基于比较器电路设计的激光切割机电路结构的制作方法

本发明涉及金属材料生产技术等领域，具体的说，是基于比较器电路设计的激光切割机电路结构。

背景技术：

金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的上述特质都跟金属晶体内含有自由电子有关。在自然界中，绝大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、铂、银、铋以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。金属之间的连结是金属键，因此随意更换位置都可再重新建立连结，这也是金属延展性良好的原因。金属元素在化合物中通常只显正价。相对原子质量较大的被称为重金属。

由于金属的电子倾向脱离，因此具有良好的导电性，且金属元素在化合物中通常带正价电，但当温度越高时，因为受到了原子核的热震荡阻碍，电阻将会变大。金属分子之间的连结是金属键，因此随意更换位置都可再重新建立连结，这也是金属伸展性良好的原因。

在自然界中，绝大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、银、铂、铋以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物，其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。

属于金属的物质有金、银、铜、铁、锰、锌等。在一大气压及25摄氏度的常温下，除汞(液态)外，其他金属都是固体。大部分的纯金属是银白(灰)色，只有少数不是，如金为黄赤色，铜为紫红色。金属大多带“钅”旁。

通常将具有正的温度电阻系数的物质定义为金属。使用的含112中种元素的元素周期表中，金属元素共90种。位于“硼-砹分界线”的左下方，在s区、p区、d区、f区等5个区域都有金属元素，过渡元素全部是金属元素。

在固态金属导体内，有很多可移动的自由电子。虽然这些电子并不束缚於任何特定原子，但都束缚於金属的晶格内；甚至于在没有外电场作用下，因为热能，这些电子仍旧会随机地移动。但是，在导体内，平均净电流是零。挑选导线内部任意截面，在任意时间间隔内，从截面一边移到另一边的电子数目，等于反方向移过截面的数目。

金属制造(金属工艺)，是一种把金属物料加工成为物品、零件、组件的工艺技术，包括了桥梁、轮船等的大型零件，乃至引擎、珠宝、腕表的细微组件。它被广泛应用在科学、工业、艺术品、手工艺等不同的领域。

金属材料的成型加工按其特点分为冷加工(机械加工、冷轧、冷锻、冲压等)和热加工(铸造、热扎、锻造、焊接、热处理等)。

按工艺分：

1、变形加工：

(1)塑性成型加工：

塑性(成型)加工是指高温加热下利用模具使金属在应力下塑性变形。

(2)固体成型加工：

固体成型加工：是指所使用的原料是一些在常温条件下可以进行造型的金属条、片以及其他固体形态。加工成本投入可以相对低廉一些。

(3)压力加工：

利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为压力加工。

压力加工的基本方式：锻造、板料冲压、轧制、挤压、拉拔。

(4)粉末冶金：

粉末冶金一种可以加工黑色金属元件也可以加工有色金属元件的工艺，包括将合金粉末混合以及将混合物，压入模具两项基本工序。金属颗粒经过高温加热烧结成型。这种工艺不需要机器加工，原材料利用率可以达到97％。不同的金属粉末可以用于填充模具的不同部分。

2、切削加工：

制造尺寸、形状、位置精度要求较高，表面粗糙度较细的零件，通常采用切削加工方法。

金属切削机床就是利用刀具对金属毛坯进行切削加工的设备，通常简称为机床。

3、磨削加工：

利用磨料去除材料的加工方法，通常按工具类型进行分类，可分为使用固定磨粒加工及使用自由磨粒加工两大类。

通常所说磨削主要指用砂轮或砂带进行去除材料加工的工艺方法，它是应用广泛的高效精密的终加工方法。

4、焊接，是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接过程的实质是用加热或加压力等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，是分离的金属材料牢固地连接起来，分熔化焊、压力焊、钎焊三大类。

5、表面处理：

热处理是在一定的条件下，给金属一定的加热与冷却，使金属获得一定的机械性能或化学性能的工艺方法。金属零件进行热处理的主要目的是：

提高硬度、强度及增加耐磨性；

降低硬度，便于机械加工；

消除加工过程中所引起的内应力；

提高表面耐磨、耐蚀性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于比较器电路设计的激光切割机电路结构，利用比较器芯片所搭建的比较器能够快速稳定的对由霍尔传感器所检测的激光设备的反馈电压与第二处理器电路所提供的基准电压进行比较，而后输送至第一处理器IC1内以备进行第一处理器IC1的管理控制；整个电路具有设计简单，使用方便，安全稳定等特点。

