光路指向閉環(huán)控制裝置及其控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了光路指向閉環(huán)控制裝置，包括計(jì)算機(jī)處理器，點(diǎn)探測(cè)器、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器將光路指向性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)處理器，計(jì)算機(jī)處理器將判斷數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳輸線(xiàn)傳輸給近點(diǎn)控制器、遠(yuǎn)點(diǎn)控制器，所述近點(diǎn)控制器通過(guò)控制近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)實(shí)現(xiàn)近點(diǎn)反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)；遠(yuǎn)點(diǎn)控制器通過(guò)控制遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)、遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，響應(yīng)速度快，擁有良好擴(kuò)展性，閉環(huán)調(diào)節(jié)可以有效降低染料激光振蕩器輸出光束漂移導(dǎo)致的激光長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中光束發(fā)生的漂移，將漂移量降低到8個(gè)微弧度之內(nèi)。壓電慣性馬達(dá)控制精度高、可靠性好、動(dòng)作響應(yīng)快。
【專(zhuān)利說(shuō)明】光路指向閉環(huán)控制裝置及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光光路的控制裝置，具體涉及一種光路指向閉環(huán)控制裝置及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，凝結(jié)大量研究成果的裝備走出實(shí)驗(yàn)室、進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，例如遠(yuǎn)程高能激光輸送系統(tǒng)，空間光通信、高精度激光加工設(shè)備以及測(cè)量設(shè)備。然而，使用環(huán)境中各種動(dòng)態(tài)干擾的影響，如環(huán)境溫度變化、大氣湍流、灰塵煙霧、以及由各種原因引起的機(jī)械振動(dòng)都會(huì)不同程度地影響光學(xué)系統(tǒng)的性能，光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)用化進(jìn)程受到極大的阻礙。因此，急需一種穩(wěn)定的、高精度的、可調(diào)節(jié)的光路指向控制閉環(huán)系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題而提出，其目的是提供光路指向閉環(huán)控制裝置及其控制方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種光路指向閉環(huán)控制裝置，包括計(jì)算機(jī)處理器，點(diǎn)探測(cè)器、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器將光路指向性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)處理器，計(jì)算機(jī)處理器將判斷數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳輸線(xiàn)傳輸給近點(diǎn)控制器、遠(yuǎn)點(diǎn)控制器，所述近點(diǎn)控制器通過(guò)控制近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)實(shí)現(xiàn)近點(diǎn)反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)；遠(yuǎn)點(diǎn)控制器通過(guò)控制遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)、遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0005]所述的近點(diǎn)反射鏡和遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡均以45°角傾斜設(shè)置。
[0006]一種應(yīng)用上述光路指向閉環(huán)控制裝置的閉環(huán)控制方法，包括以下步驟:
(i)向探測(cè)器發(fā)出地址(Si)
每隔一定時(shí)間間隔，向近點(diǎn)探測(cè)器、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器發(fā)出采集信號(hào)，收集光路位置信號(hào)、能量信號(hào);
(ii)探測(cè)器給出數(shù)值計(jì)算(s2)
近點(diǎn)探測(cè)器、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)處理器中；
(iii)判斷相應(yīng)坐標(biāo)及能量(s3)
根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)及能量參數(shù)與近點(diǎn)探測(cè)器、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器實(shí)際采集的參數(shù)進(jìn)行比照，當(dāng)坐標(biāo)及能量都符合閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，視為正常，等待下次采集數(shù)據(jù)；當(dāng)坐標(biāo)超出閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)入步驟(iv)，當(dāng)能量達(dá)到報(bào)警值時(shí)，視為異常，閉環(huán)斷開(kāi)；當(dāng)坐標(biāo)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，視為異常，閉環(huán)斷開(kāi)；
(iv)算法計(jì)算(s4)
利用計(jì)算機(jī)處理器中的單片機(jī)，處理并計(jì)算近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)、遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)和遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)所需位移量；
(V )向控制器發(fā)出信號(hào)(S5)
將處理計(jì)算后的數(shù)據(jù)向近點(diǎn)控制器、遠(yuǎn)點(diǎn)控制器發(fā)出信號(hào)，指定近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)、遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)和遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)進(jìn)行相應(yīng)幅度的調(diào)節(jié)；
(Vi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)(S6)
近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)、遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)和遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)驅(qū)動(dòng)近點(diǎn)反射鏡、遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡完成主光路激光的閉環(huán)調(diào)整。
