3kW射频板条CO2激光器功率控制及其稳定性研究

摘要

射频板条CO2激光器由于其紧凑的构造与布局、良好的调制特性、高质量的输出光束以及经久耐用等优点，作为目前激光切割、焊接的主力光源。射频电源的功率控制是其关键技术之一。论文以DSP微处理器TMS320LF2407为核心设计了脉宽调制器，利用转折镜调节方法补偿了激光器整形系统的光路偏移，使得激光器输出最佳光束模式。论文主要内容如下。
　　(1)合理布局激光器功率控制系统，包含DSP选型、硬件电路、软件设计、人机界面四个方面。采用DSP微处理器TMS320LF2407设计了调制电路，通过控制相应的PWM控制信号的占空比来控制输出光功率。
　　(2)研究了DSP与PLC、触摸屏之间的串口通讯，尤其是激光器的工作模式的串口通讯，设计了DSP串口通讯主程序；分析了脉宽调制器常见的PWM信号的参数需求并完成了程序设计，满足不同的激光加工需求。
　　(3)设计了人机界面，对激光器控制系统的激光电源、功率、温度、报警、气压等参数进行显示、控制、通讯等，实现触摸屏、脉宽调制器、PLC之间的通讯，可以实时地对激光器的各个状态进行监测控制，操作人员可根据实际需求改变相关参数，从而完成对光功率的反馈调节与监测。
　　(4)研究了光束整形系统的外光路自适应调节，通过压电陶瓷微位移驱动的余量调节补偿激光器运行过程中的光路偏移问题，使得激光器的输出功率恢复到正常值，保证了最佳的光束模式输出，满足激光加工行业对于高精度、高稳定、高质量激光光束日益增长的需要。
　　论文设计的脉宽调制器用于课题组研制的3kW射频板条CO2激光器中，增强了硬件系统的抗干扰性，加快了响应速度，并能实时地对激光器的各个参数进行监测、控制与调节，具有一定的实用价值。

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1 绪论

1.1 射频板条CO2激光器应用及发展

1.2 射频板条CO2激光器的功率控制技术

1.3 PWM调制特性整体要求

1.4 本课题的目的、意义和研究内容

2 激光功率控制系统

2.1 激光功率控制系统整体布局

2.2 DSP外围电路

2.3 数字信号输入/输出电路

2.4 模拟信号采样电路

2.5 抗干扰措施

2.6 本章小结

3 功率控制系统软件设计

3.1 CCS3.3开发平台

3.2 串口通信程序设计

3.3 PWM输出模块软件设计

4 人机界面设计

4.1 人机界面功能菜单

4.2 人机界面触摸屏选型

4.3 人机界面各个菜单布局

5 外光路自适应调节系统

5.1 光束整形系统

5.2 光束整形系统外光路失调

5.3 自适应调节系统

5.4 测试实验

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录一 攻读学位期间发表的论文

附录二 攻读学位期间所做的工作