CN102946046A - 激光能量控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光能量控制方法和系统。所述方法包括：获取激光器的平均发射功率，判断所述平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小，根据判断结果调整所述激光器的激光发射脉冲占空比使所述平均发射功率趋于预设功率。上述激光能量控制方法和系统，通过获取激光器的平均发射功率，判断平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小，根据判断结果调整激光器的激光发射脉冲占空比使平均发射功率趋于预设功率，从而使激光器的平均发射功率保持稳定，激光打标时使标记的颜色和深度均匀，提高了加工质量和加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及控制技术，特别是涉及一种激光能量控制方法和系统。
背景技术
激光最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词，意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
激光的特点有定向发光、亮度极高、颜色极纯和能量密度极大等特点。激光应用广泛，主要有激光打标、光纤通信、激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矫视、激光美容、激光扫描和激光灭蚊器等等。
激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，以使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。
部分大功率激光器在长时间出光操作时，存在着出光功率不稳定等现象，这种现象造成了在激光打标时颜色和深度不均匀，可重复性较差，严重影响了加工质量和加工效率。
发明内容
基于此，有必要针对因出光功率不稳定导致在激光打标时颜色和深度不均匀问题，提供一种能稳定激光出光功率的激光能量控制方法。
此外，还有必要提供一种能稳定激光出光功率的激光能量控制系统。
一种激光能量控制方法，包括如下步骤：
获取激光器的平均发射功率；
判断平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小；
根据判断结果调整激光器的激光发射脉冲占空比使平均发射功率趋于预设功率。
一种激光能量控制系统，包括：
获取模块，用于获取激光器的平均发射功率；
判断模块，用于判断平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小；
调整模块，用于根据判断结果调整激光器的激光发射脉冲占空比使平均发射功率趋于预设功率。
上述激光能量控制方法和系统，通过获取激光器的平均发射功率，判断平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小，根据判断结果调整激光器的激光发射脉冲占空比使平均发射功率趋于预设功率，从而使激光器的平均发射功率保持稳定，激光打标时使标记的颜色和深度均匀，提高了加工质量和加工效率。
附图说明
图1为一个实施例中激光能量控制方法流程图；
图2为一个实施例中激光能量控制系统结构示意图；
图3为另一个实施例中激光能量控制系统结构示意图；
图4为一个是实施例中激光能量控制系统连接示意图；
图5为另一个实施例中激光能量控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例及附图对激光能量控制方法和系统的技术方案进行详细的描述，以使其更加清楚。
如图1所示，在一个实施例中，一种激光能量控制方法，包括如下步骤：
步骤S110，获取激光器的平均发射功率。
本实施例中，通过预设的频率实时采样激光器的发射能量，然后根据发射能量计算激光器的平均发射功率。平均发射功率能更准确地表示激光器的发射功率。激光器可以是CO2激光器（二氧化碳激光器）、YGA激光器（YGA，yttriumaluminum garnet，钇铝石榴石）、半导体泵浦激光器等激光器。激光器的平均发射功率可以是通过激光功率测试计、激光能量计、激光功率指示仪、激光功率计或者激光功率测试仪等激光能量或者功率的测试设备获取。
在一个实施例中，可以通过探测激光热量获取激光器的发射功率，并根据发射功率计算平均发送功率。探测激光的热量主要是利用了激光热效应，激光所携带的能量越高，从激光中能够获取的热量越多，温度传感器，如热敏晶体管，可以根据热量输出正相关的电荷量，根据该电荷量可以计算得出相应的发射功率，计算该发射功率的平均值即可表示激光器的平均发射功率。
步骤S130，判断平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小。
本实施例中，读取存储器中的预设功率，然后与获取的平均发射功率进行对比，判断平均发射功率是否大于、小于或者等于预设功率。预设功率可以是人工设置的功率值，在平均发射功率等于预设功率时，激光打标的颜色或者深度等效果保持稳定，如颜色均匀或者深度相等，在平均发射功率大于或者小于预设功率时，激光打标的效果将不稳定。
