CN114489151B - 一种激光器输出功率控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光器输出功率控制装置及其控制方法，属于激光器控制技术领域，解决了现有激光器无法实现连续调节、精准控制激光输出功率的问题。其中，激光器输出功率控制装置，包括衰减器和控制器，衰减器包括中性衰减片以及用于驱动中性衰减片转动的驱动机构；中性衰减片的表面具有镀膜的衰减区域，衰减区域具有第一衰减边界和第二衰减边界，由第一衰减边界至第二衰减边界的镀膜厚度线性增加；控制器与衰减器电性连接，并基于预定程序控制驱动机构转动，以控制衰减区域的转动角度，实现激光器输出功率的连续调节和精准控制。本发明实现了固定功率输出型激光器的功率自动控制，具有方便快捷、控制灵活、精确的优点。

Description

一种激光器输出功率控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及激光器控制技术领域，特别是涉及一种激光器输出功率控制装置及其控制方法。

背景技术

现有商品化激光器的激光功率输出是固定不变的，但在实际应用当中，经常需要变换激光功率，从而摸索到最佳的激发条件。

在使用激光拉曼光谱仪对同一样品进行测试分析时，不同激发功率得到的光谱信息有所不不同。以拉曼光谱为例，拉曼信号属于弱信号，通常情况下需要足够的激光功率激发样品才能检测到其拉曼信号。尤其是拉曼活性较弱的分子结构性，需要较强的激光功率才能够显现。然而，较高的激光功率又可能对样品的分子结构造成影响，比如引起样品化学结构的无序或者相变等，这些会表现为拉曼谱峰参数的变化，如峰宽变化，峰位移动等等。这时要得到反映样品真实化学结构特征的拉曼光谱，就需要准确设定、精细调节激光功率。

然而，现有激光器无法实现连续调节、精准控制激光功率，因此，急需提供一种激光器输出功率控制装置，以实现连续调节、精准控制激光器的输出功率。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种激光器输出功率控制装置及其控制方法，用以解决现有激光器无法实现连续调节、精准控制激光输出功率的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种激光器输出功率控制装置，包括：

衰减器，衰减器包括中性衰减片以及用于驱动中性衰减片转动的驱动机构；中性衰减片的表面具有镀膜的衰减区域，衰减区域具有第一衰减边界和第二衰减边界，由第一衰减边界至第二衰减边界的镀膜厚度线性增加；

控制器，控制器与衰减器电性连接，并基于预定程序控制驱动机构转动，以控制衰减区域的转动角度。

进一步地，中性衰减片为圆形，第一衰减边界和第二衰减边界径向设置。

进一步地，衰减区域的角度为270°。

进一步地，中性衰减片采用紫外熔融石英基底，中性衰减片的表面镀膜为铬镍铁合金金属膜。

进一步地，驱动机构包括步进电机和传动组件，步进电机通过传动组件驱动中性衰减片转动。

进一步地，传动组件包括主动轮、从动轮和同步带，步进电机的输出轴与主动轮连接，主动轮通过同步带与从动轮连接，从动轮通过旋转轴与中性衰减片的中心处连接。

进一步地，衰减器还包括外壳，外壳具有容纳空间，并且贯穿设有供入射光通过的通光窗口；驱动机构与外壳固定连接，中性衰减片位于外壳的容纳空间内，入射光通过通光窗口时穿过中性衰减片。

进一步地，衰减器还包括支撑架，支撑架通过螺栓与外壳固定连接。

进一步地，支撑架包括底座和支柱，支柱的底端设于底座上，底座与支柱呈L型结构，支柱的顶端与外壳的底端连接。

进一步地，激光器输出功率控制装置还包括直流电源，以备为控制器供电；控制器具有第一接口、第二接口和第三接口，控制器的第一接口通过USB电缆与计算机连接，控制器的第二接口通过四芯电缆与步进电机连接，控制器的第三接口通过电源线与直流电源连接。

