示灯工作。

光幕部分设置有红光激光器准直系统，通过控制器电路板上的开关S1控制其是否工作，方便发光器和受光器的对光调节，S1置于位置时，开启准直系统，S1置于位置时，关闭准直系统。

控制器电路板上设置有开关K2，可以人工启用或者取消触发启动延时停机的功能。K2置于位置时，开启延时，K2置于位置时，关闭延时系统，光电保护装置一直处于工作状态。

电路板上设置有L1（绿色）、L2（红色）、L3（黄色）三个指示灯，用以辅助用户判断机器运行状态。其中绿色指示灯在光幕通光时亮，红色指示灯在光幕遮光时灯亮，黄色指示灯在控制器故障时亮。

红外激光保护装置的组成

红外激光保护装置主要由以下部分组成

1、发光器和受光器

发光器：是发光单元的组合，其发光器装有N路红外激光器。作用是发射红外激光信号，与受光器形成保护光幕；同时，发光器安装了红光准直系统，用于确定受光器的位置。

受光器：是受光单元的组合。作用是处理来自发光器的红外激光信号，与发光器配合形成保护光幕，并将光幕的通断状态信号通过传输线传送到控制器。

2、控制器

控制器是光电保护装置的控制单元和信息处理中心，为整套装置提供电源。

3、传输线

传输线采用低烟无卤电缆，用于传输发光器、受光器和控制器之间的信号。

4、电源信号线

电源信号线采用低烟无卤电缆，为光电保护装置提供电源。

5、触发信号线（线长订制）

控制信号线采用两芯带屏蔽层低烟无卤电缆，用于实现光电保护装置与屏蔽门联锁运行。（红外激光探测保护装置信息与屏蔽门联锁运行时才连接）

参考文献

1、《压力机用光线式安全装置技术条件》GB4584-2007

2、《机械安全.电敏防护设备.第2部分:活动的电子视力保护设备的特殊要求》IEC61496

3、《激光产品的安全》GB7247-2001

4、《激光与红外》期刊

5、《红外线》期刊

激光电源范文第9篇

【关键词】轴承激光打标；PLC系统控制；自动检测

全自动轴承激光打标机，是根据我县轴承产业需求研制的，我县是轴承大县，轴承产量大，长期以来，轴承型号打标，全部靠人工在激光打标机上手动激光打标来完成，工作量大，任务繁重，生产成本高，而且质量很不稳定。随着轴承产业的不断发展，产量越来越大，传统的打标已经远远不能满足生产的需求，而且随着外贸业务的不断增多，对打标的质量要求越来越高，鉴于这种实际发展情况，本中心受轴承企业委托设计开发轴承型号打标全自动化生产的生产设备，在新设备的设计上采用机械、电子以及光电检测等技术溶为一体的自动化设备，实现了机、电、光的一体化。在设计的过程中，技术上坚持高功能、高效率、高可靠性，操作上面向实用，力求操作简单，具有生产自动化产品快、好、精、稳的特点。

1.设备总体结构设计及工作原理

1.1设备主要技术指标

加工轴承外圈直径范围：Φ10mm―Φ100mm

实现轴承型号打标的自动化连续生产，每次装夹一个轴承外圈，装夹采用气动控制，电器采用PLC控制，激光打标速度100个/分，主轴转速600―2000转，连续工作16小时以上，环境温度0～40°，电源220V50Hz，功率≤800W。

1.2总体结构

设备包括5个部分：自动上料系统、自动夹紧系统、自动激光打标系统、自动下料系统和自动检测系统，结构框图如图（1）。

图1设备结构框架图

1.3工作原理

设备系统以PLC控制系统为核心，控制上料、装夹、激光打标、下料和检测，各系统以光电传感器的光电信号为反馈信号，通过计算机的运算处理，按照工艺顺序步骤布置，首先驱动自动上料系统，将零件送到位，同时驱动装夹系统的夹紧气缸动作，夹紧零件送到激光头下的打标位置，然后感应器驱动激光打标系统工作，进行激光打标加工，同时完成光电检测装置的检测动作，随后激光打标系统、装夹装置复位，自动下料系统的推料杆动作，完成零件自动下料，并计数。这样设备完成了一次激光打标加工。设备各执行机构自动连续运行，如此重复上述动作，进而完成自动上料、装夹、激光打标、下料等动作，同时相应的控制面板上数码显示出报警提示等信息。

2. PLC系统控制[1]

2.1硬件设计

硬件设计力求电路简单，功能强，主机采用现有的三菱FX1S-PLC控制系统，主机有30点（16I/14O） 数字量输入、输出点，全部采用数字量输入、数字量输出的控制，主机采用220V市电供电，内置8K步的EEPROM存储器，内无电池，维护方便，主机由可输出2路100KHz脉冲，直接驱动伺服或步进电机，可通过安装BD板来扩展少量I/O，通过安装1N系列BD板，可实现RS232通讯等，都符合设备的设计要求，且经济实惠、性能良好，硬件系统结构框图。