步骤S150，根据判断结果调整激光器的激光发射脉冲占空比使平均发射功率趋于预设功率。
本实施例中，由于激光器长时间工作会出现发射功率变化的现象，当激光打标的时间一定时，激光器的发射能量就会发生改变，从而导致激光打标的效果发生变化，如颜色或者深度不均匀。所以可以根据判断结果调整激光器的激光发射脉冲占空比，使激光器在激光打标的目标点的发射能量不变，即平均功率不变，趋于预设功率，使激光打标时打出深度或者颜色均匀的标记。其中，激光发射脉冲占空比是指激光发射的脉冲序列中正脉冲持续时间与脉冲周期的比值。
具体的，如果判断得到平均发射功率大于预设功率，则减少激光发射脉冲占空比；如果平均发射功率小于预设功率，则增加激光发射脉冲占空比；如果平均发射功率等于预设功率，则不改变激光发射脉冲占空比。根据功率乘以时间等于能量的计算方法，可以通过调整激光的发射时间来弥补因激光器的发射功率变化而引起的总的发射能量的不足。
在一个实施例中，如果平均发射功率大于预设功率，则按预设的能量等级逐步减少激光发射脉冲占空比；如果平均发射功率小于预设功率，则按预设的能量等级逐步增加激光发射脉冲占空比。其中，能量等级是指发射功率的量化级别，按照能量等级逐步增加或逐步减少是指按照线性方式逐步调节发射功率，例如按照10、20、30逐步调节，或按照90、91、92逐步调节。因为最终要调整的是激光器的发射能量，所以根据能量等级来调整时间可以使操作更直观和更准确。另外，逐步调整激光发射脉冲占空比，可以避免使激光器发射能量跳变过大而不能实时响应。
上述激光能量控制方法和系统，通过获取激光器的平均发射功率，判断平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小，根据判断结果调整激光器的激光发射脉冲占空比使平均发射功率趋于预设功率，从而使激光器的平均发射功率保持稳定，激光打标时使标记的颜色和深度均匀，提高了加工质量和加工效率。
在一个实施例中，上述存储器中的预设功率还可以是自动保存的，即自动将激光器在预设参数下稳定工作时的发射功率保存到存储器中作为预设功率。在激光器充分冷却后启动激光器，并在预设好的参数下运行，该参数如尺寸、精度、波长或者脉冲频率等，此时激光器的工作状态可以看作是稳定的工作状态，获取的发射功率是预设参数下优选的发射功率，自动将该优选的发射功率保存到存储器中作为用来对比的预设功率。该存储器可以是flash（闪存）等能快速读取的存储器。自动将激光器稳定工作时的发射功率保存到存储器中，减少了操作步骤，节省了劳动。
如图2所示，在一个实施例中，一种激光能量控制系统，包括：
获取模块110，用于获取激光器的平均发射功率。
本实施例中，获取模块110通过预设的频率实时采样激光器的发射能量，然后根据发射能量计算激光器的平均发射功率。平均发射功率能更准确地表示激光器的发射功率。激光器可以是CO2激光器、YGA激光器、半导体泵浦激光器等激光器。获取设备可以是激光功率测试计、激光能量计、激光功率指示仪、激光功率计或者激光功率测试仪等激光能量或者功率的测试设备。
在一个实施例中，上述获取模块110还用于通过探测激光热量获取激光器的发射功率，并根据发射功率计算平均发送功率。探测激光的热量主要是利用了激光热效应，激光所携带的能量越高，从激光中能够获取的热量越多，温度传感器，如热敏晶体管，可以根据热量输出正相关的电荷量，根据该电荷量可以计算得出相应的发射功率，计算该发射功率的平均值即可表示激光器的平均发射功率。
判断模块130，用于判断平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小。
本实施例中，判断模块130读取存储器中的预设功率，然后与获取的平均发射功率进行对比，判断平均发射功率是否大于、小于或者等于预设功率。预设功率可以是人工设置的功率值，在平均发射功率等于预设功率时，激光打标的颜色或者深度等效果保持稳定，如颜色均匀或者深度相等，在平均发射功率大于或者小于预设功率时，激光打标的效果将不稳定。
调整模块150，用于根据判断结果调整激光器的激光发射脉冲占空比使平均发射功率趋于预设功率。
本实施例中，由于激光器长时间工作会出现发射功率变化的现象，当激光打标的时间一定时，激光器的发射能量就会发生改变，从而导致激光打标的效果发生变化，如颜色或者深度不均匀。调整模块150可以根据判断结果调整激光器的激光发射脉冲占空比长度，使激光器在激光打标的目标点的发射能量不变，即平均功率不变，趋于预设功率，使激光打标时打出深度或者颜色均匀的标记。
具体的，如果判断模块130判断得到平均发射功率大于预设功率，调整模块150则减少激光发射脉冲占空比；如果平均发射功率小于预设功率，调整模块150则增加激光发射脉冲占空比；如果平均发射功率等于预设功率，调整模块150则不改变激光发射脉冲占空比。根据功率乘以时间等于能量的计算方法，可以通过调整激光的发射时间来弥补因激光器的发射功率变化而引起的总的发射能量的不足。
