1. 研究目的与意义

从80年代以来，激光器就广泛应用在加工领域，激光器用于激光加工领域中具有切割效率高、非接触式切割、切割速度快等特点。作为激光器中佼佼者的光纤激光器，它具有散热面积大、光束质量好、体积小巧等优点，同体积庞大的气体激光器和固体激光器相比具有明显的优势，已逐渐发展成为高精度激光加工、激光雷达系统、空间技术、激光医学等领域中的重要候选者。激光器经过30多年的发展，在技术上进展很快，光纤激光器较其他普通激光器具有明显优势：光斑小、体积小、使用成本低、操作维护方便以及更高的切割速度和稳定性。

随着技术的不断更新，市场对激光器的智能化要求越来越高，尤其是为了促进激光切割技术领域的发展，光纤激光器生产厂家并不仅仅是将光纤激光器连接在自己的激光切割机床上，借助于光纤激光器的光纤导出，对机械系统要求不高，非常容易与机器人和多维工作台集成，这也就要求光纤激光器应该具有方便快捷的接口和相应的控制系统对接。

激光切割就是将激光束照射到工件表面时释放的能量来使工件融化并蒸发，以达到切割和雕刻的目的，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于传统的切割工艺设备。随着技术的不断更新，市场对激光器的智能化要求越来越高，尤其是为了促进激光切割技术领域的发展，光纤激光器生产厂家并不仅仅是将光纤激光器连接在自己的激光切割机床上，借助于光纤激光器的光纤导出，对机械系统要求不高，非常容易与机器人和多维工作台集成，这也就要求光纤激光器应该具有方便快捷的接口和相应的控制系统接口。

2. 国内外研究现状分析

随着激光行业的发展，从1963年光纤激光器的发明到上世纪80年代光纤激光器被实际应用与商业应用，与计算机一起被人们并成为20世纪最伟大的发明。光纤激光器（fiber laser）是指掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上研发，具体方法是：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级粒子数反转，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光震荡输出。其中ipg公司是全球高功率光纤激光器和放大器的领导者。由它生产的高效光纤激光器、光纤放大器正在进行着不断地性能革新与突破，并被广泛应用于材料加工、通信、医疗等领域中。

目前，国内主要研究方向在钢板的激光切割工艺方面，少数涉及到有色金属的切割工艺。湖南大学激光研究所分析了焦数比、聚焦光斑直径、辅助气体压力和切割速度对切割质量的影响，研究表明，在保证焦深的前提下，光斑直径越小，切缝越窄，切口表面粗糙度越低。而光斑直径与焦数比有关，在焦数比取最佳值的前提下，焦距实际上由光斑直径决定。采用激光器切割石油割缝筛管和电力机车定子的端板研究发现，在切割速度为0.8m/min、辅助气体压力5mpa、焦距65mm时获得优质的切缝。

大连光洋科技集团有限公司自主研发的光纤glink总线。它是以高实时性、高同步性为核心优势的实时以太网现场总线。glink总线网络层的设计中包含完善的时钟定时基准，严格控制数据帧收发的时序，提高实时性的同时使得glink子栈设备的控制时序严格同步（同步误差不超过270ns）。glink总线的物理层通讯速率达100mbps，其传输介质采用多模光纤抗干扰能力强。glink总线体系结构中不仅包含osi参考模型中的应用层、链路层、物理层还包含了网络层，这在工业现场总线中是很少见的。glink总线突出设计了网络层，严格控制数据帧收发的时序。glink总线和光纤激光器接口有两种接口。

3. 研究的基本内容与计划

本课题需要研究的内容有：

本课题为光纤激光器与数控系统接口模块设计。接口模块主要包括0-10v或者0-20ma的模拟量控制，pwm波控制，使能信号以及若干i/o口控制。接口模块和数控系统之间的通信是以太网，接口模块和数控系统只有一根网线相连，然后再经过接口模块将具体的控制信号传递给光纤激光器。利用以太网与dspic33f单片机相连，连接数控系统和光纤激光器，具有pwm、0-20ma、输入、输出等接口。数控系统通过以太网可以控制光纤激光器的连续、脉冲、强脉冲等工作方式。并可以接收激光器的报警和故障信号。要求设计其硬件电路，并用mplab c30编写相应的控制程序。本课题要求学生完成本科的基础和专业课的学习，掌握基本电路设计，熟练应用protel99se等制图软件来绘制原理图与印制电路板，掌握dsc及接口的原理及设计方法，能独立进行设计与调试，且具备吃苦耐劳、积极进取的精神。da所用的芯片是adum1400芯片，mcp4921芯片，ref195芯片，mcp1407芯片以及集成运算放大器使得5v电源放大为12v的电源，其中还包括了一些端口，例如电源端口等。以太网接口所用的芯片是w5500芯片和rj45接口。dsp端口的芯片是dspic806芯片。还包含了扩展out和扩展in相关的电路。

adum1400芯片可以应用于通用型多通道的隔离，工业现场总线隔离，spi接口和数字转换器的隔离，车用系统以及rs-232/rs-422/rs-485收发器的隔离。adum140x隔离器在一个器件中提供四个独立的隔离通道。两端电压为2.7v～5.5v，支持低电压工作并且能实现电频转换。另外，adum140x还具有很低的脉宽失真以及直流校正功能。

4. 研究创新点

本课题所研究的接口主要是总线型接口，相比较过去的模拟量接口，传输距离远，传输更加的稳定，抗干扰强。