进一步地，第二接口的数量可以为3个，每个第二接口均通过一USB电缆与计算机连接，一个控制器同时控制三个衰减器。

一种激光器输出功率控制装置的控制方法，包括步骤：

获取标定测试结果；其中，标定测试结果包括转动角度与输出功率的映射关系；

根据标定测试结果进行预定程序编写；

将预定程序下发至控制器，以指示控制器根据预定程序控制驱动机构转动。

进一步地，获取标定测试结果的过程，包括步骤：

获取第一输出功率以及对应的第一转动角度；

获取第二输出功率以及对应的第二转动角度；

根据第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度建立输出功率与转动角度的映射关系。

进一步地，根据标定测试结果进行预定程序编写，包括步骤：

根据标定测试结果对应的转动角度，确定对应的控制器的控制参数，作为预定程序；其中，控制参数用于约束驱动机构转动的角度。

进一步地，根据第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度建立输出功率与转动角度的映射关系的过程，包括步骤：

根据第一输出功率与第二输出功率的差值，以及第一转动角度与第二转动角度的差值，根据差值间的线性相关，确定输出功率与转动角度的映射关系。

进一步地，根据第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度建立输出功率与转动角度的映射关系的过程，包括步骤：

建立神经网络模型，将第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度作为神经网络模型的训练集进行迭代训练，确定输出功率与转动角度的映射关系。

进一步地，根据第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度建立输出功率与转动角度的映射关系的过程，还包括步骤：

为神经网络模型建立损失函数和预测函数，通过损失函数和预测函数获得输出功率与转动角度的映射关系的权重。

进一步地，损失函数如下式：

其中，α_P表示神经网络模型的预测值，α_T表示预测值的输入值，δ表示用于防止过拟合的变量；Ω_α表示权重；

预测函数如下式：

其中，β_T表示训练集的输入值，β_P表示训练集的输出值。

一种激光器输出功率控制装置的控制装置，包括：

标定获取模块，用于获取标定测试结果；其中，标定测试结果包括转动角度与输出功率的映射关系；

控制设定模块，用于根据标定测试结果进行预定程序编写；

控制下发模块，用于将预定程序下发至控制器，以指示控制器根据预定程序控制驱动机构转动。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时实现上述任一实施例的激光器输出功率控制装置的控制方法。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述任一实施例的激光器输出功率控制装置的控制方法。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：

a)本发明提供的激光器输出功率控制装置，实现了固定功率输出型激光器的功率连续调节、自动控制功能，具有方便快捷、控制灵活、精确的优点。

b)本发明提供的激光器输出功率控制装置，通过在中性衰减片的表面设有镀膜的衰减区域，衰减区域的镀膜对激光能量的吸收率沿旋转角度线性变化，通过旋转镀膜区域提供线性可调的衰减，通过控制器精确控制衰减区域的转动角度，以实现不同功率设定值与衰减区域转动角度的精确对应，从而实现激光器输出功率的连续调节、精确控制。

c)本发明提供的激光器输出功率控制装置，采用步进电机通过同步带传动组件驱动中性衰减片转动，步进电机的控制性能好，可实现中性衰减片的转动角度精准调节，并且采用同步带轮的传动组件，可减少噪音。

d)本发明提供的激光器输出功率控制装置的控制方法，通过预先的标定测试结果进行预定程序编写，为控制器控制衰减区域的转动角度提供精准参考，以定量控制激光器输出功率控制装置的输出功率，实现了激光器输出功率的连续调节、精准控制的目的。

e)本发明提供的激光器输出功率控制装置的控制方法，基于确定的转动角度与激光功率映射关系，在预定程序根据相关人员的目标输出功率时，换算出衰减区域的转动角度，以此进行精确控制，并且采用软件方式，设定初始位置后，控制器及上位机软件会随时记录步进电机的位移，即使装置断电重启，也不会丢失当前位置信息，保证工作可靠性。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1中激光器输出功率控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1中衰减器的结构示意图；