2.2软件设计

本系统全部程序固化在三菱FX1S-PLC芯片中，其中包括系统控制程序和一些系统调试程序，全部程序采用模块化设计，便于安装调试和今后的维护。

2.2.1主程序

主程序主要完成设备系统初始化设置，系统采用触摸屏平台操作管理（包括启动、暂停、报警、计数），用于显示工作状态，报警提示等功能，程序框图。

2.2.2 设备定时暂停控制程序

本系统使用PLC系统的定时器/计数器，进行定时暂停，定时时间是可变的，通过控制各电机的动作以及检测系统，一些报警信号的设置等。

3.关键技术

3.1自动上料系统的结构设计

要实现设备的自动化加工，首先要实现轴承零件的自动上料，自动上料系统是设备系统的关键技术之一。研制自动上料装置的过程中，我们设计了二套上料方案，经过试制优化，最后形成的自动上料装置主要包括震动上料兜、斜向进料道、顶料杆、气缸等四部分组成，零件通过震动装置，从震动上料兜的料道滚入斜向进料道，零件从斜向进料道内的滑动斜面自动滚入到出料口，感应器触发气缸运动，气缸推动顶料杆推动零件掉入托料架的V架上，实现零件的自动上料。

3.2自动夹持系统的结构设计[3]

轴承外圈为内外圆弧面，因本道工序为轴承外圈径向钻注油孔加工，因此自动夹持装置我们采用内圆弧面点接触定位，通过自动夹持装置的动、静两个夹头进行端面夹紧，其零件的中心高由托料架的V形架来进行定位。自动夹持装置包括动、静两个夹头、夹持杆、滑杆、感应器；静夹头设置在主轴座上，动夹头安装在气缸上由气缸驱动直线移动，零件夹紧时动静夹头的圆柱台阶轴凸台伸入轴承外圈内孔定位，在夹持杆的配合下，在滑杆上平稳的向静夹头方向运动，当夹持杆嵌入静夹头内，静夹头的圆柱台阶轴凸台端面夹紧零件，激光打标完成后，夹持杆在滑杆内套装弹簧的作用下，复位到原始位置。

这种装夹方式，夹紧过程平稳、匀速，且采用圆形凸台内撑，使得夹紧的变形小，减少了加工过程中的零件变形。

3.3自动激光打标系统的设计[2]

自动激光打标系统的设计成为了设备系统能过顺利实施加工的关键技术之一。因此本道工序利用激光进行轴承型号打标是设备的关键点，自动激光打标系统由电源系统、激光器、冷却系统、光学扫描系统、Q开关、聚焦系统等组成。交流电源分别给计算机、Q开关电源、冷却循环泵、激光电源、He-Ne激光器等供电。半反镜、YAG聚光腔、全反镜组成了谐振腔产生激光，经过Q开关的调制后形成一定频率峰值功率很高的脉冲激光，经过光学扫描、聚焦后到达工作台表面。通过进给驱动机自动调整激光打标系统的上下位置，以适应不同的零件位置，使零件的表面处于激光的聚焦平面上，计算机通过专用的打标控制软件输入需要标刻的文字及图样。对激光加工进行参数设定。

3.4自动下料装置的结构设计

自动下料装置包括设置出料道、顶料气缸，轴承外圈加工完成后，夹紧机构在弹簧的作用下自动复位，夹紧气缸复位松开零件，零件落入出料道上，推料气缸推动零件直线移动，通过出料道进入零件周转箱内，实现零件的自动下料。

4.全自动轴承激光打标机生产试验

经过不断的试验、改进、完善，将全自动轴承激光打标机交付厂家使用后，加工效率得到了明显的体现，是现有传统打标的5倍以上，有效地提高了生产效率，极大地降低了劳动强度，相应地降低了加工成本。现就全自动轴承激光打标机与传统的手动激光打标在生产实践中实际使用效果进行了比较，结果如表1所示。

表1 全自动轴承外圈径向打孔机与传统钻孔工艺试验结果对比表

产量（件） 产品合格率 动强度 量稳定性 对工人技能要求

动激光打标机 2000件 100% 低 高 低

工钻孔 500件 50% 高 低 高

全自动轴承激光打标机，通过自主开发的全自动激光打标设备，编制了计算机控制程序，实现了轴承激光打标的在线全自动打标，创新设计的PLC控制激光打标系统，实现了上料、装夹、打标、下料的流水线自动化操作，提高了打标的效率、精度和质量（要用数据比较），设计了动静夹头凸台轴向对配和夹持杆移动跟随夹特的装夹装置，保证零件装夹的平稳准确性，减少了装夹变形，大大降低了产品的报废率，随着轴承市场的不断加大，设备的市场应用前景巨大，而且设备已形成了相关的知识产权，已向国家申请了相关专利。

参考文献：

[1]王兆明. 电气控制与PLC技术.北京.清华大学出版社.2010.

[2]刘其斌. 激光加工技术及其应用. 2007.

