用于視覺成像led光源的控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于視覺成像LED光源的控制器，包括：微處理器模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、放大反饋電路、功率驅(qū)動(dòng)模塊、采樣電阻以及LED光源，微處理器模塊，用于與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，且控制所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出對(duì)應(yīng)的控制電壓；放大反饋電路，用于控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的調(diào)節(jié)；采樣電阻，用于將電流轉(zhuǎn)換成電壓值進(jìn)行間接測(cè)量；其中，所述LED光源與所述功率驅(qū)動(dòng)模塊連接。本實(shí)用新型的用于視覺成像LED光源的控制器具有分辨率高且驅(qū)動(dòng)電流大的優(yōu)點(diǎn)，其使用簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，最終輸出的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1.5A，在整個(gè)電流輸出范圍內(nèi)線性可調(diào)，精度可達(dá)0.5mA。
【專利說明】用于視覺成像LED光源的控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種LED光源控制器，尤其涉及一種用于鐳射加工系統(tǒng)中視覺成像用的LED光源控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光在工業(yè)加工、半導(dǎo)體行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，激光精密加工是未來的發(fā)展趨勢(shì)，而視覺成像技術(shù)作為精密加工的手段在激光加工設(shè)備中對(duì)工藝要求起著關(guān)鍵作用。在一個(gè)多功能的視覺成像系統(tǒng)中有可能會(huì)用到不同規(guī)格的LED點(diǎn)光源、環(huán)形光或面光源，要提高成像質(zhì)量以及提取到加工物件的特征點(diǎn)和對(duì)比度，光源必須做到亮度微調(diào)并且長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，因此光源控制器的優(yōu)劣直接影響著加工產(chǎn)品的工藝品質(zhì)。而傳統(tǒng)的LED光源控制器是采用脈沖寬可調(diào)發(fā)生器來控制功率驅(qū)動(dòng)模塊，在電路中串接LED燈和限流電阻，根據(jù)不同頻率和占空比來決定功率部件的開關(guān)時(shí)間，并可等效成直流成分和諧波成分的疊加,從而可以得到所需的電流大小，但對(duì)于激光設(shè)備載臺(tái)上的邊界光源來說需要很高的分辨率才能讓機(jī)器視覺得到易于細(xì)微調(diào)節(jié)的亮度，而傳統(tǒng)方法得到的驅(qū)動(dòng)電流精度不高，一般在4mA以上，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電流不會(huì)很高，很難滿足如紅外平板光源所需的700mA以上電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有LED光源控制器精度低及驅(qū)動(dòng)電流小的問題，本實(shí)用新型提出一種用于視覺成像LED光源的控制器，其具有分辨率高、驅(qū)動(dòng)電流大、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)記憶以及驅(qū)動(dòng)電源規(guī)格切換的特點(diǎn)。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種用于視覺成像LED光源的控制器，包括:微處理器模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、放大反饋電路、功率驅(qū)動(dòng)模塊、采樣電阻以及LED光源，微處理器模塊，用于與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，且控制所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出對(duì)應(yīng)的控制電壓；
[0006]放大反饋電路，用于控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的調(diào)節(jié)；
[0007]采樣電阻，用于將電流轉(zhuǎn)換成電壓值進(jìn)行間接測(cè)量；
[0008]其中，所述LED光源與所述功率驅(qū)動(dòng)模塊連接。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述放大反饋電路包括有比較放大器及同相比例放大器，所述比較放大器的正反饋端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接，所述同相比例放大器的正反饋端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，其中，所述同相比例放大器的輸出端分別連接于所述比較放大器的負(fù)反饋端及所述同相比例放大器的負(fù)反饋端。
[0010]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的有效分辨率為12位，且其轉(zhuǎn)換速率最快為125K/秒。
[0011]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制器還包括電源切換模塊，所述電源切換模塊的電源輸出端與所述LED光源連接。[0012]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制器還包括串口通信模塊，所述串口通信模塊與所述微處理器模塊連接。
[0013]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制器還包括記憶芯片模塊，所述記憶芯片模塊的數(shù)據(jù)采集控制端與所述微處理器模塊連接。
[0014]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述記憶芯片模塊采用Flash存儲(chǔ)模塊。
[0015]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述采樣電阻采用高功率的金屬膜電阻。
[0016]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊采用N溝道MOS管，通過所述功率驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)電流最大為2A。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的用于視覺成像LED光源的控制器具有分辨率高且驅(qū)動(dòng)電流大的優(yōu)點(diǎn)，其使用簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，最終輸出的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1.5A，在整個(gè)電流輸出范圍內(nèi)線性可調(diào)，精度可達(dá)0.5mA。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的用于視覺成像LED光源的控制器的電路模塊示意圖；