图3为本发明实施例1中衰减器的中性衰减片的结构示意图；

图4为本发明实施例1中衰减器的爆炸图一；

图5为本发明实施例1中衰减器的爆炸图二；

图6为本发明实施例1中衰减器的驱动机构与中性衰减片的安装示意图；

图7为本发明实施例1中衰减器的壳体的拆解示意图；

图8为本发明实施例2中一实施方式的激光器输出功率控制装置的控制方法流程图；

图9为本发明实施例2中中性衰减片的转动角度-激光功率曲线图；

图10为本发明实施例2中另一实施方式的激光器输出功率控制装置的控制方法流程图；

图11为本发明实施例2中又一实施方式的激光器输出功率控制装置的控制方法流程图；

图12为本发明实施例2中映射回路示意图；

图13为本发明实施例2中一实施方式的激光器输出功率控制装置的控制装置模块结构图；

图14为本发明实施例2中一实施方式的计算机内部构造示意图。

附图标记：

100-衰减器；200-控制器；300-计算机；400-直流电源；1-中性衰减片；11-第一衰减边界；12-第二衰减边界；13-衰减区域；2-驱动机构；21-步进电机；22-主动轮；23-从动轮；24-同步带；3-外壳；31-第一壳体；32-第二壳体；33-第三壳体；4-支撑架；41-支柱；42-底座；1000-标定获取模块；1001-控制设定模块；1002-控制下发模块。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种激光器输出功率控制装置，用于固定功率输出型激光器的功率输出调节与精确控制。

如图1至图5所示，激光器输出功率控制装置包括：

衰减器100，衰减器100包括中性衰减片1以及用于驱动中性衰减片1转动的驱动机构2；中性衰减片1的表面具有镀膜的衰减区域13，衰减区域13具有第一衰减边界11和第二衰减边界12，由第一衰减边界11至第二衰减边界12的镀膜厚度线性增加；

控制器200，控制器200与衰减器100电性连接，并基于预定程序控制驱动机构2转动，以控制衰减区域13的转动角度，从而实现不同功率设定值与衰减区域13转动角度的精确对应。

实施时，根据实验对激光功率的需要，将预先设计的软件程序输入至控制器200，控制器200基于预定程序控制驱动机构2驱动中性衰减片1转动和固定在指定角度位置；由于中性衰减片1的表面具有镀膜的衰减区域13，衰减区域13的镀膜对激光能量的吸收率沿旋转角度线性变化，通过旋转镀膜区域提供线性可调的衰减，由第一衰减边界11至第二衰减边界12的镀膜厚度线性增加，衰减程度依次增大，当中性衰减片1定位在某一角度时，衰减率是固定值；通过控制器200精确控制衰减区域13的转动角度，以实现不同功率设定值与衰减区域13转动角度的精确对应，从而实现激光器输出功率的连续调节、精确控制。

本实施例中，激光器输出功率控制装置还包括直流电源400，以备为控制器200供电。其中，控制器200具有第一接口、第二接口和第三接口，控制器200的第一接口通过USB电缆与计算机300连接，控制器200的第二接口通过四芯电缆与步进电机21连接，控制器200的第三接口通过电源线与直流电源400连接。其中，第二接口的数量可以为3个，每个第二接口均通过一USB电缆与计算机300连接，一个控制器200可同时控制三个衰减器100，即一套激光器控制装置能够实现3台激光器的输出功率自动控制。

本实施例中，控制器200包括单片机、单片机控制固件程序、步进电机驱动器，可实现对外部控制命令响应，及控制衰减器100驱动机构的功能。

本实施例中，如图3所示，中性衰减片1为实现激光功率衰减的光学部件，中性衰减片1为圆形，其中心为旋转轴，第一衰减边界11和第二衰减边界12径向设置，衰减区域13不是360°全部镀膜，至少会留一部分区域全透明，这部分全透明的区域为非衰减区域，使得在非衰减区域激光功率尽量没有衰减，即功率衰减为接近0，这里是衰减曲线的“起点”。可选的，衰减区域13的角度为270°，非衰减区域的角度为90°，中性衰减片1的表面270度范围的镀膜对激光能量的吸收率沿旋转角度线性变化。进一步地，在没有镀膜的90°非衰减区域镀增透膜，以提高激光透过率。

本实施例中，中性衰减片1采用圆形连续可变反射型中性密度滤光片，通过旋转镀膜区域提供线性可调的衰减。中性衰减片1采用紫外熔融石英基底，中性衰减片1的表面镀膜为铬镍铁合金金属膜，通过在圆周270°范围内镀膜，从紫外到中红外确保一致的光谱响应。中性衰减片1的光学密度范围为0.04-4，光学密度从镀膜起始位置线性增加，光学密度表示滤光片提供的衰减系数，即衰减入射光功率的程度。

