CN104505702A - 一种实现激光输出功率缓升缓降控制的方法 - Google Patents
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Abstract
一种实现激光输出功率缓升缓降控制的方法，包括一个可调节控制激光能量输出的光闸装置、一个大功率激光能量吸收体（10）、一套光纤耦合器（11），其特征在于：所述的控制电机（1）带动激光反射镜（5）由位置Ⅰ至位置Ⅱ往复运动，由位置Ⅰ至位置Ⅱ过程中控制电机（1）运转的速度可调节激光输出功率变化曲线，实现缓升；由位置Ⅱ至位置Ⅰ过程中控制电机（1）运转的速度可调节激光输出功率下降曲线，实现缓降。本发明，避免了固体激光器受热弛豫过程影响产生的激光功率过冲现象，能够有效的运用于激光焊接领域的起、收弧工艺及开关光动作。
Description
技术领域
本发明属于大功率激光设备领域，涉及激光器的开关光切换及功率缓升缓降控制的方法。
背景技术
激光器在应用过程中，经常需要进行激光的发射与停止操作，特别是在焊接领域，激光停止时激光能够被内部吸收掉，在发射与停止的过程中需要实现激光功率的缓升缓降，这就需要在激光器中安装光闸装置。
激光功率的缓升缓降目前有电子光闸控制实现，电子光闸通过控制输入电功率来实现输出光功率的控制。在固体激光器中特别是棒状激光器因其明显的热弛豫效应，利用控制电流来控制输出功率的缓升缓降，将导致激光输出功率过冲现象，使激光加工工艺受到影响，特别是将影响激光焊接起止位置的焊接质量，出现凹坑现象。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种实现激光输出功率缓升缓降控制的方法，是一种利用镜片切割光斑控制激光功率变化而不改变输出光斑形状的激光能量输出控制方式，而不需要改变激光器自身激光能量的大小。避免了固体激光器自身激光功率在短时间内急速变化因热效应产生的不稳定因素。能够有效的运用于激光焊接领域的起、收弧工艺，及开关光动作。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种实现激光输出功率缓升缓降控制的方法，包括一个可调节控制激光能量输出的光闸装置、一个大功率激光能量吸收体、一套光纤耦合器，所述的光闸装置由电机、激光反射镜、紧固螺柱、镜架调整座、镜架安装底座和电机固定架组成，所述的镜架调整座和镜架安装底座安装在电机的轴上，所述的激光反射镜安装在所述的镜架调整座上，调节镜架调整座使激光反射镜所在面与轴垂直，保证电机转动时激光反射镜在一个面内运动；电机安装于电机固定架上，电机固定架上设有限位开关Ⅰ和限位开关Ⅱ，即位置Ⅰ和位置Ⅱ，用于限制及指示激光反射镜位置，其特征在于：所述的控制电机带动激光反射镜由位置Ⅰ至位置Ⅱ往复运动，由位置Ⅰ至位置Ⅱ过程中激光一部分经发射进入耦合装置输出一部分入射吸收体中，此时激光反射镜的反射激光光斑的面积决定激光出射功率的大小；由位置Ⅰ至位置Ⅱ过程中控制电机运转的速度可调节激光输出功率变化曲线，实现缓升；由位置Ⅱ至位置Ⅰ过程中控制电机运转的速度可调节激光输出功率下降曲线，实现缓降。
所述的镜架调整座上等分的排列有三个紧固螺柱，每个紧固螺柱上均设有螺纹副及弹簧并将镜架调整座与镜架安装座固定，紧固螺柱用来锁死螺纹副。
所述的激光反射镜为棱形，安装于镜架调整座上，镜边的延长线交于电机的轴心，保证在转动过程中镜片边缘同时切光，便于控制运动周期和时间。
