CN109648192A - 激光钻孔机能量控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光钻孔机能量控制方法，其特征在于：在激光钻孔中，提供非恒定激光功率，利用非恒定激光功率进行激光钻孔；所述非恒定激光功率的控制方法：包括以下步骤：步骤一：编辑波形参数，将波形参数发送到波形控制器，波形控制器输出波形脉冲，波形脉冲驱动激光器工作；步骤二：改变波形参数，波形参数经过波形控制器，产生不同的波形脉冲，驱动激光器输出不同的功率。本发明通过将波形分割成小段，修改小段的DA值，任意设置不同的波形，不同波形驱动激光器提供非恒定功率，改善激光钻孔的钻孔锥度。

Description

激光钻孔机能量控制方法
技术领域
本发明涉及激光控制领域，尤其是一种激光钻孔机能量控制方法。
背景技术
在切割技术不断进步的今天，激光技术的应用极大的提高了切割的效率和精度，不仅仅应用行业广泛，而且适宜加工的材料种类数量也十分巨大。随着氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)陶瓷产品的应用增多，对其进行切割和钻孔的需求也越来越多；使用激光对陶瓷钻孔属于激光切割的一种，能加工的最小孔径为60um；传统的激光钻孔机在钻孔时，使用的是固定能量，激光器的功率恒定，钻出来的孔锥度较差。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种激光钻孔机能量控制方法，在激光钻孔机控制中，能够任意设置波形，改变激光器工作中的功率，将激光钻孔机的孔锥度提升到90％以上。
本发明采用的技术方案如下：
本发明激光钻孔机能量控制方法，包括：在激光钻孔中，提供非恒定激光功率，利用非恒定激光功率进行激光钻孔。
以上方法，由于在激光钻孔中激光器的功率改变对钻孔锥度有很好的改善。
作为优选，所述非恒定激光功率的控制方法：包括以下步骤：
步骤一：编辑波形参数，将波形参数发送到波形控制器，波形控制器输出波形脉冲，波形脉冲驱动激光器工作；
步骤二：改变波形参数，波形参数经过波形控制器，产生不同的波形脉冲，驱动激光器输出不同的功率。
作为优选，所述改变波形参数的方法：将波形分解成若干小段，每个小段设置不同的DA值，小段按照时间顺序组合成波形。
以上方法，由于现有设备通过激光器的数字端口或者模拟端口配置激光器能量，在加工动作期间，功率保持恒定；而本发明通过将波形分割，并且设置不同的DA值，组合后得到不同的波形，从而任意改变波形，在加工中改变功率，提供非恒定功率，提高激光器的切割效率。
作为优选，所述激光器波形控制卡包括本体，本体内集成单片机电路、数据存储器、输出放大电路和电源电路；所述单片机电路分别与数据存储器和输出放大电路连接；电源电路提供工作电压；所述单片机电路包括单片机及其启动电路、数字输入端口、数字输出端口、数据总线、动态数据存储装置和串口通讯端口；所述单片机及其启动电路分别连接数据总线、动态数据存储装置和串口通讯端口；所述数据总线分别连接数字输入端口和数字输出端口；所述数据存储器包括flash存储器；所述放大电路包括模拟输出接口。
以上结构，激光器波形控制卡通过硬件结构实现激光器的波形控制，根据激光加工需求，产生高精度的脉冲波形，精确的控制激光器输出功率。
作为优选，所述模拟输出接口包括第一运算放大器U32，第一运算放大器U32的正向输入端串接电阻R62，电阻R62连接单片机及其启动电路的DA12_0引脚；第一运算放大器U32的反向输入端连接电阻Ri2，电阻Ri2接地；所述第一运算放大器U32的输出端与输入端之间串接有电阻R63，输出端连接模拟输出引脚DA_OUT。
以上电路，将波形模拟输出部分经过放大后输出，有效的控制激光器输出功率。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、实现激光器驱动波形的任意设置，由于将激光器驱动波形进行分割，再将分割的小段组成波形，分割成的小段分别设置不同的DA值，只要改变小段的DA值，波形就发生改变，输出不同的波形；简化了波形的产生和改变，能够任意修改波形。
2、激光钻孔的钻孔锥度高，在激光钻孔中，激光器保持非恒定功率，与传统的激光钻孔相比，钻孔孔径更小、效率更高、钻孔锥度更高；不影响钻孔效率和精度的前提下，彻底解决了高精度钻孔中锥度难以达到90％以上的问题。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明激光钻孔机能量控制方法的流程图。