本实施例中，驱动机构2包括步进电机21和传动组件，步进电机21通过传动组件驱动中性衰减片1转动，当中性衰减片1转动定位在某一角度时，衰减率是固定的值。

在其中一种可选实施方式中，如图4至图6所示，传动组件为同步带传动组件，包括主动轮22、从动轮23和同步带24，步进电机21的输出轴与主动轮22连接，主动轮22通过同步带24与从动轮23连接，从动轮23通过旋转轴与中性衰减片1的中心处连接，且旋转轴与中性衰减片1所在平面垂直。采用步进电机通过同步带传动组件驱动中性衰减片转动，步进电机的控制性能好，可实现中性衰减片1的转动角度精准调节，并且采用同步带轮的传动组件，可减少噪音。

进一步地，步进电机21按预定指令精确驱动中性衰减片1旋转特定角度，按1：1的驱动比驱动线性渐变中性衰减片1旋转和定位角度。

本实施例中，衰减器100还包括外壳3和起支撑作用的支撑架4，支撑架4通过螺栓与外壳3固定连接。其中，外壳3具有容纳空间，并且贯穿设有供入射光通过的通光窗口；驱动机构2与外壳3固定连接，中性衰减片1位于外壳3的容纳空间内，入射光通过通光窗口时穿过中性衰减片1。支撑架4作为连接光学平台固定装置，支撑架4包括底座42和支柱41，支柱41的底端设于底座42上，底座42与支柱41呈L型结构，支柱41的顶端与外壳3的底端连接。

本实施例中，如图4、图5和图7所示，衰减器100的外壳3包括第一壳体31和第二壳体32，第一壳体31和第二壳体32通过螺钉连接后，形成容纳空间，第一壳体31和第二壳体32兼顾中性滤光片保护、步进电机固定、中性滤光片旋转轴定位及支撑多项功能；中性衰减片1、主动轮22、从动轮23以及同步带24均位于容纳空间内，第一壳体31上设有电机安装口，步进电机21安装在电机安装口上，并且步进电机21的输出轴穿过电机安装口与主动轮22连接，将步进电机21设置在容纳空间外，有助于电机散热。

第一壳体31和第二壳体32分别设有第一通光口、第二通光口，中性衰减片1位于第一通光口和第二通光口之间，第一通光口和第二通光口的大小允许激光穿过中性衰减片1。可选的，第一壳体31的底部还设有横置的连接板，横置的连接板用于与支柱41连接。

进一步地，外壳3还包括第三壳体33，第三壳体33设有第三通光口，第三通光口的尺寸大于第一通光口和第二通光口，并且，第三壳体33第三通光口至第二通光口之间具有间隙；第二壳体32通过第三壳体33与激光器连接，由激光器发射的激光通过第三壳体33的第三通光口进入第二壳体32的第二通光口，通过中性衰减片1后从第一壳体31的第一通光口射出。

由于市场上常见的激光器出口有一个用于安装滤光片、激光束密封导管的C-mount接口，为了提高本实施例控制装置的通用性，第三壳体33的第三通光口的内径与C-mount外径吻合，这样便于整个装置对中定位，不仅提高了装置的通用性，而且便于快速精确装配。

与现有技术相比，本实施例提供的激光器输出功率控制装置，利用精密步进电机驱动镀有透过率线性渐变的圆形中性衰减片转动，实现一定范围的激光功率定量衰减，控制器接受软件指令，控制步进电机精确定位，实现不同功率设定值与中性衰减片角度的精确对应，进而实现激光器输出功率的连续调节、实时控制。