本发明，利用反射镜切割光斑来控制功率能量，可以有效的避免不稳定因素，实现功率的稳定缓升缓降。电机的运动位置与时间可以利用驱动器精准控制激光能量缓升缓降时间。它为激光器功率缓升缓降的控制提供了一种不需要改变激光器自身激光能量大小的可能。避免了固体激光器自身激光功率在短时间内急速变化因热效应产生的不稳定因素。能够有效的运用于激光焊接领域的起、收弧工艺，及开关光动作。
附图说明
图1是本发明的光闸装置结构三维图。
图2是本发明在关闭状态位置示意图。
图3是图2应用在光闸装置中关闭状态位置示意图。
图4是本发明在运动状态示意图。
图5是图4应用在光闸装置中运动状态示意图。
图6是本发明在开启状态位置示意图。
图7是图6应用在光闸装置开启状态位置示意图。
图中：1电机、2限位开关Ⅰ、3限位开关Ⅱ、4激光光束、5激光反射镜片、6紧固螺柱、7镜架调整座、8镜架安装底座、9电机固定架、10吸收体、11光束耦合器、12螺纹副。
具体实施方式
一种实现激光输出功率缓升缓降控制的方法，包括一个可调节控制激光能量输出的光闸装置、一个大功率激光能量吸收体10、一套光纤耦合器11，所述的光闸装置由电机1、激光反射镜5、紧固螺柱6、镜架调整座7、镜架安装底座8和电机固定架9组成，所述的镜架调整座7和镜架安装底座8安装在电机（1）的轴上，所述的激光反射镜（5）安装在所述的镜架调整座（7）上，调节镜架调整座（7）使激光反射镜（5）所在面与轴垂直，保证电机（1）转动时激光反射镜（5）在一个面内运动。控制电机（1）带动运动使激光反射镜5由位置1（图1不挡光）至位置2（图3完全挡光）往复运动。由位置1至位置2过程中激光一部分经发射进入耦合装置输出一部分入射吸收体中，此时镜片反射激光光斑的面积决定激光出射功率的大小。由位置1至位置2过程中控制电机运转的速度可调节激光输出功率变化曲线，实现缓升。同理由位置2至位置1过程中控制电机运转速度可调节激光输出功率下降曲线，实现缓降。激光反射镜（5）由位置1（图1）运动至位置2（图3），又由位置2（图3）运动至位置1（图1）。此过程为一完整的功率缓升缓降开关光过程。此过程中进入耦合器经光纤传输输出的激光经准直光路后光斑为完整光斑。
由图1知，可调节控制激光能量输出的光闸装置，由电机1、镜架调整座7、镜架安装底座8、电机固定架9组成，所述的电机1安装于电机固定架9上，电机1的输出轴上固定有镜架安装座8，镜架调整座7利用三颗螺纹副12及弹簧固定于镜架安装座8上，紧固螺柱6用来锁死螺纹副12，所述的镜架调整座7上设有激光反射镜5，调节镜架调整座7使激光反射镜片5所在面与电机1的输出轴垂直，电机1转动带动激光反射镜5运动，实现对激光光束4的阻挡反射与通过控制。所述的紧固螺柱6等分的排列在镜架调整座7的圆周上，每个紧固螺柱6上均设有内螺纹。所述的电机固定架9上设有限位开关Ⅰ2和限位开关Ⅱ3，用于限制及指示激光反射镜5位置，标示激光开、关状态，激光反射镜5由限位开关Ⅰ2位置Ⅰ运动至限位开关Ⅱ3位置Ⅱ，又由位置Ⅱ运动至位置Ⅰ，为一完整的功率缓升缓降开关光过程。所述的激光反射镜5为棱形，安装于镜架调整座7上，镜边的延长线交于电机轴心，保证在转动过程中镜片边缘同时切光，便于控制运动周期时间。
由图2、图3知，是本发明应用在光闸装置中关闭状态位置示意图。当需要关闭光闸装置取消激光时，电机1带动激光反射镜5由限位开关Ⅱ3运动至限位开关Ⅰ2处。限位开关Ⅰ2监测到位信号，激光光束4入射到吸收体10中。
由图4、图5知，是本发明应用在光闸装置中运动状态示意图。当激光处于输出或关闭过程中的时候激光光束与激光反射镜5位置所示，激光光束4部分进入吸收体10中，部分反射进入光束耦合器11中。此时限位开关Ⅰ2和限位开关Ⅱ3一起指示激光反射镜5处于动作状态。
