CN106785813A - 一种激光功率实时监控的闭环控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光功率实时监控的闭环控制装置，包括在待监测激光光束的光路上依次设置的电动衰减器和取样镜片，激光光束与取样镜片之间形成角度为α的第一入射角，激光光束经取样镜片反射到监测器，监测器的信号输出端连接控制器的信号输入端，控制器的信号输出端连接电动衰减器的控制端，本发明还提供一种激光功率实时监控的闭环控制方法。本发明的结构简单，制作成本低，调节效果好，使用方便，具有较高的实用价值和广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明专利属于激光控制技术领域，具体涉及一种激光功率实时监控的闭环控制装置和方法。
背景技术
在激光的加工设备中，激光的功率状态对激光加工的影响很大；激光器会随着工作时间的增加、环境温度等因素的变化，或者供电不稳等情况，功率会有所变化，对激光加工效果影响极大；另外激光加工不同材料，所用激光功率也不一样，也需要精确调整功率，因此功率实时监控很重要。
目前行业中最常用的方式是常备一个功率计，发现加工工艺出现了变化的时候用功率计测试后再校准，或把功率计集成到设备中，如一种激光功率实时监测装置，可以让操作者时刻关注功率的变化，一旦功率发生变化，及时手动调整功率。
以上方法多采用人工调节功率，主观性较强，且响应时间相对较慢，此时急需一种自动调节快速功率的装置。
发明内容：
本发明的目的是提供一种激光功率实时监控的闭环控制装置和方法，能够对激光光束进行实时的闭环监测控制，以克服背景技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种激光功率实时监控的闭环控制装置，包括在待监测激光光束的光路上依次设置的电动衰减器和取样镜片，激光光束与取样镜片之间形成角度为α的第一入射角，0°≤α＜90°，激光光束经取样镜片反射到监测器，监测器的信号输出端连接控制器的信号输入端，控制器的信号输出端连接电动衰减器的控制端。
较佳地，监测器包括功率探测器、光电传感器、能量计和光束质量分析仪。
较佳地，取样镜片面对激光光束入射方向的一侧为第一面，取样镜片面对激光光束出射方向的一侧为第二面；第一面镀有部分反射膜，第二面镀有激光抗反射增透膜。
较佳地，部分反射膜的反射率为0-10％。
较佳地，部分反射膜包括单波长膜和宽带膜，单波长膜包括的波长包括355nm、532nm和1064nm。
较佳地，还包括指示器，指示器发出指示光束到取样镜片的第二面。
较佳地，指示光束从第二面入射时的入射角为第二入射角，第二入射角的角度与第一入射角的角度相同。
较佳地，第一入射角的角度优选15°。
本发明还提供一种激光功率实时监控的闭环控制方法：通过设置在待监测激光光束光路上的取样镜片将激光光束反射到监测器，由监测器实时获取激光光束并转换为数据信号发送至控制器，控制器对数据信息进行分析，并生成控制信号输出至设置在取样镜片前端的激光光束光路上的电动衰减器，电动衰减器依据控制信号对激光光束进行调节，经调节滞后的激光光束再经取样镜片反射到监测器，形成对激光光束的闭环控制。
较佳地，由监测器获取激光光束并转换为数据信号包括通过功率探测器获取激光光束的并转换为功率数据信号控制器判断数据信号是否在预设范围之内，若在预设范围之内则不作处理，若数据信号高于预设范围的上限，则控制电动衰减器降低激光光束的功率；若数据信号低于预设范围的下限，则控制电动衰减器增大激光光束的功率。
本发明的有益效果在于：可以对激光光束包括功率在内的数据指标进行实时的监测，控制器可以实时接收到监测器输送过来的数据信号，并输出相应的控制信号对电动衰减器进行控制，电动衰减器可依据控制器输出的控制信号对激光光束进行实时的调控。而调控之后的激光光束仍然被反射到监测器继续进行监测并由控制器控制电动衰减器进行调整，达到对激光光束进行闭环控制的目的。取样镜片的第一面和第二面镀不同的膜，第一面镀有部分反射膜，第二面镀有激光抗反射增透膜，入射角度和取样镜片镀的膜可以依据需要做不同的调整，达到更好的取样和调整效果。本发明的结构简单，制作成本低，调节效果好，使用方便，具有较高的实用价值和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中：1-电动衰减器，2-取样镜片，3-监测器，4-控制器，5-指示器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例一
一种激光功率实时监控的闭环控制装置，包括在待监测激光光束的光路上依次设置的电动衰减器1和取样镜片2，激光光束与取样镜片2之间形成角度为α的第一入射角，0°≤α＜90°，激光光束经取样镜片2反射到监测器3，监测器3的信号输出端连接控制器4的信号输入端，控制器4的信号输出端连接电动衰减器1的控制端。监测器3包括功率探测器、光电传感器、能量计和光束质量分析仪。本实施例的监测器3为功率探测器。第一入射角的角度优选15°。