实施例2

本发明的又一具体实施例，公开了一种激光器输出功率控制装置的控制方法，也即通过控制实施例1的激光器输出功率控制装置，实现对激光器输出功率的精准控制。

图8为一实施方式的激光器输出功率控制装置的控制方法流程图，如图8所示，一实施方式的激光器输出功率控制装置的控制方法包括步骤S100至步骤S102：

S100，获取标定测试结果；其中，标定测试结果包括转动角度与输出功率的映射关系；

S101，根据标定测试结果进行预定程序编写；

S102，将预定程序下发至控制器200，以指示控制器200根据预定程序控制驱动机构转动。

如上述实施例的激光器输出功率控制装置，当中性衰减片1定位在某一角度时，衰减率是固定值，此时这一衰减率对应一特定的输出功率。控制器200经过标定后记录或换算任意角度对应的衰减率，在接受控制界面输入的目标功率值时，控制器200控制驱动机构转动，带动中性衰减片1转动到对应的角度，也即所述衰减区域13的转动角度与激光器输出功率的精确对应，从而实现激光器输出功率连续调节与精确控制的目的。

需要注意的是，由第一衰减边界11至第二衰减边界12的镀膜厚度线性增加，不代表输出功率的线性，即镀膜厚度与输出功率非必然相关。因此，衰减区域13的转动角度、环境影响或器件损耗，会影响输出功率的稳定性。相关人员在使用激光器输出功率控制装置时，难以选择准确的转动角度来获取输出功率目标，即控制器200控制步进电机21也缺乏准确的控制基础。

基于此，在步骤S100中，获取激光器输出功率控制装置进行预定程序编写，标定测试结果包括转动角度与输出功率的映射关系。基于确定的映射关系，在预定程序根据相关人员的目标输出功率时，换算出衰减区域13的转动角度，以此进行精确控制，并且采用软件方式，设定初始位置后，控制器及上位机软件会随时记录步进电机的位移，即使装置断电重启，也不会丢失当前位置信息，保证工作可靠性。

由于传统机械运动系统必须有位置参考硬件装置提供参考点，以便确定步进电机21的实时位置，即相对于零点的位移，一般采用机械或者光电开关，将开关被触发位置设置为零点。而本实施例提供的激光器输出功率控制装置采用软件方式，设定初始位置后，控制器200及上位机软件会随时记录步进电机21的位移，即使装置断电重启，也不会丢失当前位置信息，控制装置具有结构简单，体积紧凑等优点。以单片机作为控制器200为例，步进电机21按预定程序指令精确地旋转特定角度，按1：1的驱动比驱动线性渐变中性衰减片1转变角度。具体实现原理如下：

控制器200单片机固件程序为可以解释工业标准G代码的服务器。

当用户通过上位机软件下达设置零点指令时，控制器200执行坐标清零操作：

G10 L20 P0 X[Y,Z]0

即设置零点。此零点为中性衰减片1及步进电机21的机械零点，将来旋转中性衰减片1的角度都以此点为参照。同时，这一点也是输出功率的最小值(可实现的最大衰减位置)，作为第一输出功率。

当用户通过上位机软件下达设置第二输出功率指令时，上位机软件根据内置的校准数据库获得对应的步进电机21旋转角度值，然后向控制器发送旋转指令：

G0 X[Y,Z]R

同时上位机软件会将目标位置(Cpos)记录(刷新)到电脑硬盘。控制器200接到上述指令后，会驱动电机旋转角度R，中性衰减片1被带动旋转R角度(第二转动角度)，此时对应的激光功率衰减后的值为LA(第二输出功率)。

首先，通过软件设定最大衰减时的角度为“零点”。此时可以用功率计测试实际的激光输出功率值，输入校准数据库。因中性滤光片1的旋转角度与衰减率为线性关系，只需测试并记录另一角度的激光功率值即可完成校准。为了提供精度，补偿滤光片线性缺陷，可以实际测试并输入任意多的校准点。

当创建两个校准点后，根据中性衰减片1的线性特性，可以得到中性衰减片1的转动角度-激光功率曲线图(直线)，如图9所示。其他角度对应的激光功率(输出功率)即可通过计算得到。但实际情况可能中性衰减片1的线性不一定完美，因此可通过增加适当数量的校准点来提高精度，校准点越密，控制精度越高。

在其中一个实施例中，本实施例的转动角度表征为步进电机21的电机步数。映射关系中根据已知的输出功率可确定一对应的电机步数，通过控制器200将步进电机21的电机步数调整为该对应的电机步数，实现转动角度调整。