[0019]圖2為圖1中具體地電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本實(shí)用新型，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0021]請(qǐng)參圖1所示，為本實(shí)用新型的用于視覺成像LED光源的控制器的電路模塊示意圖，具體地，該控制器包括:微處理器模塊1、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(D/A) 2、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(A/D)
3、放大反饋電路5、功率驅(qū)動(dòng)模塊6、采樣電阻7以及LED光源8。其中，微處理器模塊I分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊2及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3連接，特別地，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊2及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3與放大反饋電路5、功率驅(qū)動(dòng)模塊6和采樣電阻7依次連接，采樣電阻7還與放大反饋電路5連接，形成反饋電路。
[0022]在本實(shí)用新型的一實(shí)施方式中，LED光源8與功率驅(qū)動(dòng)模塊6連接，該控制器還包括電源切換模塊9，電源切換模塊9的電源輸出端與LED光源8連接，該電源切換模塊9包括有+24V、+12V、+5V的切換電源端。特別地，本實(shí)用新型的控制器還包括串口通信模塊4及記憶芯片模塊10，該串口通信模塊4和記憶芯片模塊10分別與微處理器模塊I連接。詳細(xì)地，記憶芯片模塊10的數(shù)據(jù)采集控制端與微處理器模塊I連接，其中，記憶芯片模塊10采用Flash存儲(chǔ)模塊。Flash存儲(chǔ)叫做閃存，其具有掉電不丟失數(shù)據(jù)信息的功能。在本實(shí)用新型中，該Flash存儲(chǔ)模塊的功能主要是為滿足不同工藝參數(shù)設(shè)置不同的電流參數(shù)，以便下次開機(jī)啟動(dòng)后不需再重新設(shè)定或者再次搜索LED光源8亮度值而設(shè)計(jì)的參數(shù)保存功能，只需用戶在使用中給微處理器模塊I發(fā)送參數(shù)記憶命令，則控制器下次開機(jī)時(shí)，會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮LED光源8上一次所需的亮度。
[0023]具體地，在本實(shí)用新型的控制電路中，該控制器還包括串口通信模塊4，串口通信模塊4與微處理器模塊I連接。微處理器控制模塊的主要功能是用于接收來自串口通信模塊4的控制指令，并判斷指令類型和功能。當(dāng)需要設(shè)定電流時(shí)，微處理器模塊I通過SPI接口與高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊2進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，控制數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊2輸出對(duì)應(yīng)的控制電壓。特別地，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊2的有效分辨率為12位，且其轉(zhuǎn)換速率可達(dá)125K/秒。
[0024]數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊2的輸出電壓直接送至放大反饋電路5的比較輸入端，與來自采樣電阻7端放大后的電壓進(jìn)行比較，放大反饋電路5輸出直接控制功率驅(qū)動(dòng)模塊6的柵極，其中，功率驅(qū)動(dòng)模塊6采用N溝道MOS管，通過該功率驅(qū)動(dòng)模塊6的驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)2A。
[0025]如圖2所示，電路中采樣電阻7具體地為圖中R15和R16，在本實(shí)用新型的一實(shí)施方式中，R15、R16為并聯(lián)的兩個(gè)2歐姆6瓦的反饋電阻。電路中采用電阻的作用是將電流轉(zhuǎn)換成電壓值進(jìn)行間接測(cè)量。詳細(xì)地，在設(shè)定電流的過程中，微處理器模塊I會(huì)采集該電壓值，具體地方法是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3，其中，微處理器模塊I與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3的控制和數(shù)據(jù)交換通道也是SPI接口。電壓值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，送入微處理器模塊I中，微處理器計(jì)算出當(dāng)前電流與設(shè)定的電流是否一致，若有偏差，再重新調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3的輸出電壓設(shè)定值，并再次計(jì)算電流值，如此反復(fù)直至電流值在允許偏差范圍內(nèi)。整個(gè)過程就是一個(gè)PID調(diào)節(jié)過程。特別地，在本實(shí)施方式中，采樣電阻7采用高功率的金屬膜電阻。
[0026]圖1電路圖中，串口通信模塊4的功能是作為電路中微處理器模塊I與計(jì)算機(jī)通信的橋梁，用于傳送計(jì)算機(jī)發(fā)送給光源控制器的控制指令，以及傳送微處理器模塊I返回給計(jì)算機(jī)的電流參數(shù)值。具體的直流有系統(tǒng)初始化命令、電流設(shè)定命令、電流查詢命令、參數(shù)記憶命令等。另外，微處理器模塊I在執(zhí)行完相應(yīng)操作后還會(huì)返回指令執(zhí)行是否成功。
[0027]請(qǐng)?jiān)俅螀⒄請(qǐng)D2，為放大反饋電路5控制功率驅(qū)動(dòng)模塊6實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)的具體電路結(jié)構(gòu)。圖中，GND是電源地；Q1 為功率驅(qū)動(dòng)模塊6，具體為N溝道MOS功率驅(qū)動(dòng)模塊6 ；U12A是比較放大器；U12B是同相比例放大器，該U12B同阻值分別為20K、10K的R11、R13組成一個(gè)放大倍數(shù)為3的放大電路；R14是阻值為51K的平衡電阻；R12是200歐姆的限流電阻；C40是電源濾波電容；D1、D2、Dn為若干個(gè)并聯(lián)的LED光源8。