取样镜片2面对激光光束入射方向的一侧为第一面，取样镜片2面对激光光束出射方向的一侧为第二面；第一面镀有部分反射膜HR，第二面镀有激光抗反射增透膜AR。部分反射膜的反射率为0-10％。
第一面的部分反射膜包括单波长膜和宽带膜，单波长膜包括的波长包括355nm、532nm和1064nm。第一面的部分反射膜可根据不同情况而镀膜不同的膜，对于偏振状态不好的激光，需要镀消偏振的反射膜；对于偏振状态较好的激光，可选择仅做抛光处理。
还包括指示器5，指示器5发出指示光束从取样镜片2的第二面，由从取样镜片2的第二面，经第二面反射后与激光重合，起指示作用。
实施例二
一种激光功率实时监控的闭环控制方法：通过设置在待监测激光光束光路上的取样镜片2将激光光束反射到监测器3，由监测器3实时获取激光光束并转换为数据信号发送至控制器4，控制器4对数据信息进行分析，并生成控制信号输出至设置在取样镜片2前端的激光光束光路上的电动衰减器1，电动衰减器1依据控制信号对激光光束进行调节，经调节滞后的激光光束再经取样镜片2反射到监测器3，形成对激光光束的闭环控制。
由监测器3获取激光光束并转换为数据信号包括通过功率探测器获取激光光束的并转换为功率数据信号控制器4判断数据信号是否在预设范围之内，若在预设范围之内则不作处理，若数据信号高于预设范围的上限，则控制电动衰减器1降低激光光束的功率，若数据信号低于预设范围的下限，则控制电动衰减器1增大激光光束的功率。功率探测器是高精度的集成功率探测器，功率探测器固定在一块铝板且连接在光具座底板上用于散热。功率探测器的测试数据需要做处理，实际测得的功率只是取样功率，实际功率＝取样功率/反射率。电动衰减器1具有响应速度快，精度高，且重复性好等特点。
本实施例还可以通过能量计获取激光光束并转换为能量数据信号，通过光束质量分析仪获取激光光束并转换为质量数据信号；并由控制器4进行后续分析处理，并输出相应的控制信号。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。本说明书中未作详细描述的部分属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种激光功率实时监控的闭环控制装置，其特征在于：包括在待监测激光光束的光路上依次设置的电动衰减器(1)和取样镜片(2)，所述激光光束与所述取样镜片(2)之间形成角度为α的第一入射角，0°≤α＜90°，所述激光光束经所述取样镜片(2)反射到监测器(3)，所述监测器(3)的信号输出端连接控制器(4)的信号输入端，所述控制器(4)的信号输出端连接所述电动衰减器(1)的控制端。
2.根据权利要求1所述的一种激光功率实时监控的闭环控制装置，其特征在于：所述监测器(3)包括功率探测器、光电传感器、能量计和光束质量分析仪。
3.根据权利要求1所述的一种激光功率实时监控的闭环控制装置，其特征在于：所述取样镜片(2)面对所述激光光束入射方向的一侧为第一面，所述取样镜片(2)面对所述激光光束出射方向的一侧为第二面；所述第一面镀有部分反射膜，所述第二面镀有激光抗反射增透膜。
4.根据权利要求3所述的一种激光功率实时监控的闭环控制装置，其特征在于：所述部分反射膜的反射率为0-10％。
5.根据权利要求3所述的一种激光功率实时监控的闭环控制装置，其特征在于：所述部分反射膜包括单波长膜和宽带膜，所述单波长膜包括的波长包括355nm、532nm和1064nm。
6.根据权利要求3所述的一种激光功率实时监控的闭环控制装置，其特征在于：还包括指示器(5)，所述指示器(5)发出指示光束到所述取样镜片(2)的所述第二面，经所述第二面反射。
7.根据权利要求6所述的一种激光功率实时监控的闭环控制装置，其特征在于：所述指示光束从所述第二面入射时的入射角为第二入射角，所述第二入射角的角度与所述第一入射角的角度相同。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种激光功率实时监控的闭环控制装置，其特征在于：所述第一入射角的角度优选15°。
9.一种激光功率实时监控的闭环控制方法，其特征在于：通过设置在待监测激光光束光路上的取样镜片(2)将激光光束反射到监测器(3)，由所述监测器(3)实时获取激光光束并转换为数据信号发送至控制器(4)，控制器(4)对数据信息进行分析，并生成控制信号输出至设置在取样镜片(2)前端的激光光束光路上的电动衰减器(1)，所述电动衰减器(1)依据所述控制信号对激光光束进行调节，经调节滞后的激光光束再经所述取样镜片(2)反射到所述监测器(3)，形成对所述激光光束的闭环控制。
10.根据权利要求1所述的一种激光功率实时监控的闭环控制方法，其特征在于：由所述监测器(3)获取激光光束并转换为数据信号包括通过功率探测器获取激光光束的并转换为功率数据信号控制器(4)判断数据信号是否在预设范围之内，若在所述预设范围之内则不作处理，若数据信号高于预设范围的上限，则控制电动衰减器降低激光光束的功率；若数据信号低于预设范围的下限，则控制电动衰减器增大激光光束的功率。
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