在其中一个实施例中，标定测试结果可由测试人员预先标定，并存储在相应的存储介质中，以进行步骤S100的标定测试结果获取。

在其中一个实施例中，图10为另一实施方式的激光器输出功率控制装置的控制方法流程图，如图10所示，步骤S100中获取标定测试结果的过程，包括步骤S200至步骤S202：

S200，获取第一输出功率以及对应的第一转动角度；

S201，获取第二输出功率以及对应的第二转动角度；

S202，根据第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度建立输出功率与转动角度的映射关系。

在其中一个应用例中，标定过程是：

获取标定测试结果，包括一个角度值和测试得到的激光功率值；

将角度值和功率值写入标定数组，存储于电脑注册表中；

预定程序将标定数组中每一对相邻的数组转换为角度-功率曲线，随时待命，根据上位机请求的功率值推算出对应的角度值，下发至控制器，以指示控制器根据预定程序控制驱动机构转动。

其中，第一输出功率与第二输出功率不同。以转动角度为电机步数为例，在电机步数为0(第一转动角度)，采集记录对应的第一输出功率。控制步进电机21运转电机步数n(第二转动角度)，采集记录对应的第二输出功率。将第一输出功率与第二输出功率之间的功率变化，与第一转动角度和第二转动角度建立映射关系。

在其中一个实施例中，步骤S101中根据标定测试结果进行预定程序编写，包括步骤：

根据标定测试结果对应的转动角度，确定对应的控制器的控制参数，作为预定程序；其中，控制参数用于约束所述驱动机构转动的角度。

基于标定测试结果的映射关系，进行控制参数的确定。如，控制参数包括步进电机21的电机步数，通过电机步数的编写，由控制器200执行相应的控制执行。

在其中一个实施例中，步骤S102中根据第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度建立输出功率与转动角度的映射关系的过程，包括步骤：

根据第一输出功率与第二输出功率的差值，以及第一转动角度与第二转动角度的差值，根据差值间的线性相关，确定输出功率与转动角度的映射关系。

根据差值间的线性相关，将第一输出功率与第二输出功率之间的转动角度映射为线性关系，根据目标输出功率的定值，在线性关系中确定对应的转动角度。

在步骤S200至步骤S202的映射关系捕获中，需要获取尽可能多的校准点，即确定尽可能多的第一输出功率与第二输出功率的差值，以及第一转动角度与第二转动角度的差值作为校准点组别。然而，在激光器输出功率控制装置的实际使用中，激光器输出功率控制装置自身器件的变化与环境变化为非线性的，使得校准点需要不断更新，数据处理量较大。

基于此，在其中一个实施例中，图11为又一实施方式的激光器输出功率控制装置的控制方法流程图，如图11所示，步骤S202中根据第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度建立输出功率与转动角度的映射关系的过程，包括步骤S300：

S300，建立神经网络模型，将第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度作为神经网络模型的训练集进行迭代训练，确定输出功率与转动角度的映射关系。

通过建立神经网络模型，将第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度作为神经网络模型的训练集，第一输出功率和第二输出功率作为训练集的输入参数，第一转动角度和第二转动角度作为训练集的输出参数，设置好神经网络模型的迭代次数epochs、优化器、batch_size等参数，进行神经网络模型的优化训练。

在其中一个实施例中，通过设置神经网络模型的训练过程，为每一输入参数进行权重赋值，每一输入参数对应一输出参数，如下式：

其中，i表示任一输入参数，IN(i)表示权重，H(I)表示权重的约束函数。

图12为映射回路示意图，如图12所示，即在本实施例中，通过在神经网络模型的训练过程中的权重约束，一输入参数可映射至任意一输出参数，但各映射回路的权重不同，根据迭代训练优化，实时调整各映射回路的权重，适应激光器输出功率控制装置自身器件的变化与环境变化。

通过神经网络模型的迭代训练，获得一个较为粗糙的权重值，将输入参数中权重值最大的映射回路作为映射关系的确定路线。

在其中一个实施例中，如图11所示，步骤S202中根据第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度建立输出功率与转动角度的映射关系的过程，包括步骤S301：