本发明通过下述技术方案实现：基于比较器电路设计的激光切割机电路结构，设置有相互连接的第一处理器电路和第二处理器电路及分别给第一处理器电路和第二处理器电路供电的电源电路，所述电源电路包括分别与第一处理器电路和第二处理器电路相连接的谐振开关电源系统，在所述谐振开关电源系统上还连接有交流供电系统；在第一处理器电路内设置有第一处理器IC1、传感器电路、继电器电路、IGBT、激光设备及比较器，传感器电路连接第一处理器IC1，第一处理器IC1连接继电器电路，激光设备分别与IGBT和比较器相连接，IGBT连接第一处理器IC1，第一处理器IC1与比较器相连接，比较器和第一处理器IC1皆与第二处理器电路相连接；谐振开关电源系统连接第一处理器IC1；在所述比较器内设置有比较器芯片IC5、供电电路、电阻R2、电阻R1、电容C1、电容C2及稳压管D1，所述交流供电系统连接供电电路的输入端，供电电路供电连接比较器芯片IC5的8脚，比较器芯片IC5的2脚与第二处理器电路相连接，比较器芯片IC5的3脚通过电阻R2连接有霍尔传感器，且霍尔传感器设置在激光设备上；霍尔传感器和电阻R2的共接端通过相互并联的电阻R1和电容C1接地，比较器芯片IC5的3脚还通过相互并联的电容C2和稳压管D1接地；第一处理器IC1主要功能包括高频时钟的分频、模拟开关的选通控制、编码器脉冲的检测、外部反馈及数据的传输等。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述供电电路内设置有桥式整流堆IC3、π型RC电源滤波器及三端稳压器IC4，桥式整流堆IC3的交流端与交流供电系统相连接，桥式整流堆IC3的直流端连接π型RC电源滤波器的输入端，π型RC电源滤波器的输出端连接三端稳压器IC4的输入端，三端稳压器IC4的输出端与比较器芯片IC5的8脚和4脚相连接。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：在所述第二处理器电路内设置有第二处理器IC2、液晶显示器、DA调理电路、PWM输入检测电路及时钟电路，所述第一处理器IC1连接第二处理器IC2，DA调理电路分别连接比较器芯片IC5的2脚和第二处理器IC2，第二处理器IC2分别与液晶显示器、PWM输入检测电路及时钟电路相连接。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：在所述第二处理器电路内还设置有与第二处理器IC2相连接的外部存储器，所述外部存储器包括SD卡和随机存储器，且随机存储器为动态随机存储器或/和动态随机存储器。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：还包括与所述第二处理器IC2相连接的上位机。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述第二处理器IC2采用的处理器芯片为STM32F3系列单片机。

进一步的为更好地实现本发明，当出现温度过高或切割位置偏移灯影响产成品质量的情况时，能够及时的进行提醒，特别设置成下述结构：在所述第一处理器电路内还设置有报警电路和反馈电路，所述报警电路和反馈电路皆与第一处理器IC1相连接。

进一步的为更好地实现本发明，能够实时的对激光设备的工作温度信息进行采集，并及时反应激光设备与工件之间的距离，特别采用下述设置结构：所述传感器电路内设置有分别与第一处理器IC1相连接的温度传感器和距离传感器。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述第一处理器IC1采用的处理器芯片为Spartan-7FPGA系列；所述比较器芯片IC5采用LM393。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述第二处理器IC2采用的处理器芯片为STM32F3系列单片机；所述桥式整流堆IC3采用贴片整流桥MBL6S，所述三端稳压器IC4采用LM78系列三端稳压器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明利用比较器芯片所搭建的比较器能够快速稳定的对由霍尔传感器所检测的激光设备的反馈电压与第二处理器电路所提供的基准电压进行比较，而后输送至第一处理器IC1内以备进行第一处理器IC1的管理控制；整个电路具有设计简单，使用方便，安全稳定等特点。

本发明利用现有成熟的ARM及FPGA技术而设计，采用两级核心处理电路设计的激光切割机，应用最简单的硬件配置实现激光切割机的智能化，整个结构具有体积小、操作简单、功能强等特点。

