CN109226100A - 用于脉冲抽运的调q激光清洗的扫描信号控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，所述方法包括以下步骤：设置激光器的参数，开启脉冲抽运调Q激光器，使其发出非连续的脉冲激光；调整信号控制板参数，使锯齿波信号时间等于抽运脉宽时间，锯齿波信号占空比等于脉冲抽运占空比，调整锯齿波信号的触发延时时间，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步；通过振镜电机的非均匀周期性摆动，输出连续均匀的线形激光光斑。本发明的扫描信号控制方法可解决脉冲抽运的调Q激光由于其连发式非连续的脉冲发射模式而导致的扫描光斑分布间断不连续的问题，实现该种类型光源的激光清洗的应用。

Description

用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法

技术领域

本发明属于激光清洗技术领域技术领域，具体涉及一种用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法。

背景技术

激光清洗是一种高效、绿色清洗技术，相对于化学清洗，其不需任何化学药剂和清洗液；相对于机械清洗，其无研磨、无应力、无耗材，对基材损伤极小(文物字画清洗)；激光可利用光纤传输引导，清洗不易达到的部位，适用范围广(核管道清洗)。适用对象也比较广泛，除锈、除漆、除泥污、晶片表面处理；清洁度高(能清除纳米级以下污染微粒)，该技术在国际上已应用于各领域(模具清洗，战机涂层清洗)，而国内由于激光清洗装备还没有普及，应用市场才刚刚起步。激光清洗技术受到了广泛的关注和认可，同时也成为我国各科研院所和企业争相发展的新技术，将成为各行业提供新的经济增长点，为国防安全各领域提供重要保障。

激光光源是激光清洗的核心部件，在获得脉冲激光的方式上，鉴于系统的稳定便捷的应用性，大都采用激光调Q输出，调Q方式也大都采用主动调Q技术。目前，国外典型的专业激光清洗公司主要有：德国的Clean laser公司，该公司主要研究塑胶射出模和橡胶硫化模具、线上、高温的激光清洗设备，目前已经具备了几十瓦到上千瓦的激光清洗设备。法国的Quantel laser公司，该公司原是一个专业制造固体激光器的公司，现也关注激光清洗设备的生产，已经推出了波长1064nm的Laserblast60，500，1000型号的激光清洗设备。其研制的手持式及固定式多款激光清洗装备，在工业清洗相关领域得到了广泛应用，其清洗效果、速度、灵活性均优于传统清洁方法。但国外装备高昂的售价限制了其在我国相关行业中的大范围推广。

我国激光清洗技术的研究和设备的开发起步晚，与国外相比还存在明显的差距。所以国内成熟的激光清洗设备并不多，大部分还处于实验室研究阶段，其清洗效率和稳定性有待进一步的提高。国内外高校院所如西北工大、南开、清华、长春理工、江苏大学已开展激光清洗在各种应用方面的研究。其中大部分采用的激光器功率在50W至200W之间，国产相关成熟装备更是不多见。

激光光源是限制高功率清洗装备国产化的主要因素之一。相比于光纤激光器，基于抗损伤性更好、性价比更高的纳秒级全固态激光器更适于产生高峰值的功率输出，是激光清洗用的优选光源。然而，连续抽运的激光器随着功率的增加，抽运晶体中的热效应也急剧增加，影响了激光功率提升的上限。而脉冲抽运的调Q激光器相比连续抽运的调Q激光器，可以显著的降低激光晶体中的废热，改善激光晶体的热透镜效应，得到更高的输出功率和转换效率，因此其需求的冷却水流量更低，可以显著缩小激光清洗系统体积，实现一体化设计。

