CN109449741A - 激光能量控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光能量控制系统和方法，所述系统包括上位机、控制电路、时序电路和激光器；所述上位机的第一端与所述控制电路的第一端连接，所述上位机的第二端与所述时序电路的第一端连接，所述控制电路的第二端与所述时序电路的第二端连接，所述时序电路的输出端与所述激光器连接。上述系统中增加了时序电路，时序电路根据门控信号的下降沿，判断触发脉冲信号是否到达最后一个信号周期，等触发脉冲信号执行完最后一个信号周期的脉冲周期信号后，关闭触发脉冲信号和门控信号；使得触发脉冲信号的最后一个脉冲宽度与前期脉冲宽度一致，保证了脉冲能量的稳定性和一致性，可以满足精密器件的加工要求，减少了产品的不良率。

Description

激光能量控制系统和方法
技术领域
本发明涉及激光领域，尤其涉及一种激光能量控制系统和方法。
背景技术
脉冲激光器是指单个激光脉冲宽度小于0.25秒、每间隔一定时间才工作一次的激光器，它具有较大输出功率，适合于激光打标、切割、钻孔等。
传统情况下，在使用脉冲激光器进行加工的时候，对于激光开关光的控制，是上位机发指令给控制卡，控制卡产生周期性的脉冲TRIG信号，TRIG信号的产生和中止就是激光器出光的打开和关闭。TRIG信号的每个脉冲周期的高电平是蓄能时间，低电平其中某段时间是出光时间，蓄能时间的长短决定激光能量的大小。
但是，上述加工方法不能保证最后一个脉冲能量的稳定性和一致性，难以满足精密器件的加工要求，增大了产品的不良率。
发明内容
通常使用脉冲激光器加工的时候，激光的开关是按加工位置触发，平台开始加工位置到结束加工位置的时间是不确定的，存在开始加工位置到结束加工位置的时间不是激光输出周期整数倍的情况，因此最后一个脉冲的宽度很大可能小于前面的脉冲宽度，导致最后一个脉冲蓄能时间短。基于此，有必要针对上述问题提供一种激光能量控制系统和方法。
第一方面，本申请实施例提供一种激光能量控制系统，包括：
一种激光能量控制系统，所述系统包括上位机、控制电路、时序电路和激光器；所述上位机的第一端与所述控制电路的第一端连接，所述上位机的第二端与所述时序电路的第一端连接，所述控制电路的第二端与所述时序电路的第二端连接，所述时序电路的输出端与所述激光器连接；
所述上位机用于向所述控制电路发送第一控制指令；所述第一控制指令包括所述激光器的开启时刻和关闭时刻；
所述控制电路用于根据所述第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号，并将所述触发脉冲信号和门控信号传输给所述时序电路；
所述时序电路用于在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制所述激光器停止发射激光信号。
上述激光能量控制系统，所述系统包括上位机、控制电路、时序电路和激光器；所述上位机的第一端与所述控制电路的第一端连接，所述上位机的第二端与所述时序电路的第一端连接，所述控制电路的第二端与所述时序电路的第二端连接，所述时序电路的输出端与所述激光器连接；所述上位机用于向所述控制电路发送第一控制指令；所述第一控制指令包括所述激光器的开启时刻和关闭时刻；所述控制电路用于根据所述第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号，并将所述触发脉冲信号和门控信号传输给所述时序电路；所述时序电路用于在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制所述激光器停止发射激光信号。本系统中增加了时序电路，时序电路根据门控信号的下降沿，判断触发脉冲信号是否到达最后一个信号周期，等触发脉冲信号执行完最后一个信号周期的脉冲周期信号后，关闭触发脉冲信号和门控信号,来控制激光器停止出光；使得触发脉冲信号的最后一个脉冲宽度与前期脉冲宽度一致，保证了脉冲能量的稳定性和一致性，可以满足精密器件的加工要求，减少了产品的不良率。
在其中一个实施例中，所述时序电路包括第一时序子电路和第二时序子电路；所述第一时序子电路的第一端与所述上位机的第二端相连，所述第一时序子电路的第二端与所述第二时序子电路的第一端连接，所述第二时序子电路的第二端与所述控制电路的第二端连接，所述第二时序子电路的输出端与所述激光器连接；所述第一时序子电路用于接收所述上位机发送的第二控制指令，所述第二控制指令用于配置所述触发脉冲信号的周期和脉冲宽度；所述第二时序子电路用于在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制所述激光器停止发射激光信号。
在其中一个实施例中，所述第二时序子电路还用于在检测到所述门控信号的上升沿到达时，向所述激光器输出驱动信号，以使所述激光器发射激光信号。
在其中一个实施例中，所述第一时序子电路为ARM电路，所述第二时序子电路为FPGA电路。
在其中一个实施例中，所述ARM电路与所述FPGA电路通过总线进行通信。
在其中一个实施例中，所述ARM电路与所述上位机以串口方式通信。
第二方面，本申请实施例提供一种激光能量控制方法，包括：
接收第一控制指令；所述第一控制指令包括所述激光器的开启时刻和关闭时刻；
根据所述第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号；