图2是一种激光器波形控制卡的结构示意图。
图3是单片机及其启动电路图。
图4是数字输入端口电路图。
图5a和5b是数字输出端口电路图。
图6是数据存储器电路图。
图7是串口通讯端口电路图。
图8是动态数据存储装置电路图。
图9是接插件电路图。
图10是模拟输出接口电路图。
图11是电源电路图。
图12是数据总线电路图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1，本发明公开了一种激光钻孔机能量控制方法，包括：在激光钻孔中提供非恒定激光功率，利用非恒定激光功率进行激光钻孔；通过将模拟波形分割和组合，改变波形，产生不同的波形脉冲，不同的波形脉冲驱动激光器产生不同的功率。
所述非恒定激光功率的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：编辑波形参数，将波形参数发送到波形控制器，波形控制器输出波形脉冲，波形脉冲驱动激光器工作；
步骤二：改变波形参数，波形参数经过波形控制器，产生不同的波形脉冲，驱动激光器输出不同的功率；所述改变波形参数的方法：将波形分解成若干小段，每个小段设置不同的DA值，小段按照时间顺序组合成波形。
在本实施例中，激光钻孔机的具体能量控制方法：编辑好波形参数,例如：02 2512 00 01 01 02 02 09 03 05 04 00 05 00 06 01 07 02 08 09 09 07 0a 02 0b 04 0c7F 0d 00 0e 02 0F 12 10 00 11 02 03，保存到产品的加工参数中，当操作员控制设备开始标刻时，向波形控制卡发送波形参数，接收到波形参数后，波形控制卡处于待命状态，当收到钻孔工作信号时，会触发一个能量控制脉冲，该脉冲输出的形状就是编辑好的波形。
与传统激光钻孔机控制方法相比，本发明激光钻孔机能量控制方法得到的钻孔锥度更高，如表1传统激光器恒定功率控制方法的0.5mm氧化铝钻孔数据和激光器非恒定激光功率控制方法的0.5mm氧化铝钻孔数据所示：
表1传统激光器恒定功率控制方法的0.5mm氧化铝钻孔数据和激光器非恒定激光功率控制方法的0.5mm氧化铝钻孔数据
从表1中可得，传统激光器恒定功率控制方法的钻孔锥度为88％，而本发明激光器非恒定激光功率控制方法的钻孔锥度达到98％，钻孔锥度大幅提升，解决了高精度钻孔中锥度难以达到90％以上的问题。
在实施例中，如图2所示，激光器波形控制卡包括本体，本体内集成单片机电路、数据存储器、输出放大电路和电源电路；所述单片机电路分别与数据存储器和输出放大电路连接；电源电路提供工作电压；所述单片机电路包括单片机及其启动电路、数字输入端口、数字输出端口、数据总线、动态数据存储装置和串口通讯端口；所述单片机及其启动电路分别连接数据总线、动态数据存储装置和串口通讯端口；所述数据总线分别连接数字输入端口和数字输出端口；所述数据存储器包括flash存储器；所述放大电路包括模拟输入和输出接口。
如图3所示，单片机及其启动电路，优选单片机C8051F120及其启动电路，负责DA输出，接收/输出端口控制信号，存取数据，和PC通讯等任务。
如图4所示，是16路数字输入端口，数字输入端口包括：三态缓冲器U12和三态缓冲器U17；所述三态缓冲器U12和三态缓冲器U17的一端分别连接数据总线的SD引脚，另一端分别连接光耦合器U11、光耦合器U13、光耦合器U14和光耦合器U15，以及光耦合器U16、光耦合器U18、光耦合器U19和光耦合器U20；所述光耦合器U11、U13、U14、U15、U16、U18、U19和U20分别连接输入接口IO。
如图5a和5b所示，5a和5b分别是8路字输出端口，数字输出端口包括：8D锁存器U3和8D锁存器U8；所述8D锁存器U3和8D锁存器U8的一端分别连接数据总线的SD引脚，另一端连接光耦合器U1、U2、U4和U5，以及光耦合器U6、U7、U9和U10；所述光耦合器U1、U2、U4、U5、U6、U7、U9和U10分别连接输出接口OUT。
如图6所示，数据存储器U26优选K9F5068，主要用于非易失数据的存储，与单片机及其启动电路之间进行数据交互。
如图7所示，所述串口通讯端口包括RS-232收发器U21，RS-232收发器U21一端与单片机的TXD和RXD引脚连接，另一端连接上位机的收发接口；所述RS-232收发器优选SP3232E；串口通讯端口，用于接收计算机发送的波形数据。