S301，为神经网络模型建立损失函数和预测函数，通过损失函数和预测函数获得输出功率与转动角度的映射关系的权重。

其中，通过损失函数与预测函数的补充，对步骤S300中较为粗糙的权重值进行优化和约束，提高权重的预测准确率。

在其中一个实施例中，损失函数与预设函数用于替换原神经网络模型的损失函数。以卷积神经网络为例，在卷积层进行处理后，由步骤S301的损失函数和预测函数进行约束。

在其中一个实施例中，损失函数如下式：

其中，α_P表示神经网络模型的预测值，α_T表示预测值的输入值，δ表示用于防止过拟合的变量；Ω_α表示权重；

预测函数如下式：

其中，β_T表示训练集的输入值，β_P表示训练集的输出值。

其中，如图12所示，在一输入参数的多条映射回路中，存在一真实回路，即采集记录的输出功率与转动角度的映射，将采集记录的输出功率作为训练集的输入值，将采集记录的输出功率作为训练集的输出值；在除真实回路外其它映射中，将采集记录的输出功率作为预测值的输入值，映射后的转动角度作为神经网络模型的预测值。

基于此，以损失函数和预设函数作为一个整体，替换原神经网络模型的损失函数，在多次迭代训练中，以损失函数和预设函数作为约束条件，使各输入参数映射出的最大权重的输出参数互不相同。

上述任一实施例的激光器输出功率控制装置的控制方法，通过预先的标定测试结果进行预定程序编写，为控制器控制衰减区域的转动角度提供精准参考，以定量控制光器输出功率控制装置的输出功率。

本发明实施例还提供了一种激光器输出功率控制装置的控制装置。

图13为一实施方式的激光器输出功率控制装置的控制装置模块结构图，如图13所示，一实施方式的激光器输出功率控制装置的控制装置包括：

标定获取模块1000，用于获取标定测试结果；其中，标定测试结果包括转动角度与输出功率的映射关系；

控制设定模块1001，用于根据标定测试结果进行预定程序编写；

控制下发模块1002，用于将预定程序下发至控制器，以指示控制器根据预定程序控制驱动机构转动。

上述任一实施例的激光器输出功率控制装置的控制装置，通过预先的标定测试结果进行预定程序编写，为控制器控制衰减区域的转动角度提供精准参考，以定量控制光器输出功率控制装置的输出功率。

本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述任一实施例的激光器输出功率控制装置的控制方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、终端、或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、RAM、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

与上述的计算机存储介质对应的是，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行程序时实现如上述各实施例中的任意一种激光器输出功率控制装置的控制方法。

该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图13所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种激光器输出功率控制装置的控制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

上述计算机设备，通过预先的标定测试结果进行预定程序编写，为控制器控制衰减区域的转动角度提供精准参考，以定量控制光器输出功率控制装置的输出功率。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种激光器输出功率控制装置，其特征在于，包括：

衰减器(100)，所述衰减器(100)包括中性衰减片(1)以及用于驱动所述中性衰减片(1)转动的驱动机构(2)；所述中性衰减片(1)的表面具有镀膜的衰减区域(13)以及未镀膜的非衰减区域，衰减区域(13)具有第一衰减边界(11)和第二衰减边界(12)，由第一衰减边界(11)至第二衰减边界(12)的镀膜厚度线性增加；所述衰减区域(13)的角度为270°，所述非衰减区域的角度为90°，所述非衰减区域镀增透膜；中性衰减片(1)的光学密度范围为0.04-4，光学密度从镀膜起始位置线性增加；

控制器(200)，所述控制器(200)与所述衰减器(100)电性连接，并基于预定程序控制驱动机构(2)转动，以控制所述衰减区域(13)的转动角度；

所述中性衰减片(1)为圆形，所述第一衰减边界(11)和所述第二衰减边界(12)径向设置；

其中，所述衰减区域(13)的镀膜对激光能量的吸收率沿旋转角度线性变化，通过旋转所述衰减区域(13)提供线性可调的衰减；

所述驱动机构(2)包括步进电机(21)和传动组件，所述步进电机(21)通过传动组件驱动所述中性衰减片(1)转动；

所述传动组件包括主动轮(22)、从动轮(23)和同步带(24)，所述步进电机(21)的输出轴与主动轮(22)连接，所述主动轮(22)通过同步带(24)与从动轮(23)连接，所述从动轮(23)通过旋转轴与中性衰减片(1)的中心处连接，且旋转轴与中性衰减片(1)所在平面垂直；