然而，由于脉冲抽运的调Q激光器发射的激光是连发式非连续的，采用传统的控制方法很难得到连续均匀的线性光斑。因此开发用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法具有重要的战略意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，以便解决上述问题的至少之一。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，利用一扫描系统，所述扫描系统包括：脉冲抽运调Q激光器，用于发射脉冲激光；振镜片，用于反射所述脉冲抽运的调Q激光器发射的脉冲激光；振镜电机，用于夹持所述振镜片，并带动振镜片产生往返摆动；以及信号控制板，通过控制振镜电机控制锯齿波信号时间、锯齿波信号的触发延时时间、锯齿波信号的占空比以及锯齿波信号的幅度；工作时，所述振镜片通过所述信号控制板控制所述振镜电机产生非均匀周期性往返摆动，使反射的脉冲激光形成连续均匀的线形激光光斑；所述扫描信号控制方法包括以下步骤：(1)设置所述抽运调Q激光器的抽运脉宽，脉冲抽运占空比和调Q重复频率，开启所述脉冲抽运调Q激光器，使其发射出非连续的脉冲激光，所述脉冲激光照射在所述振镜片上；(2)根据步骤(1)中脉冲抽运调Q激光器的设定参数，调整所述信号控制板参数，使锯齿波信号时间等于抽运脉宽时间，使锯齿波信号占空比等于脉冲抽运占空比，并调整锯齿波信号的触发延时时间，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步；(3)根据所述信号控制板输入的外调制信号，带动所述振镜电机摆动，通过振镜电机的非均匀周期性摆动，反射出连续均匀的线形激光光斑。

优选地，步骤(1)中，设置所述脉冲抽运调Q激光器的抽运脉宽为200～1000μs，脉冲抽运占空比为10～50％，调Q重复频率为20～100kHz。

优选地，步骤(1)中，所述脉冲抽运调Q激光器发射出的脉冲激光为非连续的波长为1.06μm的激光；所述脉冲激光照射在振镜片上，输出功率为10～2000W，每秒输出脉冲个数为2000～50000个。

优选地，所述锯齿波信号为控制所述振镜电机往返摆动的外控信号。

优选地，所述锯齿波信号占空比为每秒钟锯齿波信号占据的时间百分比，在锯齿波信号时所述振镜电机能够进行摆动。

优选地，步骤(1)中，所述脉冲抽运占空比是指每秒钟抽运脉宽占据的时间百分比，此时可产生激光。

优选地，步骤(2)中，所述调整锯齿波信号的触发延时时间为精确控制锯齿波信号的触发时机，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步，激光输出和振镜电机同步摆动。

优选地，步骤(3)中，所述振镜电机的非均匀周期性摆动为在有激光输出时所述振镜电机进行一次往返摆动，在无激光输出时所述振镜电机停在零轴位置休息。

优选地，所述用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法应用于激光清洗。

从上述技术方案可以看出，本发明的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法具有以下有益效果：

(1)脉冲抽运的调Q激光器相比连续抽运的调Q激光器，可以显著的降低激光晶体中的废热，改善激光晶体的热透镜效应，得到更高的输出功率和转换效率，需求的冷却水流量更低，可以显著缩小激光清洗系统体积，实现一体化设计；

(2)在有脉冲激光发射时振镜电机进行一次往返摆动，在激光两次连发脉冲之间的闲置时间，振镜电机也在零轴位置休息，相比振镜电机的连续往返摆动，可缩减无用功，有效降低其发热量，有益于振镜电机长期稳定的运转；

(3)由于脉冲抽运的调Q激光器发射的激光是连发式非连续的，振镜电机进行非均匀周期性摆动，可以使连发式非连续的激光整形成连续均匀的线形激光光斑，可应用于激光清洗等应用。

