CN116131089B - 一种激光器输出功率矫正控制方法 - Google Patents

一种激光器输出功率矫正控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及3D打印激光控制技术领域，尤其涉及一种激光器输出功率矫正控制方法，包括激光功率矫正模块和激光功率输出模块，激光功率矫正模块把输入的信号进行转换，得到想要的输出信号值，激光功率输出模块把矫正后输出的信号值输入到激光能量控制器中输出相对应的激光器输出功率值。通过调整激光功率矫正模块中的补偿关系，得到不同的功率矫正曲线函数，解决了不同型号激光器，在相同输入信号下，输出的激光功率相同，提高了激光器的应用范围，方便不同激光器相互间的替换。

Description

一种激光器输出功率矫正控制方法
技术领域
本发明涉及3D打印激光控制技术领域，尤其涉及一种激光器输出功率矫正控制方法。
背景技术
随着激光行业的日趋发展，诞生了一大批激光器生产厂商，不同厂商之间技术的多样化以及采用的器件多品牌化，导致生产出来的激光器性能指标有较大的差别。表现最为突出的有外形尺寸、M2（激光束质量因子）、激光功率输出等，其中激光功率输出值对3D打印尤为重要，当设定值和输出值有较大偏差时，会直接影响最终打印产品的质量，激光功率输出偏大，产生过融现象，零件发生翘曲，激光功率输出偏小，烧结不完全，零件内部产生沙眼甚至零件无法成型。
解决上述问题的方法有很多。如更改每一台的控制电路，使得输入值和输出值的功率保持一致；如更改打印工艺参数，每台设备都开发一种适合的参数，用于当前激光器下的打印。但随着激光器的使用，内部器件的老化，功率依旧会发生偏差，无法在根本上解决此问题。
发明内容
本发明提供了一种激光器输出功率矫正控制方法，解决了激光器输入值和输出值的偏差问题。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种激光器输出功率矫正控制方法，该方法包括如下步骤：
S1、选择激光信号输入值，激光信号输入值以最大功率输出值的15%做为起始点，后续依次增加5%，终止点为95%的最大功率输出值，记激光信号信号输入值的百分比为I n ，其中1≤n≤17；
S2、根据选择的激光信号输入值，依次计算出理论激光功率输出值M n ；
S3、根据选择的激光信号输入值，依次测量出实际激光功率输出值R n ；
S4、分别取步骤S2和步骤S3中连续的两个点（M n 、M n+1 ）和（R n 、R n+1 ），计算实际激光功率输出值和理论激光功率输出值之间的对应关系，得出两个点之间的矫正补偿值；
S5、修正激光信号输入值：根据信号输入值所属功率区间，由步骤S4计算出的矫正补偿值修正激光信号输入值；
S6、复测实际激光功率输出值，根据步骤S5得到的激光信号输入值，重新测量出实际激光功率输出值；
S7、修正矫正补偿值，把步骤S6得到的实际激光功率输出值和理论激光功率输出值进行对比，如果实际激光功率输出值和理论激光功率输出值的偏差在允许误差范围内，则说明矫正补偿值正确，如果存在误差，需要重新修正矫正补偿值，直至偏差在允许误差范围内。
作为本发明的优化方案，在步骤S4中，两个点之间的矫正补偿值C n 为：
Figure SMS_1
其中：（M n 、M n+1 ）为连续的两个点理论激光功率输出值，（R n 、R n+1 ）为连续的两个点实际激光功率输出值，P为激光器的最大功率输出值。
作为本发明的优化方案，对步骤S4得到的两个点之间的矫正补偿值C n 和激光信号输入值相加做为新的输入信号，在步骤S7中进行修正，得到最终的矫正补偿值。
作为本发明的优化方案，在步骤S7中，实际激光功率输出值和理论激光功率输出值的允许误差范围由激光器输出功率稳定度得到，激光器输出功率稳定度W为：
Figure SMS_2
其中：Xmax是一段时间连续测量的激光器输出功率最大值，Xmin是一段时间连续测量的激光器输出功率最小值，
Figure SMS_3
是一段时间内所有测量的激光器输出功率的算术平均值，n为测量个数，i≤n。
