【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水导激光控制，尤其涉及一种水导激光水-光-气协同异构控制板卡及控制方法。
技术介绍
1、目前，水导激光加工技术利用激光在微孔水射流中耦合，并作用于工件表面实现加工，水射流可提供冷却，具有热影响区小、切割效率高、切口宽度窄、平行度好、精度高、表面轮廓尺寸误差小等一些列优点，水导激光技术在超硬材料加工领域关注度日益增高。在水导激光加工过程中涉及激光光束控制、高压水射流控制、保护气控制（水-光-气控制）。上述控制的最终目的是根据不同的加工工艺参数需求，精确调整水射流的大小和保证水束稳定性、改变保护气体的类型和压力，最终，精准地实现水和激光的同轴耦合，提高水导激光加工的精度和效率。
2、专利号2023115498199公开了一种水导激光装置及水导激光加工方法，装置包括：控制模块、水导激光发射模块以及工件放置加工平台；水导激光发射模块面向工件放置加工平台的一面设有视觉模组，视觉模组用于在水导激光加工过程中，采集工件放置加工平台上工件的二维图像，并将二维图像传输至控制模块；工件放置加工平台设有惯性传感设备，惯性传感设备用于在水导激光加工过程中，采集工件的旋转空间信息，并将旋转空间信息传输至控制模块；控制模块用于基于二维图像和旋转空间信息，构建三维实况模型，基于三维实况模型和预设的标准模型，对水导激光发射模块和工件放置加工平台进行位置调节。上述装置能够有效提高水导激光加工的精确度。
3、专利号cn2023118004627公开了一种多波长光纤输出直接半导体激光器，属于激光器
半导体激光器，包括水冷
4、然而，以上专利中的水导激光所采用的高压水路、激光、保护气控制系统是相互独立的，尤其是高压水路控制常采用plc方案，需要多个独立控制器来实现水-光-气的控制，导致高压水-光-气控制系统独立性高，协同控制效率低，各部分控制器太过分散，无法对若干种保护气体进行混合、切换和精确比例调节。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种水导激光水-光-气协同异构控制板卡及控制方法，通过集成化设计和统一的控制板卡架构，消除独立控制单元间的信号延迟和干扰，实现水射流、激光和保护气体在时序和动态响应上的精准协同；同时支持多种保护气体类型的选择及压力精确调节与实时监测；通过异构控制板卡（fpga+arm），整合激光、水路和保护气体的控制模块，以规划软硬件数据通讯，并降低控制板卡的功耗和复杂度，还提升控制板卡的数据处理和响应速度。
2、本专利技术利用下述技术方案：
3、一种水导激光水-光-气协同异构控制板卡，包括主控器、ddr存储器、adc/dac转换模块、水路控制模块、保护气路控制模块、光路控制模块和激光器控制模块；其中，
4、主控器，用于对控制板卡中水路控制模块、保护气路控制模块、光路控制模块和激光器控制模块分别连接的外部设备按照水路-光路和激光器-保护气路的控制顺序进行逻辑调度、通信传输和信号解码；外部设备包括外接传感器和上位机；
5、ddr存储器，用于缓存不同类型数据和控制信号，提供稳定的存储支持，以提升控制板卡实时响应能力；不同类型数据包括图像处理数据、激光器参数、激光器温度、实时激光功率、水射流压力和水射流流量；
6、adc/dac转换模块，用于将水路控制模块、保护气路控制模块和激光器控制模块采集的外接传感器数据进行采样并转换为数字信号，并将数字信号转换为控制信号进行输出；外接传感器包括水路传感器、气路传感器和光路传感器；
7、水路控制模块，用于采集水路传感器数据，监测水射流的压力和温度，并动态调节水射流的压力；
8、保护气路控制模块，用于采集气路传感器数据，监测及调节保护气体的压力和流量，对不同保护气体进行选择、混合和切换；
9、光路控制模块，用于采集工业相机数据，对工业相机视野和激光位置进行调整，并对激光光斑和相机焦距进行调节；
10、激光器控制模块，用于采集光学传感器数据，监测并控制激光器的功率、脉宽和频率；
11、主控器通过信号线路分别连接ddr存储器、adc/dac转换模块、水路控制模块、保护气路控制模块、光路控制模块和激光器控制模块；ddr存储器通过信号线路连接adc/dac转换模块；adc/dac转换模块通过信号线路分别连接水路控制模块、保护气路控制模块、光路控制模块和激光器控制模块。
12、优选的，主控器包括fpga单元和arm单元；fpga单元与arm单元之间通过高速总线axi进行数据交互、数据处理、实时控制和多任务管理；arm单元用于协调控制板卡中各功能模块的运行、处理逻辑控制任务和实现外部设备通信；功能模块包括ddr存储器、adc/dac转换模块、水路控制模块、保护气路控制模块、光路控制模块和激光器控制模块；fpga单元用于数据流及信号处理。
13、优选的，adc/dac转换模块包括adc单元和dac单元；adc单元用于对水路控制模块、保护气路控制模块和激光器控制模块采集的外接传感器数据进行高速采样，dac单元用于实现控制信号的高精度输出；水路传感器包括液体压力传感器、液体流量传感器和温度传感器；气路传感器包括气体压力传感器和气体流量传感器；光路传感器包括光学传感器和激光功率计。
14、优选的，水路控制模块包括水路传感器接口、调节接口和电磁阀控制接口；水路传感器接口通过信号线路连接水路传感器；调节接口和电磁阀控制接口通过信号线路连接叶片泵的增压模块和电磁阀。
15、优选的，保护气路控制模块包括气路传感器接口、压力控制接口和气体控制接口；气路传感器接口通过信号线路连接气路传感器；压力控制接口通过信号线路连接压力调节器；气体控制接口连接若干个电磁阀控制若干路保护气体的切换、混合和选择。
16、优选的，光路控制模块包括相机接口、摆镜控制接口和调焦控制接口；相机接口通过数据线路连接工业相机；摆镜控制接口通过信号线路连接二维摆镜片的控制电机；调焦控制接口通过信号线路连接调焦结构。