本发明有效的利用现有成熟技术的FPGA及ARM来进行整个激光切割机的核心管理功能，从而达到智能化、自动化的对激光切割机结构操作的目的。

本发明所述的外部存储器能够进一步的通过第二处理器IC2的处理性能，并有效保障整个激光切割机的工作稳定度，避免由于性能原因而影响整个激光切割机的工作。

附图说明

图1为本发明所述比较器工作原理电路图。

图2为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

值得注意的是，在本发明的实际应用中，不可避免的会应用到软件程序，但申请人在此声明，该技术方案在具体实施时所应用的软件程序皆为现有技术，在本申请中，不涉及到软件程序的更改及保护，只是对为实现发明目的而设计的硬件架构的保护。

实施例1：

基于比较器电路设计的激光切割机电路结构，利用比较器芯片所搭建的比较器能够快速稳定的对由霍尔传感器所检测的激光设备的反馈电压与第二处理器电路所提供的基准电压进行比较，而后输送至第一处理器IC1内以备进行第一处理器IC1的管理控制；整个电路具有设计简单，使用方便，安全稳定等特点，如图1、图2所示，特别采用下述设置结构：设置有相互连接的第一处理器电路和第二处理器电路及分别给第一处理器电路和第二处理器电路供电的电源电路，所述电源电路包括分别与第一处理器电路和第二处理器电路相连接的谐振开关电源系统，在所述谐振开关电源系统上还连接有交流供电系统；在第一处理器电路内设置有第一处理器IC1、传感器电路、继电器电路、IGBT、激光设备及比较器，传感器电路连接第一处理器IC1，第一处理器IC1连接继电器电路，激光设备分别与IGBT和比较器相连接，IGBT连接第一处理器IC1，第一处理器IC1与比较器相连接，比较器和第一处理器IC1皆与第二处理器电路相连接；谐振开关电源系统连接第一处理器IC1；在所述比较器内设置有比较器芯片IC5、供电电路、电阻R2、电阻R1、电容C1、电容C2及稳压管D1，所述交流供电系统连接供电电路的输入端，供电电路供电连接比较器芯片IC5的8脚，比较器芯片IC5的2脚与第二处理器电路相连接，比较器芯片IC5的3脚通过电阻R2连接有霍尔传感器，且霍尔传感器设置在激光设备上；霍尔传感器和电阻R2的共接端通过相互并联的电阻R1和电容C1接地，比较器芯片IC5的3脚还通过相互并联的电容C2和稳压管D1接地；第一处理器IC1主要功能包括高频时钟的分频、模拟开关的选通控制、编码器脉冲的检测、外部反馈及数据的传输等；利用现有成熟的ARM及FPGA技术而设计，采用两级核心处理电路设计的激光切割机，应用最简单的硬件配置实现激光切割机的智能化，整个结构具有体积小、操作简单、功能强等特点。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1、图2所示，特别采用下述设置结构：所述供电电路内设置有桥式整流堆IC3、π型RC电源滤波器及三端稳压器IC4，桥式整流堆IC3的交流端与交流供电系统相连接，桥式整流堆IC3的直流端连接π型RC电源滤波器的输入端，π型RC电源滤波器的输出端连接三端稳压器IC4的输入端，三端稳压器IC4的输出端与比较器芯片IC5的8脚和4脚相连接。

实施例3：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1、图2所示，特别采用下述设置结构：在所述第二处理器电路内设置有第二处理器IC2、液晶显示器、DA调理电路、PWM输入检测电路及时钟电路，所述第一处理器IC1连接第二处理器IC2，DA调理电路分别连接比较器芯片IC5的2脚和第二处理器IC2，第二处理器IC2分别与液晶显示器、PWM输入检测电路及时钟电路相连接。

实施例4：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1、图2所示，特别采用下述设置结构：在所述第二处理器电路内还设置有与第二处理器IC2相连接的外部存储器，所述外部存储器包括SD卡和随机存储器，且随机存储器为动态随机存储器或/和动态随机存储器。

实施例5：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1、图2所示，特别采用下述设置结构：还包括与所述第二处理器IC2相连接的上位机，上位机能够用于对激光切割机进行后台管控或远程管控。

实施例6：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，如图1、图2所示，特别采用下述设置结构：所述第二处理器IC2采用的处理器芯片为STM32F3系列单片机。