附图说明

图1为本发明实施例中用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例中扫描系统的示意图；

图3为本发明实施例中当抽运脉宽为1000μs、脉冲抽运占空比为50％和调Q重复频率为20～100kHz时，带动振镜电机摆动的锯齿波信号随时间的变化；

图4为本发明实施例中当抽运脉宽为200μs、脉冲抽运占空比为10％和调Q重复频率为20～100kHz时，带动振镜电机摆动的锯齿波信号随时间的变化；

【附图标记说明】

1-脉冲抽运的调Q激光器； 2-信号控制板；

3-振镜电机； 4-振镜片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，所述方法包括以下步骤：设置激光器的参数，开启脉冲抽运调Q激光器，使其发出非连续的脉冲激光；调整信号控制板参数，使锯齿波信号时间等于抽运脉宽时间，锯齿波信号占空比等于脉冲抽运占空比，调整锯齿波信号的触发延时时间，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步；通过振镜电机的非均匀周期性摆动，输出连续均匀的线形激光光斑。本发明的扫描信号控制方法可解决脉冲抽运的调Q激光由于其连发式非连续的脉冲发射模式而导致的扫描光斑分布间断不连续的问题，实现该种类型光源的激光清洗的应用。

具体地，本发明提供一种用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，利用一扫描系统，所述扫描系统包括：脉冲抽运调Q激光器，用于发射脉冲激光；振镜片，用于反射所述脉冲抽运的调Q激光器发射的脉冲激光；振镜电机，用于夹持所述振镜片，并带动振镜片产生往返摆动；以及信号控制板，通过控制振镜电机控制锯齿波信号时间、锯齿波信号的触发延时时间、锯齿波信号的占空比以及锯齿波信号的幅度；工作时，所述振镜片通过所述信号控制板控制所述振镜电机产生非均匀周期性往返摆动，使反射的脉冲激光形成连续均匀的线形激光光斑；所述扫描信号控制方法包括以下步骤：(1)设置所述抽运调Q激光器的抽运脉宽，脉冲抽运占空比和调Q重复频率，开启所述脉冲抽运调Q激光器，使其发射出非连续的脉冲激光，所述脉冲激光照射在所述振镜片上；(2)根据步骤(1)中脉冲抽运调Q激光器的设定参数，调整所述信号控制板参数，使锯齿波信号时间等于抽运脉宽时间，使锯齿波信号占空比等于脉冲抽运占空比，并调整锯齿波信号的触发延时时间，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步；(3)根据所述信号控制板输入的外调制信号，带动所述振镜电机摆动，通过振镜电机的非均匀周期性摆动，反射出连续均匀的线形激光光斑。

步骤(1)中，设置所述脉冲抽运调Q激光器的抽运脉宽为200～1000μs，脉冲抽运占空比为10～50％，调Q重复频率为20～100kHz。

步骤(1)中，所述脉冲抽运调Q激光器发射出的脉冲激光为非连续的波长为1.06μm的激光；所述脉冲激光照射在振镜片上，输出功率为10～2000W，每秒输出脉冲个数为2000～50000个。

所述锯齿波信号为控制所述振镜电机往返摆动的外控信号。

所述锯齿波信号占空比为每秒钟锯齿波信号占据的时间百分比，在锯齿波信号时所述振镜电机能够进行摆动。

步骤(1)中，所述脉冲抽运占空比是指每秒钟抽运脉宽占据的时间百分比，此时可产生激光。

步骤(2)中，所述调整锯齿波信号的触发延时时间为精确控制锯齿波信号的触发时机，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步，激光输出和振镜电机同步摆动。

步骤(3)中，所述振镜电机的非均匀周期性摆动为在有激光输出时所述振镜电机进行一次往返摆动，在无激光输出时所述振镜电机停在零轴位置休息。

所述用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法应用于激光清洗。

以下结合具体实施例和附图，对本发明的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法作进一步的详细说明。

请参阅图1所示，图1是本发明提供的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法流程示意图，该方法采用图2所示的扫描系统，该扫描系统由脉冲抽运的调Q激光器1、信号控制板2、振镜电机3、振镜片4构成，具体包括如下步骤：

步骤1：首先调整激光器的抽运脉宽200～1000μs，脉冲抽运占空比10～50％和调Q重复频率20～100kHz，并开启脉冲抽运调Q激光器，使其发射出非连续的波长为1.06μm的脉冲激光，该激光照射在振镜电机夹持的振镜片上，输出功率为10～2000W，每秒可输出脉冲个数为2000～50000个。