在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制激光器停止发射激光信号。
上述激光能量控制方法，接收第一控制指令，根据所述第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号，在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制激光器停止发射激光信号；上述方法通过第一控制指令，控制电路产生触发脉冲信号和门控信号，时序电路不断检测门控信号的下降沿，当检测到门控信号的下降沿到来时，根据预设程序延长触发脉冲信号最后一个周期的脉冲，即等触发脉冲信号执行完最后一个信号周期的信号后，关闭触发脉冲信号和门控信号；使得触发脉冲信号的最后一个脉冲宽度与前期脉冲宽度一致，保证了脉冲能量的稳定性和一致性，可以满足精密器件的加工要求，减少了产品的不良率。
在一个实施例中，所述方法还包括：在检测到所述门控信号的上升沿到达时，向所述激光器输出驱动信号，以使所述激光器发射激光信号。
在一个实施例中，所述方法还包括：
接收所述上位机发送的第二控制指令；
根据所述第二控制指令配置所述触发脉冲信号的周期和脉冲宽度。
在一个实施例中，所述接收第一控制指令，包括：
通过总线通信方式，接收上位机发送的所述第一控制指令。
上述激光能量控制系统和方法，通过系统中的时序电路，来延长断触发脉冲信号最后一个信号周期的脉冲宽度，即等触发脉冲信号执行完最后一个信号周期的信号后，关闭触发脉冲信号和门控信号；使得触发脉冲信号的最后一个脉冲宽度与前期脉冲宽度一致，保证了脉冲能量的稳定性和一致性，可以满足精密器件的加工要求，减少了产品的不良率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种激光能量控制系统示意图；
图2为另一个申请实施例提供的一种激光能量控制系统示意图；
图3为激光能量控制系统的一种实例示意图；
图4为脉冲信号延长过程示意图；
图5为一个申请实施例提供的一种激光能量控制方法流程图；
图6为另一个申请实施例提供的激光能量控制方法流程图。
附图标记说明：
1：上位机；
2：控制电路；
3：时序电路；
4：激光器；
11：上位机的第一端；
12：上位机的第二端；
21：控制电路的第一端；
22：控制电路的第二端；
31：第一时序子电路；
32：第二时序子电路；
33：时序电路的第二端；
34：时序电路的第一端；
311：第一时序子电路的第一端；
312：第一时序子电路的第二端；
321：第二时序子电路的第一端；
322：第二时序子电路的第二端。
具体实施例
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
图1为本申请实施例提供的一种激光能量控制系统示意图，该系统包括：上位机1、控制电路2、时序电路3和激光器4；所述上位机的第一端11与所述控制电路的第一端21连接，所述上位机的第二端12与所述时序电路的第一端34连接，所述控制电路的第二端22与所述时序电路的第二端33连接，所述时序电路3的输出端与所述激光器4连接；所述上位机1用于向所述控制电路2发送第一控制指令；所述第一控制指令包括所述激光器4的开启时刻和关闭时刻；所述控制电路2用于根据所述第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号，并将所述触发脉冲信号和门控信号传输给所述时序电路3；所述时序电路3用于在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制所述激光器停止发射激光信号。
在本实施例中，通过上位机1可以随时修改触发脉冲信号的周期和脉冲宽度，并且上位机1可以提供计算和控制能力；可选地，上位机1可以是个人计算机(personalcomputer，PC)。控制电路2用于根据上位机1发送的第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号，并将触发脉冲信号和门控信号传输给时序电路3；可选地，控制电路2可以是门电路或者振荡器。时序电路3不断检测门控信号的上升沿和下降沿，在检测到门控信号的下降沿到达时，通过预设程序延长触发脉冲信号的最后一个周期的脉冲宽度，待触发脉冲信号执行完最后一个信号后，同时关闭触发脉冲信号和门控信号。激光器4根据时序电路3传输的触发脉冲信号和门控信号发出或者关闭激光。可选地，激光器4可以是半导体激光器或者固体激光器，也可以是气体激光器。
本申请提供的激光能量控制系统，所述系统包括上位机1、控制电路2、时序电路3和激光器4；所述上位机的第一端11与所述控制电路的第一端21连接，所述上位机的第二端12与所述时序电路的第一端34连接，所述控制电路的第二端22与所述时序电路的第二端33连接，所述时序电路3的输出端与所述激光器4连接；所述上位机1用于向所述控制电路2发送第一控制指令；所述第一控制指令包括所述激光器的开启时刻和关闭时刻；所述控制电路2用于根据所述第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号，并将所述触发脉冲信号和门控信号传输给所述时序电路；所述时序电路3用于在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制所述激光器停止发射激光信号。本系统中增加了时序电路3，时序电路3根据门控信号的下降沿，判断触发脉冲信号是否到达最后一个信号周期，等触发脉冲信号执行完最后一个完整周期的信号，即延长最后一个脉冲周期后，关闭触发脉冲信号和门控信号；使得触发脉冲信号的最后一个脉冲宽度与前期脉冲宽度一致，保证了脉冲能量的稳定性和一致性，可以满足精密器件的加工要求，减少了产品的不良率。