[0007]本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，響應(yīng)速度快，擁有良好擴(kuò)展性，閉環(huán)調(diào)節(jié)可以有效降低染料激光振蕩器輸出光束漂移導(dǎo)致的激光長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中光束發(fā)生的漂移，將漂移量降低到8個(gè)微弧度之內(nèi)。壓電慣性馬達(dá)控制精度高、可靠性好、動(dòng)作響應(yīng)快。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的控制流程圖。
[0009]其中:
I近點(diǎn)探測(cè)器2遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器
3計(jì)算機(jī)處理器4 USB傳輸線(xiàn)
5近點(diǎn)控制器6遠(yuǎn)點(diǎn)控制器
7近點(diǎn)反射鏡8遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡
9近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá) 10近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá) 11遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá) 12遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá) 13主光路激光。

【具體實(shí)施方式】
[0010]以下，參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
如圖1所示，一種光路指向閉環(huán)控制裝置，包括計(jì)算機(jī)處理器3，近點(diǎn)探測(cè)器1、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器2將光路指向性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)處理器3，計(jì)算機(jī)處理器3將判斷數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳輸線(xiàn)4傳輸給近點(diǎn)控制器5、遠(yuǎn)點(diǎn)控制器6，所述近點(diǎn)控制器5通過(guò)控制近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)
9、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)10實(shí)現(xiàn)近點(diǎn)反射鏡7轉(zhuǎn)動(dòng)；遠(yuǎn)點(diǎn)控制器6通過(guò)控制遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)11、遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)12實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡8轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011]所述的近點(diǎn)反射鏡7和遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡8均以45°角傾斜設(shè)置。
[0012]一種應(yīng)用上述光路指向閉環(huán)控制裝置的閉環(huán)控制方法，包括以下步驟:
(i)向探測(cè)器發(fā)出地址(Si)
每隔一定時(shí)間間隔，向近點(diǎn)探測(cè)器1、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器2發(fā)出采集信號(hào)，收集光路位置信號(hào)、能量信號(hào)；
(ii)探測(cè)器給出數(shù)值計(jì)算(s2)
近點(diǎn)探測(cè)器1、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器2將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)處理器3中；
(iii)判斷相應(yīng)坐標(biāo)及能量(s3)
根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)及能量參數(shù)與近點(diǎn)探測(cè)器1、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器2實(shí)際采集的參數(shù)進(jìn)行比照，當(dāng)坐標(biāo)及能量都符合閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，視為正常，等待下次采集數(shù)據(jù)；當(dāng)坐標(biāo)超出閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)入步驟(iv)，當(dāng)能量達(dá)到報(bào)警值時(shí)，視為異常，閉環(huán)斷開(kāi)；當(dāng)坐標(biāo)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，視為異常，閉環(huán)斷開(kāi)； (iv)算法計(jì)算(s4)
利用計(jì)算機(jī)處理器3中的單片機(jī)，處理并計(jì)算近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)9、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)
10、遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)11和遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)12所需位移量；
(V )向控制器發(fā)出信號(hào)(S5)
將處理計(jì)算后的數(shù)據(jù)向近點(diǎn)控制器5、遠(yuǎn)點(diǎn)控制器6發(fā)出信號(hào)，指定近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)9、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)10、遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)11和遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)12進(jìn)行相應(yīng)幅度的調(diào)節(jié);
(vi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)(S6)
近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)9、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)10、遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)11和遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)12驅(qū)動(dòng)近點(diǎn)反射鏡7、遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡8完成主光路激光13的閉環(huán)調(diào)整。
