CN114122883A

CN114122883A - 一种工业超快激光电学控制系统

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Publication number: CN114122883A
Application number: CN202111402531.XA
Authority: CN
Inventors: 黄玉涛; 陈云飞; 宋忠林; 张国新; 黄祝龙; 苏盟; 马敬跃
Original assignee: Beijing Shenglei Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Shenglei Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2022-03-01

Abstract

本申请公开了一种工业超快激光电学控制系统，包括激光器主控板、锁模振荡器、第一声光驱动器、第二声光驱动器和加工板卡，其中，激光器主控板分别与锁模振荡器、第一声光驱动器、第二声光驱动器、加工板卡连接。该激光器主控板基于锁模振荡器所输出的锁模信号建立时序基准，并将第一声光驱动器中、第二声光驱动器和加工板卡的时序进行同步，可将各部件的动作信号时间抖动降低至百皮秒量级，从而提高了加工效果。

Description

一种工业超快激光电学控制系统

技术领域

本申请涉及激光技术领域，更具体地说，涉及一种工业超快激光电学控制系统。

背景技术

目前很多的工业超快激光系统一般都包含基于圆角、曲线等运动轨迹的切削控制方案，比如说全面屏切割。此类切削轨迹的直线部分的切割速度较快，圆角部分的切削速度较慢，当处于圆弧部分时如果以固定频率发射激光脉冲，低速切削段因较多脉冲发生重叠会导致材料老化。

为保证在快速变速轨迹时材料的加工质量，现在的工业超快激光系统会将加工平台的运动参数与触发激光或数据采集设备的输出协调起来，从而实现高速、高质量的运动控制。目前工业超快激光系统主要采用POD(Pulse On Demand，脉冲按需输出)方式对激光器的输出进行控制。POD方式的主要内容为：通过采集实时编码器反馈进行位置比较，与激光器同步输出信号进行相位同步，在运动轨迹的所有阶段以恒定的空间(而非时间)间隔发射激光，从而实现脉冲能量均匀地作用在被加工物体上。

目前的工业超快激光系统一般通过主控板锁定种子光时序后，接收加工板卡提供的外触发POD信号，利用第一声光驱动器AOM1从种子光选出选频光后进行放大形成一路放大光，同时控制第二声光驱动器AOM2输出另一路放大光。

但是，本申请的发明人在实施本申请的技术方案时发现，由于加工板卡和种子光是两个独立异步时序系统驱动，激光器出光信号与加工板卡提供的触发信号之间存在延时抖动，导致加工位置仍有变化，从而使得加工效果较差。另外，种子光和声光驱动器时钟信号也是独立异步时序系统，影响选频激光和输出放大激光的脉冲稳定性。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种工业超快激光电学控制系统，用于提高加工效果。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种工业超快激光电学控制系统，包括激光器主控板、锁模振荡器、第一声光驱动器、第二声光驱动器和加工板卡，所述激光器主控板分别与所述锁模振荡器、所述第一声光驱动器、所述第二声光驱动器、所述加工板卡连接，其中：

所述锁模振荡器用于产生预设频率的锁模信号，并将所述锁模信号输出至所述激光器主控板；

所述激光器主控板用于基于所述锁模信号向所述加工板卡输出锁相信号，接收所述加工板卡根据所述锁模信号和加工位置返回的外触发信号，还用于基于所述外触发信号和所述锁模信号向所述第一声光驱动器输出第一触发信号和第一时钟序列信号、向所述第二声光驱动器输出第二触发信号和第二时钟序列信号；

所述第一声光驱动器用于基于所述第一触发信号和所述第一时钟序列信号从所述锁模振荡器中选出激光脉冲，所述激光脉冲通过激光放大器得到放大光；

所述第二声光驱动器用于基于所述第二触发信号和所述第二时钟序列信号控制所述放大光的输出。

可选的，所述锁模振荡器为固态振荡器或光纤振荡器。

可选的，所述锁模信号为频率为20～80MHz的皮秒激光脉冲或飞秒激光脉冲。

可选的，所述第一时钟序列信号的频率为所述锁模信号的频率m倍，其中，m为大于或等于3，且小于或等于10的整数。可选的，所述第一时钟序列信号的频率为200～300MHz。

可选的，所述第二时钟序列信号的频率为所述锁模信号的频率的n倍，其中，n为大于或等于1，且小于或等于4的整数。

可选的，所述第二时钟序列信号的频率为40～80MHz。

可选的，所述第一触发信号的延时可进行精确调节，调节精度可到百皮秒量级。

可选的，所述锁模振荡器中选出激光的脉冲频率为1Hz～2MHz。

可选的，所述第二触发信号的延时可进行精确调节，调节精度可到百皮秒量级。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种工业超快激光电学控制系统，包括激光器主控板、锁模振荡器、第一声光驱动器、第二声光驱动器和加工板卡，其中，激光器主控板分别与锁模振荡器、第一声光驱动器、第二声光驱动器、加工板卡连接。该激光器主控板基于锁模振荡器所输出的锁模信号建立时序基准，并将第一声光驱动器中、第二声光驱动器和加工板卡的时序进行同步，可将各部件的动作信号时间抖动降低至百皮秒量级，提高选频激光脉冲和放大光的脉冲稳定性，从而提高了加工效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种工业超快激光电学控制系统的框图；

