CN112310796A - 一种激光器及其输出功率矫正方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于激光器领域，提供了一种激光器及其输出功率矫正方法和装置。装置包括依次电连接的功率模拟量输入端口、模数转换器、输出功率矫正模块和功率输出端口，其中，功率模拟量输入端口用于接收功率模拟量；模数转换器用于将功率模拟量转换为功率数字信号；输出功率矫正模块用于将功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正；功率输出端口用于输出矫正后的输出功率。本申请可以根据功率输出要求配置成任意曲线形式的控制，可以从根本上矫正激光器功率输出，保证客户对功率输出的曲线要求，输出功率的精度，稳定性高。
Description
技术领域
本申请属于激光器领域，尤其涉及一种激光器及其输出功率矫正方法和装置。
背景技术
目前，现有激光器一般使用线性函数来控制激光器的输出功率，即激光器的输出功率要求根据输入模拟量成对应比例关系。然而，激光器输出功率曲线主要取决于光学器件特性和外部硬件电路。外部硬件电路的特点是器件在低功率时非线性输出，在高功率时一般为线性输出；光学器件特性本质上属于非线性，这就决定了在整个功率范围内，激光器的功率输出一般为非线性输出。即，在整个功率范围内，由于激光器中光学器件的非线性特性和硬件电路的响应特性，很难确保激光器的输出功率与输入模拟量成固定比例关系，导致激光器的输出功率偏差太大，影响输出功率的精度，从而导致在激光器的应用中造成影响。例如，在激光切割应用中，激光器输出功率偏大可能会切割到模具或工作台等非切割物；激光器输出功率偏小可能切割不彻底导致不能完全切断现象。再比如在激光打标中，激光打标对打标的深度一般有严格要求，而激光器输出功率的精度决定了打标深度的准确性。综上应用分析，提高激光器输出功率的精度可以显著提高激光器的应用效果。目前一般要求激光器的输出功率要精确到5W级别。
然而，现有的激光器，由于其非线性原因，根据输入功率的范围很难调整到需要输出的功率值，甚至无法输出所需功率值，轻者影响设备使用效率、应用效果和用户满意度，更甚者可能造成在某段功率范围内无法使用现象。
此外，现有激光器功率输出过程中依旧采用线性拟合实现激光功率输出矫正，虽然，这种方式可以实现一定的矫正效果，但是只适用于特定的非线性模式，当激光输出的非线性模式改变后，相应的矫正方法也会改动，这就意味着不同的激光器存在不同的非线性模式，需要匹配不同的线性拟合模式，一致性较差。
因此，本申请采用查表法，实现点对点的功率输出，即可以根据功率输出要求配置成任意曲线形式的控制，提高激光器输出功率精度，其精确度可达1W，同时，也可以解决一致性问题，实现通用性。
发明内容
本申请实施例在于提供一种激光器及其输出功率矫正方法和装置，旨在解决输出功率很难实现输入与输出的线性关系，导致低功率时激光器的输出功率偏差太大，影响输出功率的精度，从而导致在激光器的应用中造成影响的问题。
第一方面，本申请提供了一种激光器的输出功率矫正装置，包括依次电连接的功率模拟量输入端口、模数转换器、输出功率矫正模块和功率输出端口，其中，
所述功率模拟量输入端口用于接收功率模拟量；
所述模数转换器用于将功率模拟量转换为功率数字信号；
所述输出功率矫正模块用于将功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正；
所述功率输出端口用于输出矫正后的输出功率。
进一步地，所述输出功率矫正模块是基于FPGA的输出功率矫正模块；
所述输出功率矫正模块包括矫正子模块和与模数转换器电连接的滤波模块，其中，所述滤波模块用于对功率数字信号进行平滑滤波处理；
所述矫正子模块用于将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
或者，进一步地，所述输出功率矫正模块包括矫正子模块、时钟子模块和分别与矫正子模块和时钟子模块电连接的信号同步子模块，其中，
所述时钟子模块用于产生激光器的输出功率矫正装置的系统时钟；
所述信号同步子模块用于根据系统时钟对功率数字信号做同步处理；
所述矫正子模块用于将同步处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
进一步地，所述输出功率矫正模块还包括与信号同步子模块电连接的滤波模块，其中，
所述滤波模块用于对同步处理后的功率数字信号进行平滑滤波处理；
所述矫正子模块用于将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
进一步地，所述输出功率矫正模块还与上位机连接，输出功率矫正模块实时接收上位机的控制，对矫正后的输出功率进行补偿；
所述输出功率矫正模块还包括与矫正子模块和上位机电连接的补偿模块，用于接收上位机的控制对矫正后的输出功率进行补偿调整。
第二方面，本申请提供了一种激光器，所述激光器包括如所述激光器的输出功率矫正装置。
第三方面，本申请提供了一种激光器的输出功率矫正方法，所述方法包括：
S101、接收功率模拟量；
S102、将功率模拟量转换为功率数字信号；
S103、将功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正；
S104、输出矫正后的输出功率。
进一步地，所述S103具体包括：
根据系统时钟对功率数字信号做同步处理；
将同步处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
进一步地，所述S103具体包括：
对功率数字信号进行平滑滤波处理；
将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
进一步地，所述S103具体包括：
对同步处理后的功率数字信号进行平滑滤波处理；
将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