步骤2：如图3所示，根据脉冲抽运调Q激光器的设定参数，相应调整信号控制板参数，使锯齿波信号时间等于抽运脉宽时间，使锯齿波信号占空比等于脉冲抽运占空比，并调整锯齿波信号的触发延时时间，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步；

步骤3：根据信号控制板输入的外调制信号，带动振镜电机进行摆动，通过夹持振镜片的振镜电机的非均匀周期性摆动，最终反射出连续均匀的线形激光光斑。

在本发明中，脉冲抽运调Q激光器的输出激光波长为1.06μm，抽运脉宽为200～1000μs，脉冲抽运占空比为10～50％，调Q重复频率为20～100kHz，输出功率为10～2000W，每秒可输出脉冲个数为2000～50000个。由于连续抽运的激光器随着功率的增加，抽运晶体中的热效应也急剧增加，影响了激光功率提升的上限。而脉冲抽运的调Q激光器相比连续抽运的调Q激光器，可以显著的降低激光晶体中的废热，改善激光晶体的热透镜效应，得到更高的输出功率和转换效率。因此其需求的冷却水流量更低，可以显著缩小激光清洗系统体积，实现一体化设计。

在本发明中，信号控制板用于控制锯齿波信号时间、锯齿波信号的触发延时时间、锯齿波信号的占空比和锯齿波信号的幅度等参数，振镜片用于反射脉冲抽运调Q激光器发射的激光，振镜电机用于夹持振镜片，并带动振镜片产生往返摆动。脉冲抽运占空比是指每秒钟抽运脉宽占据的时间百分比，此时可产生激光。锯齿波信号是指控制振镜电机往返摆动的外控信号。锯齿波信号占空比是指每秒钟锯齿波信号占据的时间百分比，此时振镜电机可进行摆动。

在本发明中，如图3所示，利用锯齿波信号控制振镜电机的摆动，使锯齿波信号时间等于抽运脉宽时间，使锯齿波信号占空比等于脉冲抽运占空比，并调整锯齿波信号的触发延时时间，即可精确控制锯齿波信号的触发时机，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步，达到激光输出和振镜电机同步摆动的效果。即在有脉冲激光发射时振镜电机进行一次往返摆动，在激光两次连发脉冲之间的闲置时间，即无激光输出时振镜电机也在零轴位置休息，相比振镜电机的连续往返摆动，可缩减无用功，有效降低其发热量，有益于振镜电机长期稳定的运转。

在本发明中，由于脉冲抽运的调Q激光器发射的激光是连发式非连续的，采用传统的控制方法很难得到连续均匀的线性光斑。通过本发明提供的方法，使振镜电机进行非均匀周期性摆动，可以使连发式非连续的激光整形成连续均匀的线形激光光斑，可应用于激光清洗等应用。

基于本发明提供的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，将其应用于具体场景。

具体场景1：

脉冲抽运调Q激光器的输出激光波长为1064nm，抽运脉宽为1000μs，脉冲抽运占空比为50％，调Q重复频率为20～100kHz，输出功率为10～2000W，每秒可输出脉冲个数为10000～50000个，如图3所示。

使锯齿波信号时间等于抽运脉宽时间1000μs，使锯齿波信号占空比等于脉冲抽运占空比50％，并调整锯齿波信号的触发延时时间，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步。根据信号控制板输入的外调制信号，带动振镜电机进行摆动，通过振镜电机的非均匀周期性摆动，最终输出连续均匀的线形激光光斑，线性光斑的长度由每秒可输出脉冲个数确定，脉冲个数越多可得到的线形激光光斑越长。

具体场景2：

脉冲抽运调Q激光器的输出激光波长为1064nm，抽运脉宽为200μs，脉冲抽运占空比为10％，调Q重复频率为20～100kHz，输出功率为10～2000W，每秒可输出脉冲个数为2000～10000个，如图4所示。