图2为本申请实施例的工业超快激光电学控制系统的工作原理图；

图3为本申请实施例的工业超快激光电学控制系统的加工效果示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

图1为本申请实施例的一种工业超快激光电学控制系统的框图。

如图1所示，本实施例提供的工业超快激光系统包括激光器主控板10，锁模振荡器20、第一声光驱动器30、第二声光驱动器40和加工板卡50，其中，激光器主控板分别与锁模振荡器、第一声光驱动器、第二声光驱动器、加工板卡连接，且该第一声光驱动器还通过光路与该第二声光驱动器连接。

所述锁模振荡器可以选用固态振荡器或光纤振荡器，用于产生预设频率的锁模信号，并将所述锁模信号输出至激光器主控板。锁模信号为频率为20～80MHz的皮秒激光脉冲或飞秒激光脉冲。

该激光器主控板用于基于接收到锁模信号向加工板卡输出锁相信号，该锁相信号为与该锁模信号的频率相同的电信号，加工板卡在接收到锁相信号后，以该锁相信号为基准时钟信号控制加工设备的运动机构带动或驱动待加工工件运动，同时基于对加工工件的加工位置的监测生成外触发信号，并将外触发信号输出至上述激光器主控板。

激光器主控板在接收加工板卡返回的外触发信号后，基于外触发信号和锁模信号向第一声光驱动器输出第一触发信号和第一时钟序列信号、向第二声光驱动器输出第二触发信号和第二时钟序列信号。

第一时钟序列信号的频率为锁模信号的频率m倍，其中，m为大于或等于3，且小于或等于10的整数。第一时钟序列信号的频率为200～300MHz。第二时钟序列信号的频率为锁模信号的频率的n倍，其中，n为大于或等于1，且小于或等于4的整数。第二时钟序列信号的频率为40～80MHz。

第一声光驱动器基于第一时钟序列信号建立与锁模振荡器同步的声波振荡信号，在接收到第一触发信号时打开声波场从锁模振荡器中选出激光脉冲，激光脉冲的频率为1Hz～2MHz，该激光脉冲进入激光放大器进行放大得到放大光。所述第二声光驱动器基于第二时钟序列信号建立与锁模振荡器同步的声波振荡信号，在接收到第二触发信号时打开声波场控制所述放大光输出。从而能使使该工业超快激光系统实现对加工工件的激光加工。

本申请的工业超快激光系统的具体工作流程和原理如图2所示。通过上述加工方案，可以对加工工件实现位置高精度加工，如图3所示。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种工业超快激光系统，包括激光器主控板、锁模振荡器、第一声光驱动器、第二声光驱动器和加工板卡，其中，激光器主控板分别与锁模振荡器、第一声光驱动器、第二声光驱动器、加工板卡连接。该激光器主控板基于锁模振荡器所输出的锁模信号建立时序基准，并将第一声光驱动器中、第二声光驱动器和加工板卡的时序进行同步，可将各部件的动作信号时间抖动降低至百皮秒量级，提高选频激光脉冲和输出放大光的脉冲稳定性，从而提高了加工效果。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种工业超快激光电学控制系统，其特征在于，包括激光器主控板、锁模振荡器、第一声光驱动器、第二声光驱动器和加工板卡，所述激光器主控板分别与所述锁模振荡器、所述第一声光驱动器、所述第二声光驱动器、所述加工板卡连接，其中：

所述第一声光驱动器用于基于所述第一触发信号和所述第一时钟序列信号从所述锁模振荡器中选出激光脉冲，所述选频激光脉冲通过激光放大器进行放大，得到放大光；

2.如权利要求1所述的工业超快激光电学控制系统，其特征在于，所述锁模振荡器为固态振荡器或光纤振荡器。

3.如权利要求1所述的工业超快激光电学控制系统，其特征在于，所述锁模信号为频率为20～80MHz的皮秒激光脉冲或飞秒激光脉冲。

4.如权利要求1所述的工业超快激光电学控制系统，其特征在于，所述第一时钟序列信号的频率为所述锁模信号的频率m倍，其中，m为大于或等于3，且小于或等于10的整数。

5.如权利要求4所述的工业超快激光电学控制系统，其特征在于，所述第一时钟序列信号的频率为200～300MHz。

6.如权利要求1所述的工业超快激光电学控制系统，其特征在于，所述第二时钟序列信号的频率为所述锁模信号的频率的n倍，其中，n为大于或等于1，且小于或等于4的整数。

7.如权利要求6所述的工业超快激光电学控制系统，其特征在于，所述第二时钟序列信号的频率为40～80MHz。

8.如权利要求1所述的工业超快激光电学控制系统，其特征在于，所述第一触发信号的延时可进行精确调节，调节精度可到百皮秒量级。

9.如权利要求1所述的工业超快激光电学控制系统，其特征在于，所述锁模振荡器中选出的激光脉冲频率为1Hz～2MHz。

10.如权利要求1所述的工业超快激光电学控制系统，其特征在于，所述第二触发信号的延时可进行精确调节，调节精度可到百皮秒量级。