在一个实施例中，如果平均发射功率大于预设功率，调整模块150则按预设的能量等级逐步减少激光发射脉冲占空比；如果平均发射功率小于预设功率，调整模块150则按预设的能量等级逐步增加激光发射脉冲占空比；如果平均发射功率等于预设功率，调整模块150则不改变激光发射脉冲占空比。其中，能量等级是指发射功率的量化级别，按照能量等级逐步增加或逐步减少是指按照线性方式逐步调节发射功率，例如按照10、20、30逐步调节，或按照90、91、92逐步调节。因为最终要调整的是激光器的发射能量，所以根据能量等级来调整时间可以使操作更直观和更准确。另外，逐步调整激光发射脉冲占空比，可以避免使激光器发射能量跳变过大而不能实时响应。
上述激光能量控制方法和系统，通过获取激光器的平均发射功率，判断平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小，根据判断结果调整激光器的激光发射脉冲占空比使平均发射功率趋于预设功率，从而使激光器的平均发射功率保持稳定，激光打标时使标记的颜色和深度均匀，提高了加工质量和加工效率。
如图3所示，在一个实施例中，上述激光能量控制系统还包括存储模块170，用于将激光器在预设参数下稳定工作时的发射功率保存到存储器中作为预设功率。即存储器中的预设功率还可以是存储模块170自动保存的。在激光器充分冷却后启动激光器，使激光器在预设好的参数下运行，该参数如尺寸、精度、波长或者脉冲频率等，此时激光器的工作状态可以看作是稳定的工作状态，存储模块170获取的发射功率是预设参数下优选的发射功率，自动将该优选的发射功率保存到存储器中作为用来对比的预设功率。该存储器可以是flash等能快速读取的存储器。存储模块170自动将激光器稳定工作时的发射功率保存到存储器中，减少了操作步骤，节省了劳动。
下面结合一个具体的实施例来说明上述激光能量控制方法和系统。如图4所示，激光功率计连接激光控制器，激光控制器连接激光器，激光器连接激光功率计。如图5所示，激光功率计实时获取激光器的平均发射功率值，激光控制器读取Flash中的预设功率值并对比激光器获取的平均发射功率值，判断平均发射功率值对预设功率值的大小，如果大于，激光控制器控制激光器减少激光发射脉冲占空比，使平均发射功率值趋于预设功率值；如果小于，激光控制器控制激光器增加激光发射脉冲占空比使平均发射功率值趋于预设功率值；如果等于，则返回，继续获取激光器的平均发射功率值。上述激光控制器可以是判断模块及控制模块。
以上所述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本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 (10)
1.一种激光能量控制方法，包括如下步骤：
获取激光器的平均发射功率；
判断所述平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小；
根据判断结果调整所述激光器的激光发射脉冲占空比以使所述平均发射功率趋于预设功率。
2.根据权利要求1所述的激光能量控制方法，其特征在于，所述获取激光器的平均发射功率的步骤为：
通过探测激光热量获取激光器的发射功率；
根据所述发射功率计算平均发射功率。
3.根据权利要求1所述的激光能量控制方法，其特征在于，所述根据判断结果调整所述激光器的激光发射脉冲占空比以使所述平均发射功率趋于预设功率的步骤为：
若所述平均发射功率大于预设功率，则减少所述激光发射脉冲占空比；
若所述平均发射功率小于预设功率，则增加所述激光发射脉冲占空比。
4.根据权利要求3所述的激光能量控制方法，其特征在于，所述根据判断结果调整所述激光器的发射时间使所述平均发射功率趋于预设功率的步骤为：
若所述平均发射功率大于预设功率，则按预设的能量等级逐步减少激光发射脉冲占空比；
若所述平均发射功率小于预设功率，则按预设的能量等级逐步增加激光发射脉冲占空比。
5.根据权利要求1所述的激光能量控制方法，其特征在于，所述方法还包括将激光器在预设参数下稳定工作时的发射功率保存到存储器中作为预设功率的步骤。
6.一种激光能量控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取激光器的平均发射功率；
判断模块，用于判断所述平均发射功率和存储器中的预设功率之间的大小；
调整模块，用于根据判断结果调整所述激光器的激光发射脉冲占空比使所述平均发射功率趋于预设功率。
7.根据权利要求6所述的激光能量控制系统，其特征在于，所述获取模块还用于通过探测激光热量获取激光器的发射功率，并根据所述发射功率计算平均发射功率。
8.根据权利要求6所述的激光能量控制系统，其特征在于，所述调整模块还用于在所述平均发射功率大于预设功率时，减少所述激光发射脉冲占空比，以及在所述平均发射功率小于预设功率时，增加所述激光发射脉冲占空比。
9.根据权利要求8所述的激光能量控制系统，其特征在于，所述调整模块还用于在所述平均发射功率大于预设功率时，按预设的能量等级逐步减少激光发射脉冲占空比，以及在所述平均发射功率小于预设功率时按预设的能量等级逐步增加激光发射脉冲占空比。
10.根据权利要求6所述的激光能量控制系统，其特征在于，所述系统还包括：
存储模块，用于将激光器在预设参数下稳定工作时的发射功率保存到存储器中作为预设功率。
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