如图8所示，动态数据存储装置U35，经常存取的数据存储在动态数据存储装置中，优选MT45W8MW16BGX-701；MT45W8MW16BGX-701与单片机及其启动电路的引脚连接，与单片机之间进行数据传输。
如图9所示，接插件J4，作为信号进出的端口；除了电源有单独的接口外，其余信号全部从该端口或进或出；优选DB62；接插件J4上分别连接分别连接数字输入端口、数字输出端口、串口通讯端口和模拟输出接口等。
如图10所示，模拟输出接口包括第一运算放大器U32，第一运算放大器U32的正向输入端串接电阻R62，电阻R62连接单片机及其启动电路的DA12_0引脚；第一运算放大器U32的反向输入端连接电阻Ri2，电阻Ri2接地；所述第一运算放大器U32的输出端与输入端之间串接有电阻R63，输出端连接模拟输出引脚DA_OUT。
如图11所示，电源电路包括稳压器U34、稳压器U22和接插件P1；所述稳压器U34的VIN引脚分别连接VDD电压和电容C69，电容C69接地；稳压器U34的VOUT引脚分别连接电压VCC_1V8和电容C70，电容C70连接稳压器U34的GND引脚，并接地；所述稳压器U22的VIN引脚连接电压VCC，电压VCC分别连接电容和电解电容一端，电容和电解电容另一端接地；稳压器U22的VOUT引脚连接电压VDD，电压VDD分别连接电容、电解电容和指示灯D1，电容、电解电容和指示灯D1分别接地；所述接插件P1的2引脚连接保险丝F1，F1串接电感L2，L2连接电压VCC；接插件P1的1引脚和2引脚之间串接有稳压二极管D4，D4接地；接插件P1为数字输入端口提供电压；所述稳压器U22优选SP1117，为电路提供工作电压；所述稳压器U34优选XC6206，专为动态数据存储装置U35供电。
如图12所示，数据总线电路，所述数据总线包括三态缓冲器U23和三态缓冲器U24，三态缓冲器U23和U24一端分别连接SD引脚，另一端分别连接单片机及其启动电路的D引脚；三态缓冲器U23优选74HC245，实现IO的扩展，驱动能力的增强。
在实施例中，计算机将波形参数，通过串口通讯发送到单片机，单片机将数据存储在动态数据存储装置或数据存储器或读取其内的数据，单片机根据波形参数，生成脉冲波形，计算机通过数字输入端口和数据总线向单片机发送控制脉冲发出脉冲的输入信号，单片机生成脉冲波形，脉冲波形经过模拟输出接口的放大后输出脉冲波形到激光器，控制激光器的功率。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.激光钻孔机能量控制方法，其特征在于：包括：在激光钻孔中，提供非恒定激光功率，利用非恒定激光功率进行激光钻孔。
2.如权利要求1所述的激光钻孔机能量控制方法，其特征在于：所述非恒定激光功率的控制方法：包括以下步骤：
步骤一：编辑波形参数，将波形参数发送到激光器波形控制卡，激光器波形控制卡输出波形脉冲，波形脉冲驱动激光器工作；
步骤二：修改波形参数，波形参数经过波形控制器，产生不同的波形脉冲，驱动激光器输出不同的功率。
3.如权利要求1所述的激光钻孔机能量控制方法，其特征在于：所述修改波形参数的方法：将波形分解成若干小段，每个小段设置不同的DA值，小段按照时间顺序组合成波形。
4.如权利要求2所述的激光钻孔机能量控制方法，其特征在于：所述激光器波形控制卡包括本体，本体内集成单片机电路、数据存储器、输出放大电路和电源电路；所述单片机电路分别与数据存储器和输出放大电路连接；电源电路提供工作电压；所述单片机电路包括单片机及其启动电路、数字输入端口、数字输出端口、数据总线、动态数据存储装置和串口通讯端口；所述单片机及其启动电路分别连接数据总线、动态数据存储装置和串口通讯端口；所述数据总线分别连接数字输入端口和数字输出端口；所述数据存储器包括flash存储器；所述放大电路包括模拟输出接口。
5.如权利要求4所述的激光钻孔机能量控制方法，其特征在于：所述模拟输出接口包括第一运算放大器U32，第一运算放大器U32的正向输入端串接电阻R62，电阻R62连接单片机及其启动电路的DA12_0引脚；第一运算放大器U32的反向输入端连接电阻Ri2，电阻Ri2接地；所述第一运算放大器U32的输出端与输入端之间串接有电阻R63，输出端连接模拟输出引脚DA_OUT。
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