图6、图7知，是本发明应用在光闸装置开启状态位置示意图。大功率激光，激光反射镜5安于电机1上与大功率激光成45度夹角，吸收体10放置在大功率激光入射光路上，光束耦合器11放在大功率激光经过激光反射镜5反射后的光路上。当需要开启光闸装置输出激光时，电机1带动激光反射镜5由限位开关Ⅰ2运动至限位开关Ⅱ3处，限位开关Ⅱ3监测到位信号，激光经反射由光束耦合器11耦合输出。
本物理方式控制激光出射及缓升缓降具体使用方法为：以一个可调节控制激光能量输出的光闸装置与光束耦合器11，光闸装置上的激光反射镜5与大功率激光成45°角度。大功率激光经激光反射镜5反射后能够进入光束耦合器11中。调整镜架调整座7使电机1转动时，激光反射镜5处于同一平面即激光反射镜5面与电机1轴垂直。锁紧固定螺柱6，吸收体10放置在大功率激光入射光路上。当需要开启光闸装置输出激光时，电机1带动激光反射镜5由限位开关Ⅰ2运动至限位开关Ⅱ3处，限位开关Ⅱ3监测到位信号，激光经反射由光束耦合器11耦合输出。当需要关闭光闸装置取消激光时，电机1带动激光反射镜5由限位开关Ⅱ3运动至限位开关Ⅰ2处。限位开关Ⅰ2监测到位信号，激光入射吸收体10中。以上为光闸装置一个动作周期。控制电机1运动速率可以设置动作周期时间即缓升缓降时间。实现激光功率缓升缓降参数设置与加工工艺速率匹配。
Claims (4)
1.一种实现激光输出功率缓升缓降控制的方法，包括一个可调节控制激光能量输出的光闸装置、一个大功率激光能量吸收体（10）、一套光纤耦合器（11），所述的光闸装置由电机（1）、激光反射镜（5）、紧固螺柱（6）、镜架调整座（7）、镜架安装底座（8）和电机固定架（9）组成，所述的镜架调整座（7）和镜架安装底座（8）安装在电机（1）的轴上，所述的激光反射镜（5）安装在所述的镜架调整座（7）上，调节镜架调整座（7）使激光反射镜（5）所在面与轴垂直，保证电机（1）转动时激光反射镜（5）在一个面内运动；电机（1）安装于电机固定架（9）上，电机固定架（9）上设有限位开关Ⅰ（2）和限位开关Ⅱ（3），即位置Ⅰ和位置Ⅱ，用于限制及指示激光反射镜位置，其特征在于：所述的电机（1）带动激光反射镜（5）由位置Ⅰ至位置Ⅱ往复运动，由位置Ⅰ至位置Ⅱ过程中激光一部分经发射进入耦合装置输出一部分入射吸收体（10）中，此时激光反射镜（5）的反射激光光斑的面积决定激光出射功率的大小；由位置Ⅰ至位置Ⅱ过程中控制电机（1）的速度可调节激光输出功率变化曲线，实现缓升时间的控制；由位置Ⅱ至位置Ⅰ过程中控制电机（1）速度可调节激光输出功率下降曲线，实现缓降时间的控制。
2.根据权利要求1所述的一种实现激光输出功率缓升缓降控制的方法，其特征在于：所述的镜架调整座（7）上等分的排列有三个紧固螺柱（6），每个紧固螺柱（6）上均设有螺纹副（12）及弹簧并将镜架调整座（7）与镜架安装座（8）固定，紧固螺柱（6）用来锁死螺纹副（12）。
3.根据权利要求1所述的一种实现激光输出功率缓升缓降控制的方法，其特征在于：所述的激光反射镜（5）为棱形，安装于镜架调整座（7）上，镜边的延长线交于电机（1）的轴心，保证在转动过程中镜片边缘同时切光，降低电机控制运动响应时间时间。
4.根据权利要求1所述的一种实现激光输出功率缓升缓降控制的方法，其特征在于：所述的紧固螺柱（6）等分的排列在镜架调整座（7）的圆周上，每个紧固螺柱（6）上均设有内螺纹。
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