实施例7：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，当出现温度过高或切割位置偏移灯影响产成品质量的情况时，能够及时的进行提醒，如图1、图2所示，特别设置成下述结构：在所述第一处理器电路内还设置有报警电路和反馈电路，所述报警电路和反馈电路皆与第一处理器IC1相连接。

实施例8：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，能够实时的对激光设备的工作温度信息进行采集，并及时反应激光设备与工件之间的距离，如图1、图2所示，特别采用下述设置结构：所述传感器电路内设置有分别与第一处理器IC1相连接的温度传感器和距离传感器。

实施例9：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述第一处理器IC1采用的处理器芯片为Spartan-7FPGA系列；所述比较器芯片IC5采用LM393。

Spartan-7FPGA系列器件采用小型封装并提供业界最高的性能功耗比，可满足最苛刻的要求；采用28nm技术构建，是工业、消费类应用以及汽车应用的理想选择，其中包括任意连接、传感器融合以及嵌入式视觉等应用；速度比45nm器件系列快30％；达到1.25Gb/s LVDS；高度灵活的软内存控制器支持每秒25.6Gb的峰值DDR3-800内存带宽；1.0V内核电压或0.95V内核电压选项；总功耗比45nm器件系列低50％；优选采用XC7S6。

LM393LM393是双电压比较器集成电路；输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受Vcc端电压值的限制。此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。

该电路的特点如下：

工作温度范围:0℃--+70℃；

SVHC(高度关注物质):No SVHC(18-Jun-2010)；

工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源：±1～±18V；

消耗电流小，ICC＝0.8mA；

输入失调电压小，VIO＝±2mV；

共模输入电压范围宽，VIC＝0～VCC-1.5V；

输出与TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；

输出可以用开路集电极连接“或”门；

表面安装器件:表面安装。

实施例10：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述第二处理器IC2采用的处理器芯片为STM32F3系列单片机；所述桥式整流堆IC3采用贴片整流桥MBL6S，所述三端稳压器IC4采用LM78系列三端稳压器。

STM32F3系列单片机具有运行于72MHz的32位ARM Cortex-M4内核(带有FPU和DSP指令)并集成多种模拟外设，从而降低应用成本并简化应用设计，它包括：超快速比较器(25ns)；具有可编程增益的运算放大器；12位DAC；超快速12位ADC，单通道每秒5M次采样(每秒五百万次采样)，交替模式下可达到每秒18M次采样；精确的16位sigma-delta ADC(21通道)；内核耦合存储器SRAM(程序加速器)是提高时间关键程序性能所专用的存储器架构，可将性能提升43％；144MHz高级16位脉宽调制定时器(分辨率<7ns)，用于控制应用；高分辨率定时器(217ps)，对供电和温度漂移可自补偿；灵活的互连矩阵可在外设之间自主式通信，节省了CPU资源和功耗；优选的采用STM32F301。

通过第二处理器IC2向第一处理器IC1发送指令，按照指令依次打开继电器电路内的主继电器和浪涌继电器，并实现对激光设备的开启操作，当设定符合加工要求的参数以后，第二处理器IC2发送脉宽和频率数据到第一处理器IC1，确定打开和关闭IGBT的时间。当第二处理器IC2向第一处理器IC1发送发光指令操作的时候，第一处理器IC1依据脉宽和频率执行打开和关闭IGBT，从而实现对激光设备的打开和关闭操作。

液晶显示器，可直观清楚地显示出各种设定的参数以及实时工作状态中的出光次数、激光设备工作时间等。优选的液晶显示器采用迪文320×240的全双工异步串口的液晶屏。同时，为了能更好的监测激光设备工作的时间，保证激光设备的工作安全，反映系统出现的故障，在外部加入报警电路和时钟电路。

电源电路采用的是谐振开关技术的电路结构，可以实现电流过零时刻的关断，能够有效地减少开关损耗，从而提高了转换效率。在设计时电源电路与控制系统电路的接口增加隔离措施(谐振开关电源系统)，以防止电源主电路对控制电路的干扰而造成控制电路失控现象的发生。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上；

IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见；

IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

脉冲宽度调制,PWM(Pulse Width Modulation),是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

脉冲宽度调制是一种模拟控制方脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振波开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。