在图1所示系统示意图的基础上，如图2所示，所述时序电路3包括第一时序子电路31和第二时序子电路32；所述第一时序子电路的第一端311与所述上位机的第二端12相连，所述第一时序子电路的第二端312与所述第二时序子电路的第一端321连接，所述第二时序子电路的第二端322与所述控制电路的第二端22连接，所述第二时序子电路32的输出端与所述激光器4连接；所述第一时序子电路31用于接收所述上位机1发送的第二控制指令，所述第二控制指令用于配置所述触发脉冲信号的周期和脉冲宽度；所述第二时序子电路32用于在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制所述激光器停止发射激光信号。
在本申请实施例中，时序电路3包括第一时序子电路31和第二时序子电路32，第一时序子电路31用于根据上位机1发送的第二控制指令，配置触发脉冲信号的周期和脉冲宽度，第二时序子电路32用于检测门控信号的下降沿。控制电路2根据第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号并传输至第二时序子电路32，第二时序子电路32检测到门控信号的下降沿到来时，通过第一时序子电路31重新配置，延长触发脉冲信号的最后一个脉冲周期高电平，等到触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期的脉冲周期信号后，关闭触发脉冲信号和门控信号，使其与前期高电平时长一致。通过延长触发脉冲信号最后一个脉冲周期的脉冲周期信号，可以使激光出光的能量一致，进而大大降低了精密加工器件的不良率。
在一个实施例中，所述第二时序子电路32还用于在检测到所述门控信号的上升沿到达时，向所述激光器4输出驱动信号，以使所述激光器发射激光信号。
在本申请实施例中，第二时序子电路32还用于实时检测门控信号的上升沿，当检测到门控信号的上升沿到达时，同时产生触发脉冲信号和门控信号，并传输至激光器4以驱动激光器4出光。
在一个实施例中，所述第一时序子电路31为ARM电路；所述第二时序子电路32为FPGA电路；所述ARM电路与所述FPGA电路通过总线进行通信；所述ARM电路与所述上位机以串口方式通信。
可选地，第一时序子电路31可以是ARM电路，可选地，第一时序子电路31还可以是SecurCore系列的处理器或者Intel的Xscale处理器，本实施例不做限制。第二时序子电路32为FPGA电路，可选地，第二时序子电路32还可以是PAL、GAL或者CPLD；ARM电路与FPGA电路通过总线进行通信，其中，总线包括数据总线(Data Bus)、地址总线(Address Bus)和控制总线(Control Bus)，ARM电路与上位机是以串口方式通信。
图3为激光能量控制方法的一种实例示意图，如图3所示，上位机1为PC，控制电路2为控制卡，第一时序子电路31为ARM电路，第二时序子电路32为FPGA电路，PC发送的Laseron指令用于指示激光器打开，PC发送的Laser off指令用于指示激光器关闭。控制卡接收到PC发送的指令后，产生触发脉冲信号TRIG IN和门控信号GATE IN，然后传输给FPGA电路，FPGA电路实时检测门控信号GATE IN的上升沿和下降沿，当检测到GATE IN信号的上升沿到来时，同时产生TRIG_OUT和GATE_OUT信号驱动激光器出光。FPGA检测到GATE IN下降沿来到时，如图4所示，等到TRIG_OUT信号执行完最后一个脉冲周期信号后，同时关闭TRIG_OUT和GATE_OUT，以此来保证TRIG_OUT信号的最后一个脉冲宽度与前面的脉冲宽度一致。
图5为本申请实施例提供的一种激光能量控制方法流程图，该方法的执行主体为图1或图2所示的系统，该方法包括：
S401、接收第一控制指令；所述第一控制指令包括所述激光器的开启时刻和关闭时刻。
在本申请实施例中，第一控制指令包括激光器打开指令，激光器关闭指令，以及激光器的开启时刻和关闭时刻。其中，激光器的开启时刻和关闭时刻可以由上位机根据振镜速度和频率以及目标距离运算得到。控制卡可以通过总线通信的方式接收第一控制指令。
S402、根据所述第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号。
其中，控制卡接收到上位机发送的第一控制指令后，根据第一控制指令中的开启时刻和关闭时刻可以计算出门控信号的上升沿和下降沿，产生门控信号，再根据预设的脉冲宽度和脉冲周期，产生触发脉冲信号。
S403、在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制激光器停止发射激光信号。
在本实施例中，脉冲时序卡实时检测门控信号，当检测到门控信号的下降沿到达时，脉冲时序卡根据预设程序，延长触发脉冲信号的最后一个周期的脉冲宽度，即执行完最后一个脉冲周期信号，然后同时关闭门控信号和触发脉冲信号。