进一步地，所述S103之后，所述方法还包括：接收上位机的控制对矫正后的输出功率进行补偿调整。
在本申请实施例中，由于输出功率矫正模块将功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。因此可以根据功率输出要求配置成任意曲线形式的控制，可以从根本上矫正激光器功率输出，保证客户对功率输出的曲线要求，输出功率的精度，稳定性高，也解决一致性问题，实现通用性。
附图说明
图1是本申请一实施例提供的激光器的输出功率矫正装置示意图。
图2是本申请一实施例提供的激光器的输出功率矫正装置中的输出功率矫正模块的示意图。
图3是本申请一实施例提供的激光器的输出功率矫正方法的流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，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，此处所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。
为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
请参阅图1和图2，是本申请一实施例提供的激光器的输出功率矫正装置包括依次电连接的功率模拟量输入端口11、模数转换器12、输出功率矫正模块13和功率输出端口14，其中，功率模拟量输入端口11用于接收功率模拟量；模数转换器12用于将功率模拟量转换为功率数字信号；输出功率矫正模块13用于将功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正；功率输出端口14用于输出矫正后的输出功率。
本申请一实施例中，输入输出功率查找表的地址的范围的大小取决于模数转换器12的转换精度。例如，模数转换器12的转换精度是12bit，则查找表的地址范围为0～4095。输入输出功率查找表需要出厂前配置好。因为每台激光器的数据的值可能存在微小差异，配置输入输出功率查找表需要经过大量激光器的数据提取，对提取的数据可以做均值处理或者均方差处理等算法，最终算法所得结果数据配置到输入输出功率查找表中。另外，也可根据应用需求独立配置合适的输入输出功率查找表。
本申请一实施例中，输出功率矫正模块13可以是基于FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程逻辑门阵列)的输出功率矫正模块。
本申请一实施例中，输出功率矫正模块13包括矫正子模块131和与数模转换器12电连接的滤波模块134，其中，滤波模块134用于对功率数字信号进行平滑处理；矫正子模块131用于将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现矫正。
优选地，请参阅图2，在本申请一实施例中，输出功率矫正模块13包括矫正子模块131、时钟子模块132和与时钟子模块132电连接的信号同步子模块133，信号同步子模块133与矫正子模块131电连接。本申请一实施例中，时钟子模块132用于产生激光器的输出功率矫正装置的系统时钟，一般为10M～100MHz；信号同步子模块133用于根据系统时钟对功率数字信号做同步处理，同步的目的一是为了滤除信号附带的高频杂波，另外可以改善输出功率矫正模块的时序质量，提高最大运行频率；则矫正子模块131具体是用于将同步处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
由于电路中电磁干扰和应用环境的变化，模数转换器会出现小概率错误现象，即采样值与实际值偏差过大。因此，优选地，请参阅图2，本申请一实施例中，输出功率矫正模块13还可以包括与信号同步子模块133电连接的滤波模块134，用于对功率数字信号或同步处理后的功率数字信号进行平滑滤波处理。平滑滤波处理的原理是连续采样若干组数据，去掉一个最大值和一个最小值，取剩余值的平均值，提高采样数据有效性。则矫正子模块131具体是用于将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
由于不同激光器控制电路的一致性差异，每台激光器的功率输入输出对应关系都会有微小的差别。因此，本申请一实施例中，输出功率矫正模块13还与上位机连接，输出功率矫正模块实时接收上位机的控制，对矫正后的输出功率进行补偿。补偿的主要作用是微调矫正后的输出功率，补偿最小单位可根据实际应用进行设置，可以是大于模数转换器12的转换精度。用于激光器的输出功率转换的模数转换器12的转换精度通常是8bit，12bit或15bit。输出功率矫正模块13还可以包括与矫正子模块131和上位机电连接的补偿模块135，用于接收上位机的控制对矫正后的输出功率进行补偿调整，保证输出功率的精准性。另外上位机可根据激光器输出功率最大值设置最小补偿单位以及补偿功率的上下限，目的是保证功率输出精度的同时也保证了功率输出的安全性。例如，对于最大输出功率为1500W的激光器，上位机设置的最小补偿单位建议为5W，补偿上下限可为±30W。
本申请一实施例还提供了一种激光器，所述激光器包括本申请一实施例提供的激光器的输出功率矫正装置。
请参阅图3，是本申请一实施例提供的激光器的输出功率矫正方法的流程图，本申请一实施例提供的激光器的输出功率矫正方法包括以下步骤：
S101、接收功率模拟量；
S102、将功率模拟量转换为功率数字信号；
S103、将功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正；
S104、输出矫正后的输出功率。
本申请一实施例中，S103具体可以包括以下步骤：
根据系统时钟对功率数字信号做同步处理；
将同步处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
本申请一实施例中，S103具体还可以包括以下步骤：
对功率数字信号或同步处理后的功率数字信号进行平滑滤波处理；