使锯齿波信号时间等于抽运脉宽时间200μs，使锯齿波信号占空比等于脉冲抽运占空比10％，并调整锯齿波信号的触发延时时间，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步。根据信号控制板输入的外调制信号，带动振镜电机进行摆动，通过振镜电机的非均匀周期性摆动，最终输出连续均匀的线形激光光斑，线性光斑的长度由每秒可输出脉冲个数确定，脉冲个数越多可得到的线形激光光斑越长。

综上所述，本发明的扫描信号控制方法可解决脉冲抽运的调Q激光由于其连发式非连续的脉冲发射模式而导致的扫描光斑分布间断不连续的问题，实现该种类型光源的激光清洗的应用。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，利用一扫描系统，所述扫描系统包括：

脉冲抽运调Q激光器，用于发射脉冲激光；

振镜片，用于反射所述脉冲抽运的调Q激光器发射的脉冲激光；

振镜电机，用于夹持所述振镜片，并带动振镜片产生往返摆动；以及

信号控制板，通过控制振镜电机控制锯齿波信号时间、锯齿波信号的触发延时时间、锯齿波信号的占空比以及锯齿波信号的幅度；

工作时，所述振镜片通过所述信号控制板控制所述振镜电机产生非均匀周期性往返摆动，使反射的脉冲激光形成连续均匀的线形激光光斑；

其特征在于，所述扫描信号控制方法包括以下步骤：

(1)设置所述抽运调Q激光器的抽运脉宽，脉冲抽运占空比和调Q重复频率，开启所述脉冲抽运调Q激光器，使其发射出非连续的脉冲激光，所述脉冲激光照射在所述振镜片上；

(2)根据步骤(1)中脉冲抽运调Q激光器的设定参数，调整所述信号控制板参数，使锯齿波信号时间等于抽运脉宽时间，使锯齿波信号占空比等于脉冲抽运占空比，并调整锯齿波信号的触发延时时间，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步；

(3)根据所述信号控制板输入的外调制信号，带动所述振镜电机摆动，通过振镜电机的非均匀周期性摆动，反射出连续均匀的线形激光光斑。

2.根据权利要求1所述的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，其特征在于，步骤(1)中，设置所述脉冲抽运调Q激光器的抽运脉宽为200～1000μs，脉冲抽运占空比为10～50％，调Q重复频率为20～100kHz。

3.根据权利要求1所述的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，其特征在于，

步骤(1)中，所述脉冲抽运调Q激光器发射出的脉冲激光为非连续的波长为1.06μm的激光；

所述脉冲激光照射在振镜片上，输出功率为10～2000W，每秒输出脉冲个数为2000～50000个。

4.根据权利要求1所述的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，其特征在于，所述锯齿波信号为控制所述振镜电机往返摆动的外控信号。

5.根据权利要求1所述的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，其特征在于，所述锯齿波信号占空比为每秒钟锯齿波信号占据的时间百分比，在锯齿波信号时所述振镜电机能够进行摆动。

6.根据权利要求1所述的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，其特征在于，步骤(1)中，所述脉冲抽运占空比是指每秒钟抽运脉宽占据的时间百分比，此时可产生激光。

7.根据权利要求1所述的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述调整锯齿波信号的触发延时时间为精确控制锯齿波信号的触发时机，使锯齿波信号和脉冲抽运调Q激光器的抽运时间同步，激光输出和振镜电机同步摆动。

8.根据权利要求1所述的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，其特征在于，步骤(3)中，所述振镜电机的非均匀周期性摆动为在有激光输出时所述振镜电机进行一次往返摆动，在无激光输出时所述振镜电机停在零轴位置休息。

9.根据权利要求1所述的用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法，其特征在于，所述用于脉冲抽运的调Q激光清洗的扫描信号控制方法应用于激光清洗。