上述激光能量控制方法，接收第一控制指令，根据所述第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号，在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制激光器停止发射激光信号；上述方法通过第一控制指令，控制卡产生触发脉冲信号和门控信号，脉冲时序卡不断检测门控信号的下降沿，当检测到门控信号的下降沿到来时，根据预设程序延长触发脉冲信号最后一个周期的脉冲宽度，等触发脉冲信号执行完最后一个信号周期的脉冲周期信号后，关闭触发脉冲信号和门控信号；使得触发脉冲信号的最后一个脉冲宽度与前期脉冲宽度一致，保证了脉冲能量的稳定性和一致性，可以满足精密器件的加工要求，减少了产品的不良率。
可选地，步骤S401“接收第一控制指令”包括，通过总线通信方式，接收上位机发送的所述第一控制指令。在本实施例中，控制卡和上位机是通过总线通信的方式进行通信的，通过总线通信方式来接收上位机发送的第一控制指令。
在一个实施例中，所述方法还包括，在检测到所述门控信号的上升沿到达时，向所述激光器输出驱动信号，以使所述激光器发射激光信号。
在本实施例中，驱动信号包括触发脉冲信号和门控信号。脉冲时序卡实时检测门控信号，当检测到门控信号的上升沿到达时，同时产生触发脉冲信号和门控信号，并向激光器输出，来控制激光器发射激光信号。
图6为一个实施例提供的激光能量控制方法流程图，如图6所示，在一个实施例中，所述方法还包括:
S501、接收所述上位机发送的第二控制指令。
其中，第二控制指令中包括触发脉冲信号的脉冲周期和脉冲宽度。
S502、根据所述第二控制指令配置所述触发脉冲信号的周期和脉冲宽度。
在本申请实施例中，脉冲时序卡通过接收到的第二控制指令中的脉冲周期和脉冲宽度，配置触发脉冲信号的周期和脉冲宽度。
以上所述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系统，其特征在于，所述系统包括上位机、控制电路、时序电路和激光器；所述上位机的第一端与所述控制电路的第一端连接，所述上位机的第二端与所述时序电路的第一端连接，所述控制电路的第二端与所述时序电路的第二端连接，所述时序电路的输出端与所述激光器连接；
所述上位机用于向所述控制电路发送第一控制指令；所述第一控制指令包括所述激光器的开启时刻和关闭时刻；
所述控制电路用于根据所述第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号，并将所述触发脉冲信号和门控信号传输给所述时序电路；
所述时序电路用于在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制所述激光器停止发射激光信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述时序电路包括第一时序子电路和第二时序子电路；所述第一时序子电路的第一端与所述上位机的第二端相连，所述第一时序子电路的第二端与所述第二时序子电路的第一端连接，所述第二时序子电路的第二端与所述控制电路的第二端连接，所述第二时序子电路的输出端与所述激光器连接；
所述第一时序子电路用于接收所述上位机发送的第二控制指令，所述第二控制指令用于配置所述触发脉冲信号的周期和脉冲宽度；
所述第二时序子电路用于在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制所述激光器停止发射激光信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二时序子电路还用于在检测到所述门控信号的上升沿到达时，向所述激光器输出驱动信号，以使所述激光器发射激光信号。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述第一时序子电路为ARM电路，所述第二时序子电路为FPGA电路。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述ARM电路与所述FPGA电路通过总线进行通信。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述ARM电路与所述上位机以串口方式通信。
7.一种激光能量控制方法，其特征在于，包括：
接收第一控制指令；所述第一控制指令包括所述激光器的开启时刻和关闭时刻；
根据所述第一控制指令产生触发脉冲信号和门控信号；
在检测到所述门控信号的下降沿到达时，待所述触发脉冲信号执行完最后一个脉冲周期信号后，控制激光器停止发射激光信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在检测到所述门控信号的上升沿到达时，向所述激光器输出驱动信号，以使所述激光器发射激光信号。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收所述上位机发送的第二控制指令；
根据所述第二控制指令配置所述触发脉冲信号的周期和脉冲宽度。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述接收第一控制指令，包括：
通过总线通信方式，接收上位机发送的所述第一控制指令。
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