将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
本申请一实施例中，S103之后，所述方法还可以包括以下步骤：
接收上位机的控制对矫正后的输出功率进行补偿调整，保证输出功率的精准性。
在本申请实施例中，由于输出功率矫正模块将功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。因此可以根据功率输出要求配置成任意曲线形式的控制，可以从根本上矫正激光器功率输出，保证客户对功率输出的曲线要求，输出功率的精度，稳定性高，可实现通用性。此外，由于输出功率矫正模块还与上位机连接，输出功率矫正模块实时接收上位机的控制，对矫正后的输出功率进行补偿调整，可有效的保证输出功率的精准性。其中，输出功率矫正模块包括矫正子模块、时钟子模块和分别与矫正子模块和时钟子模块电连接的信号同步子模块，功率转换频率为一个系统时钟，一般为10～100MHz，实时性强；同时，为了提高采样数据的有效性，输出功率矫正模块还包括与信号同步子模块或者数模转换器电连接的滤波模块，用于对功率数字信号或同步处理后的功率数字信号进行平滑滤波处理。
应该理解的是，本申请各实施例中的各个步骤并不是必然按照步骤标号指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上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)
1.一种激光器的输出功率矫正装置，其特征在于，包括依次电连接的功率模拟量输入端口、模数转换器、输出功率矫正模块和功率输出端口，其中，
所述功率模拟量输入端口用于接收功率模拟量；
所述模数转换器用于将所述功率模拟量转换为功率数字信号；
所述输出功率矫正模块用于将功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正；
所述功率输出端口用于输出矫正后的输出功率。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输出功率矫正模块是基于FPGA的输出功率矫正模块；
所述输出功率矫正模块包括矫正子模块、时钟子模块和分别与矫正子模块和时钟子模块电连接的信号同步子模块，其中，
所述时钟子模块用于产生激光器的输出功率矫正装置的系统时钟；
所述信号同步子模块用于根据系统时钟对功率数字信号做同步处理；
所述矫正子模块用于将同步处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正；
或者，所述输出功率矫正模块包括矫正子模块和与模数转换器电连接的滤波模块，其中，
所述滤波模块用于对功率数字信号进行平滑滤波处理；
所述矫正子模块用于将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述输出功率矫正模块还包括与信号同步子模块电连接的滤波模块，其中，
所述滤波模块用于对同步处理后的功率数字信号进行平滑滤波处理；
所述矫正子模块用于将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述输出功率矫正模块还与上位机连接，所述输出功率矫正模块实时接收上位机的控制，对矫正后的输出功率进行补偿；
所述输出功率矫正模块还包括与矫正子模块和上位机电连接的补偿模块，用于接收上位机的控制对矫正后的输出功率进行补偿调整。
5.一种激光器，其特征在于，所述激光器包括如权利要求1至4任一项所述的激光器的输出功率矫正装置。
6.一种激光器的输出功率矫正方法，其特征在于，所述方法包括：
S101、接收功率模拟量；
S102、将功率模拟量转换为功率数字信号；
S103、将功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正；
S104、输出矫正后的输出功率。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，S103具体包括：
根据系统时钟对功率数字信号做同步处理；
将同步处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，S103具体包括：
对功率数字信号进行平滑滤波处理；
将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，S103具体包括：
对同步处理后的功率数字信号进行平滑滤波处理；
将平滑滤波处理后的功率数字信号转换成预设的输入输出功率查找表的地址，根据所述地址在预设的输入输出功率查找表中匹配出对应的矫正后的输出功率，从而实现对输出功率进行矫正。
10.如权利要求6至9任一项所述的方法，其特征在于，S103之后，所述方法还包括：
接收上位机的控制对矫正后的输出功率进行补偿调整。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202010982525.5A CN112310796A (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种激光器及其输出功率矫正方法和装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114254247A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-29 | 长沙大科激光科技有限公司 | 一种具有激光器功率修正的波形编辑控制系统 |
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2020
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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