所述预定程序根据标定测试结果进行编写，所述标定测试结果包括转动角度与输出功率的映射关系；将所述预定程序下发至所述控制器(200)，以指示所述控制器(200)根据预定程序控制驱动机构转动。

2.根据权利要求1所述的激光器输出功率控制装置，其特征在于，所述中性衰减片(1)采用紫外熔融石英基底，所述中性衰减片(1)的表面镀膜为铬镍铁合金金属膜。

3.根据权利要求1或2所述的激光器输出功率控制装置，其特征在于，还包括直流电源(400)，以备为所述控制器(200)供电。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的激光器输出功率控制装置的控制方法，其特征在于，包括步骤：

获取标定测试结果；其中，所述标定测试结果包括转动角度与输出功率的映射关系；

根据所述标定测试结果进行预定程序编写；

将所述预定程序下发至所述控制器(200)，以指示所述控制器(200)根据预定程序控制驱动机构转动；

所述获取标定测试结果的过程，包括步骤：

获取第一输出功率以及对应的第一转动角度；

获取第二输出功率以及对应的第二转动角度；

根据所述第一输出功率、所述第一转动角度、所述第二输出功率和所述第二转动角度建立所述输出功率与转动角度的映射关系；

根据第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度建立输出功率与转动角度的映射关系的过程，包括步骤：

建立神经网络模型，将第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度作为神经网络模型的训练集进行迭代训练，确定输出功率与转动角度的映射关系；

通过设置神经网络模型的训练过程，为每一输入参数进行权重赋值，每一输入参数对应一输出参数，如下式：

其中，i表示任一输入参数，IN(i)表示权重，H(I)表示权重的约束函数；

通过神经网络模型的迭代训练，获得一个较为粗糙的权重值，将输入参数中权重值最大的映射回路作为映射关系的确定路线；

根据第一输出功率、第一转动角度、第二输出功率和第二转动角度建立输出功率与转动角度的映射关系的过程，包括步骤：

为神经网络模型建立损失函数和预测函数，通过损失函数和预测函数获得输出功率与转动角度的映射关系的权重；

其中，通过损失函数与预测函数的补充，对较为粗糙的权重值进行优化和约束，提高权重的预测准确率；

损失函数与预设函数用于替换原神经网络模型的损失函数；以卷积神经网络为例，在卷积层进行处理后，由损失函数和预测函数进行约束；

损失函数如下式：

其中，α_P表示神经网络模型的预测值，α_T表示预测值的输入值，δ表示用于防止过拟合的变量；Ω_α表示权重；

预测函数如下式：

其中，β_T表示训练集的输入值，β_P表示训练集的输出值；

所述根据所述标定测试结果进行预定程序编写，包括步骤：

根据所述标定测试结果对应的转动角度，确定对应的控制器(200)的控制参数，作为所述预定程序；其中，所述控制参数用于约束所述驱动机构转动的角度；

控制器(200)及上位机软件会随时记录步进电机(21)的位移。

5.根据权利要求4所述的激光器输出功率控制装置的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一输出功率、所述第一转动角度、所述第二输出功率和所述第二转动角度建立所述输出功率与转动角度的映射关系的过程，包括步骤：

根据所述第一输出功率与所述第二输出功率的差值，以及所述第一转动角度与所述第二转动角度的差值，根据差值间的线性相关，确定所述输出功率与转动角度的映射关系。

6.一种激光器输出功率控制装置的控制装置，其特征在于，执行权利要求4或5所述的控制方法，包括：

标定获取模块，用于获取标定测试结果；其中，所述标定测试结果包括转动角度与输出功率的映射关系；

控制设定模块，用于根据所述标定测试结果进行预定程序编写；

控制下发模块，用于将所述预定程序下发至所述控制器(200)，以指示所述控制器(200)根据预定程序控制驱动机构转动。

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