[0028]具體地，放大反饋電路5包括有比較放大器及同相比例放大器，該比較放大器的正反饋端與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊2連接，該同相比例放大器的正反饋端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3連接，其中，同相比例放大器的輸出端分別連接于比較放大器的負(fù)反饋端及同相比例放大器的負(fù)反饋端。從圖中可以分析看出，流經(jīng)LED光源8的電流與流經(jīng)采樣電阻7的電流幾乎是相等，因此，只要得出采樣電阻7兩端的電壓值就可以計(jì)算出當(dāng)前的控制電流，設(shè)采樣電阻7端的電壓值為Uf，驅(qū)動(dòng)電流為I，則可根據(jù)公式:
[0029]Uf=I[(R15+R16)/R15R16]
[0030]Uf即為U12B的正反饋端的輸入電壓，因此可以得到U12B的輸出端的電壓U，依據(jù)公式為:
[0031]U= (l+Rll/R13)Uf=3Uf
[0032]其中，U12B的輸出端電壓即為比較放大器U12A的負(fù)反饋端的輸入電壓。由于整個(gè)放大反饋電路與Ql構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)反饋電路，僅需U12A的正反饋端輸入一個(gè)電壓值，最終負(fù)反饋端的電壓值與之相等，因此電壓U即為U12A正反饋端電壓。由于正反饋端的電壓為數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊2的輸出電壓，因此要設(shè)定LED光源8的電流值轉(zhuǎn)換成設(shè)定數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊2的輸出電壓值，即為31。
[0033]在本實(shí)用新型中，由于D/A的輸出范圍是(T5V，A/D的輸入范圍是0-2.5V，且采用的是12為分辨率的D/A模塊，理論上LED光源8的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1.67A，電流精度可達(dá)
0.4mA，但在實(shí)際使用中，PCB印制線盒連接導(dǎo)線都有阻值，并且考慮到PCB布線效果和D/A模塊本身的轉(zhuǎn)換誤差，實(shí)際最大電流為1.5A，精度在0.5mA。
[0034]需要說明的是，在本實(shí)施方式中，電路中采用高功率電阻，以保證通過大電流時(shí)不會(huì)發(fā)熱損壞；同時(shí)電阻需采用金屬膜電阻，以保證電流的精度穩(wěn)定。電路中C24是22微法的濾波電容，并且必須與Ql的柵極相連接，可以起到平滑電流的作用。電源切換模塊9是用以滿足不同電壓規(guī)格的LED光源8所設(shè)計(jì)。一般的LED光源8有5V、12V、24V三種規(guī)格，根據(jù)需要將電源切換至對(duì)應(yīng)規(guī)格即可。而傳統(tǒng)的光源控制器采取24V通用的做法，但若接5V或12V光源在長(zhǎng)時(shí)間大電流工作環(huán)境下，反而很容易導(dǎo)致光源控制器損壞，本實(shí)用新型很好的解決了該問題。
[0035]應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
[0036]上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對(duì)本實(shí)用新型的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡未脫離本實(shí)用新型技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于視覺成像LED光源的控制器，其特征在于，包括:微處理器模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、放大反饋電路、功率驅(qū)動(dòng)模塊、采樣電阻以及LED光源， 微處理器模塊，用于與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，且控制所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出對(duì)應(yīng)的控制電壓； 放大反饋電路，用于控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的調(diào)節(jié)； 采樣電阻，用于將電流轉(zhuǎn)換成電壓值進(jìn)行間接測(cè)量； 其中，所述LED光源與所述功率驅(qū)動(dòng)模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于視覺成像LED光源的控制器，其特征在于，所述放大反饋電路包括有比較放大器及同相比例放大器，所述比較放大器的正反饋端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接，所述同相比例放大器的正反饋端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，其中，所述同相比例放大器的輸出端分別連接于所述比較放大器的負(fù)反饋端及所述同相比例放大器的負(fù)反饋端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于視覺成像LED光源的控制器，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的有效分辨率為12位，且其轉(zhuǎn)換速率最快為125K/秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于視覺成像LED光源的控制器，其特征在于，所述控制器還包括電源切換模塊，所述電源切換模塊的電源輸出端與所述LED光源連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于視覺成像LED光源的控制器，其特征在于，所述控制器還包括串口通信模塊，所述串口通信模塊與所述微處理器模塊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于視覺成像LED光源的控制器，其特征在于，所述控制器還包括記憶芯片模塊，所述記憶芯片模塊的數(shù)據(jù)采集控制端與所述微處理器模塊連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于視覺成像LED光源的控制器，其特征在于，所述記憶芯片模塊采用Flash存儲(chǔ)模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于視覺成像LED光源的控制器，其特征在于，所述采樣電阻采用高功率的金屬膜電阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于視覺成像LED光源的控制器，其特征在于，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊采用N溝道MOS管，通過所述功率驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)電流最大為2A。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK203523122SQ201320691818
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】趙裕興, 許衛(wèi)星 申請(qǐng)人:蘇州德龍激光股份有限公司