17、优选的，激光器控制模块包括激光器控制接口和光路传感器接口；激光器控制接口通过信号线路连接激光器；光路传感器接口通过信号线路连接光路传感器。
18、优选的，协同异构控制板卡还包括调试接口、通讯接口、故障检测接口和电源管理与保护集成芯片；其中，
19、调试接口，用于通过jtag或uart对控制板卡进行开发、监控和故障排查；
20、通讯接口，用于通过usb、can和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：包括主控器（1）、DDR存储器（2）、ADC/DAC转换模块（3）、水路控制模块（4）、保护气路控制模块（5）、光路控制模块（6）和激光器控制模块（7）；其中，
2.根据权利要求1所述的水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：所述主控器（1）包括FPGA单元（S11）和ARM单元（S12）；FPGA单元（S11）与ARM单元（S12）之间通过高速总线AXI进行数据交互、数据处理、实时控制和多任务管理；ARM单元（S12）用于协调控制板卡中各功能模块的运行、处理逻辑控制任务和实现外部设备通信；功能模块包括DDR存储器（2）、ADC/DAC转换模块（3）、水路控制模块（4）、保护气路控制模块（5）、光路控制模块（6）和激光器控制模块（7）；FPGA单元（S11）用于数据流及信号处理。
3.根据权利要求1所述的水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：所述ADC/DAC转换模块（3）包括ADC单元和DAC单元；ADC单元用于对水路控制模块（4）、保护气路控制模块（5）和激光器控制模块（7）采集
4.根据权利要求1所述的水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：所述水路控制模块（4）包括水路传感器接口（S41）、调节接口（S42）和电磁阀控制接口（S43）；水路传感器接口（S41）通过信号线路连接水路传感器；调节接口（S42）和电磁阀控制接口（S43）通过信号线路连接叶片泵的增压模块和电磁阀；
5.根据权利要求1所述的水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：所述光路控制模块（6）包括相机接口（S61）、摆镜控制接口（S62）和调焦控制接口（S63）；相机接口（S61）通过数据线路连接工业相机；摆镜控制接口（S62）通过信号线路连接二维摆镜片的控制电机；调焦控制接口（S63）通过信号线路连接调焦结构。
6.根据权利要求1所述的水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：所述激光器控制模块（7）包括激光器控制接口（S71）和光路传感器接口（S72）；激光器控制接口（S71）通过信号线路连接激光器；光路传感器接口（S72）通过信号线路连接光路传感器。
7.根据权利要求1所述的水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：所述协同异构控制板卡还包括调试接口（8）、通讯接口（9）、故障检测接口（10）和电源管理与保护集成芯片（11）；其中，
8.一种水导激光水-光-气协同异构控制方法，应用于权利要求1至7任意一项所述的控制板卡，其特征在于：包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的水导激光水-光-气协同异构控制方法，其特征在于：所述协同异构控制方法还包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的水导激光水-光-气协同异构控制方法，其特征在于：所述协同异构控制方法还包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：包括主控器（1）、ddr存储器（2）、adc/dac转换模块（3）、水路控制模块（4）、保护气路控制模块（5）、光路控制模块（6）和激光器控制模块（7）；其中，
2.根据权利要求1所述的水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：所述主控器（1）包括fpga单元（s11）和arm单元（s12）；fpga单元（s11）与arm单元（s12）之间通过高速总线axi进行数据交互、数据处理、实时控制和多任务管理；arm单元（s12）用于协调控制板卡中各功能模块的运行、处理逻辑控制任务和实现外部设备通信；功能模块包括ddr存储器（2）、adc/dac转换模块（3）、水路控制模块（4）、保护气路控制模块（5）、光路控制模块（6）和激光器控制模块（7）；fpga单元（s11）用于数据流及信号处理。
3.根据权利要求1所述的水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：所述adc/dac转换模块（3）包括adc单元和dac单元；adc单元用于对水路控制模块（4）、保护气路控制模块（5）和激光器控制模块（7）采集的外接传感器数据进行高速采样，dac单元用于实现控制信号的高精度输出；水路传感器包括液体压力传感器、液体流量传感器和温度传感器；气路传感器包括气体压力传感器和气体流量传感器；光路传感器包括光学传感器和激光功率计。
4.根据权利要求1所述的水导激光水-光-气协同异构控制板卡，其特征在于：所述水路控制模块（4）包括水路传感器接口（s41）、调节接口...
【专利技术属性】
技术研发人员：关尽欢，王孟建，程战涛，江浩庆，赵向南，仝宇，邢金龙，崔海鹏，
申请(专利权)人：河南省科学院激光制造研究所，
类型：发明
国别省市：
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