[3]孟宪源. 现代机构手册. 北京.机械工业出版社.1994.

[4]闻邦椿. 机械设计手册（第5版）第1卷.北京. 机械工业出版社.2010.

作者简介：

激光电源范文第10篇

【关键词】起跳板 激光对射式光电开关 STC单片机 声光报警

1 跳远起跳时的越线检测

跳远的起跳时到底有没有越线违规，通常会在起跳板靠沙坑一侧的助跑道上安装一块显示板。这种显示板通常采用橡皮泥，石灰粉以及沙子做成长1.21～1.22米，宽10厘米的一个平整平面。若在跳远比赛的过程中运动员因起跳时越线将会在显示板上留下脚印痕迹，裁判员则通过这痕迹判断此次跳远有无违规，若违规则运动员的此次成绩取消。要想重新进行下一轮的比赛裁判员就要将显示板恢复平整。这种越线检测方法对于出现违规时裁判员恢复显示板相对繁琐且费时。

跳远的起跳板越线电子检测器将很好的解决这一弊端。它通过在起跳板的前沿装上一副激光对射式光电开关用于检测运动员有无越线，电子检测器内置电路中的MCU将实时的判断激光对射式光电开关有没有被运动员起跳时越线遮挡，如果出现越线遮挡则MCU通过通过控制蜂鸣器发出声音报警的同时控制LED灯进行闪烁提醒。要想重新下一轮的比赛只需按下电子检测器中的复位按键。

2 跳远起跳越线电子检测器的硬件主要组成

电子检测器主要由电源电路、MCU和复位按键电路、越线检测电路、声光报警电路及其外壳等组成。

2.1 电子检测器的电源电路

电子检测器的工作电压为DC5V，工作电流约为150mA。由于跳远运动是一项户外运动，若采用持续电源将会受到很大的限制；所以电子检测器只能采用电池供电较为方便。但由于电子检测器的工作电流较大，采用普通电池则有效工作时间短。现在移动电源受到越来越多人使用，它具有容量大、可循环充电且输出电压5V的特点。电子检测器将留有一个USB接口用于连接移动电源作为电子检测器的供电电路。

2.2 电子检测器的MCU电路及复位按键电路

电子检测器的电路如图1所示。电子检测器中的MCU采用的是由STC公司生产的STC15F104E单片机，选择这款单片机主要是由于：

（1）STC15F104E单片机可通过串口下载程序；

（2）STC15F104E单片机I/O引脚较少（检测器中用到的输入输出设备也较少）；

（3）STC15F104E单片机自带有内部时钟电路，不需外接时钟电路只需接上电源就可正常工作；

鉴于上述3个原因选择了STC公司的STC15F104E单片机。电子检测器的复位按键电路接于单片机的P3.4的I/O端口上。

2.3 电子检测器的越线检测电路

电子检测器中的越线检测电路如图2所示，主要由一对激光对射式光电开关组成。因为在跳远起跳板前沿做越线检测的光电开关必须具有检测光束集中、检测距离较远这两个特点，所以电子检测器采用了NPN激光对射式光电开关作为起跳板前端的越线检测。激光对射式光电开关具有光束遮断输出电压信号的工作特点，意思是当发射端发射出的光束与接收端接收到光束时OUT端为高电平，当它们中间的光束因不透明物体遮挡住（即接收端接收不到光束）时OUT端则输出低电平。电子检测器将激光对射式光电开关接在单片机的P3.4的I/O端口上。

2.4 电子检测器的声光报警电路

电子检测器中的声光报警电路如图3所示。声音报警采用的是5V的有源蜂鸣器，该蜂鸣器的正常工作电流较大能达到20mA左右；由于单片机的I/O端口的驱动负载能力较差，所以通过一个PNP三极管S8550的开关作用来驱动，接在单片机的P3.3的I/O端口上。电子检测器中的光报警采用的是LED灯，无报警时LED灯点亮，报警时LED灯闪烁。检测器中的LED灯单片机的P3.2的I/O端口上。

3 跳远起跳越线电子检测器的软件设计

电子检测器的软件主要采用C语言编写，主要由1毫秒延时子函数、声光报警子函数以及主函数组成。

4 结束语

跳远越线电子检测器与橡皮泥显示板相比较而言，用电子检测器具有使用方便、可靠性强、准确高效等优点，是一种有效而实用的自动控制仪器。跳远越线电子检测器在学校学生运动会时进行了试验，证明该检测器方便性及可靠性，减轻裁判人员的劳动强度的同时且操作更加简便。相信这种检测器将在跳远体育运动广泛推广。

参考文献

[1]刘水平，杨寿智（主编）.传感器与检测技术应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[2]李朝青（主编）.单片机原理及接口电路[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[3]崔宝发，刘国安（主编）.跳远违例检测器的原理与应用[J].北京农业职业学院学报，2012.

[4]黄根春，陈小桥，张望先（主编）.电子设计教程[M].北京：电子工业出版社，2007.

作者单位