[0013]步驟(iii)中的閉環(huán)判斷邏輯為，默認(rèn)閉環(huán)良好半徑Rl是光點(diǎn)坐標(biāo)良好半徑范圍，閉環(huán)調(diào)節(jié)范圍半徑是表示光點(diǎn)坐標(biāo)允許的最大半徑范圍，調(diào)節(jié)距離比值可以確定近點(diǎn)探測(cè)器1、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器2半徑的設(shè)置參數(shù)，例如近點(diǎn)探測(cè)器I的半徑設(shè)置為Rl=100um,R2=3000um，調(diào)節(jié)距離比值為2，那么遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器2半徑就確定了 Rl=2000 um,R2=6000 um。可手動(dòng)輸入調(diào)節(jié)半徑Rl與R2，坐標(biāo)點(diǎn)處于Rl內(nèi)無(wú)需自動(dòng)調(diào)節(jié)，默認(rèn)閉環(huán)情況良好，坐標(biāo)點(diǎn)處于Rl與R2之間時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)使坐標(biāo)點(diǎn)處于Rl內(nèi)，坐標(biāo)點(diǎn)處于R2之范圍外時(shí):單次情況視為異常點(diǎn)剔除，連續(xù)5次信號(hào)的情況軟件報(bào)警，閉環(huán)斷開(kāi)，當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)為閉環(huán)時(shí)，參數(shù)設(shè)置按鈕無(wú)法按下。閉環(huán)調(diào)節(jié)速度和閉環(huán)調(diào)節(jié)加速度設(shè)置控制器閉環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)的參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件可以自設(shè)。信號(hào)間隔時(shí)間可自設(shè)，如設(shè)置為5秒，則5秒內(nèi)分別向近點(diǎn)探測(cè)器1、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器2發(fā)送一次信號(hào)，得到位置坐標(biāo)。當(dāng)上位機(jī)與控制器通訊良好時(shí)，閉環(huán)邏輯自測(cè)功能可以判斷每個(gè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)向的邏輯，例如當(dāng)近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)9正轉(zhuǎn)時(shí)，近點(diǎn)探測(cè)器I的X軸坐標(biāo)增加，那么邏輯為1，反之為O。
[0014]本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，響應(yīng)速度快，擁有良好擴(kuò)展性，閉環(huán)調(diào)節(jié)可以有效降低染料激光振蕩器輸出光束漂移導(dǎo)致的激光長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中光束發(fā)生的漂移，將漂移量降低到8個(gè)微弧度之內(nèi)。壓電慣性馬達(dá)控制精度高、可靠性好、動(dòng)作響應(yīng)快。
【權(quán)利要求】
1.一種光路指向閉環(huán)控制裝置，包括計(jì)算機(jī)處理器(3)，其特征在于:近點(diǎn)探測(cè)器(1)、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器(2)將光路指向性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)處理器(3)，計(jì)算機(jī)處理器(3)將判斷數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳輸線(xiàn)(4)傳輸給近點(diǎn)控制器(5)、遠(yuǎn)點(diǎn)控制器(6)，所述近點(diǎn)控制器(5)通過(guò)控制近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)(9)、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)(10)實(shí)現(xiàn)近點(diǎn)反射鏡(7)轉(zhuǎn)動(dòng)；遠(yuǎn)點(diǎn)控制器(6)通過(guò)控制遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)(11)、遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)(12)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡(8)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光路指向閉環(huán)控制裝置，其特征在于:所述的近點(diǎn)反射鏡(7)和遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡(8 )均以45 °角傾斜設(shè)置。
3.一種應(yīng)用權(quán)利要求1中光路指向閉環(huán)控制裝置的閉環(huán)控制方法，其特征在于:包括以下步驟: (i)向探測(cè)器發(fā)出地址(si) 每隔一定時(shí)間間隔，向近點(diǎn)探測(cè)器(1)、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器(2)發(fā)出采集信號(hào)，收集光路位置信號(hào)、能量信號(hào)； (ii)探測(cè)器給出數(shù)值計(jì)算(s2) 近點(diǎn)探測(cè)器(1)、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器(2)將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)處理器(3)中； (iii)判斷相應(yīng)坐標(biāo)及能量(s3) 根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)及能量參數(shù)與近點(diǎn)探測(cè)器(1)、遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器(2)實(shí)際采集的參數(shù)進(jìn)行比照，當(dāng)坐標(biāo)及能量都符合閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，視為正常，等待下次采集數(shù)據(jù)；當(dāng)坐標(biāo)超出閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)入步驟(iv)，當(dāng)能量達(dá)到報(bào)警值時(shí)，視為異常，閉環(huán)斷開(kāi)；當(dāng)坐標(biāo)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，視為異常，閉環(huán)斷開(kāi)； (iv)算法計(jì)算(s4) 利用計(jì)算機(jī)處理器(3)中的單片機(jī)，處理并計(jì)算近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)(9)、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)(10)、遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)(11)和遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)(12)所需位移量； (v )向控制器發(fā)出信號(hào)(S5) 將處理計(jì)算后的數(shù)據(jù)向近點(diǎn)控制器(5)、遠(yuǎn)點(diǎn)控制器(6)發(fā)出信號(hào)，指定近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)(9)、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)(10)、遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)(11)和遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)(12)進(jìn)行相應(yīng)幅度的調(diào)節(jié)； (vi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)(S6) 近點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)(9)、近點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)(10)、遠(yuǎn)點(diǎn)X軸壓電馬達(dá)(11)和遠(yuǎn)點(diǎn)Y軸壓電馬達(dá)(12)驅(qū)動(dòng)近點(diǎn)反射鏡(7)、遠(yuǎn)點(diǎn)反射鏡(8)完成主光路激光(13)的閉環(huán)調(diào)整。
【文檔編號(hào)】G02B26/08GK104297920SQ201410633631
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】楊斌, 張?jiān)? 申請(qǐng)人:核工業(yè)理化工程研究院