作为本发明的优化方案，通过激光功率探测器获取激光器发出的能量，从而得到实际激光器输出功率值，激光功率探测器与上位机通讯。
作为本发明的优化方案，通过激光功率探测器获取激光器发出的能量时，需贴近打印工作平面。
作为本发明的优化方案，通过激光功率探测器获取激光器发出的能量时，在激光器发出的能量衰减后重新进行激光器输出功率矫正。
本发明具有积极的效果：1）本发明的激光器输出功率矫正控制方法通过软件实现，利用软件对激光输出功率进行矫正，对使用的激光器不做任何限制，可随意选择。并且通过本发明方法计算后，设定的功率值和输出的功率值能保证在一定误差范围内；
2）本发明可以在激光功率衰减后重新进行标定，标定后的激光在某一设定功率值下依旧能够得到想要的功率值，保证了打印工艺参数的统一性，降低了激光器输出功率矫正成本；
3）本发明可以在多激光控制领域使用，矫正后的激光器可以保证在同一个设定功率值下，所有激光器输出功率均保持相等，在整个打印面上获得一致的激光功率，保证了打印能量密度，提高了打印质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的流程图；
图2是本发明信号输入值的理论激光功率输出曲线示意图；
图3是本发明信号输入值的实际激光功率输出曲线示意图；
图4是本发明经过矫正后原始输入值和矫正输入值对比示意图；
图5是本发明经过矫正后理论功率和实际功率对比示意图；
图6是本发明原始功率和矫正后功率两者偏差示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本申请做进一步地说明。
如图1所示，本发明公开了一种激光器输出功率矫正控制方法，该方法包括如下步骤：
S1、选择激光信号输入值，激光信号输入值以最大功率输出值的15%做为起始点，后续依次增加5%，终止点为95%的最大功率输出值，一共得到17个激光信号输入值，记激光信号信号输入值的百分比为I n ，其中1≤n≤17；
S2、根据选择的激光信号输入值，依次计算出理论激光功率输出值M n ，其中1≤n≤17；
如图2所示，假设当前激光器的最大功率输出值为P，在激光信号信号输入值的百分比I n 下，理论计算的功率值为P×I n 。
S3、根据选择的激光信号输入值，依次测量出实际激光功率输出值R n ，如图3所示，其中1≤n≤17；
S4、分别取步骤S2和步骤S3中连续的两个点（M n 、M n+1 ）和（R n 、R n+1 ），计算实际激光功率输出值和理论激光功率输出值之间的对应关系，得出两个点之间的矫正补偿值C n 为：
Figure SMS_4
其中：（M n 、M n+1 ）为连续的两个点理论激光功率输出值，（R n 、R n+1 ）为连续的两个点实际激光功率输出值，P为激光器的最大功率输出值。求得第一个点和第二个点的理论值和实际值之间的差值并求这两个点的平均数，根据求得的平均数，除以P。
S5、修正激光信号输入值：根据信号输入值所属功率区间，由步骤S4计算出的矫正补偿值修正激光信号输入值；假设原始激光信号信号输入值的百分比
Figure SMS_5
位于 I n 、I n+1 区间，得到矫正补偿值为C n ，修正后的激光信号输入值K n =P×/>
Figure SMS_6
+C n ；
S6、复测实际激光功率输出值，如图4所示为激光信号输入值和矫正后的值对比图，根据步骤S5得到的激光信号输入值K n ，按照步骤S3中所述的方法，重新测量出实际激光功率输出值，得到新的17个实际激光功率输出值
Figure SMS_7
；
S7、修正矫正补偿值，把步骤S6得到的实际激光功率输出值和理论激光功率输出值进行对比，如果实际激光功率输出值和理论激光功率输出值的偏差在允许误差范围内，则说明矫正补偿值正确，如果存在误差，需要重新修正矫正补偿值，此时新的矫正补偿值
Figure SMS_8
计算方式如下：/>
Figure SMS_9
其中：（
Figure SMS_10
、/>
Figure SMS_11
）为步骤S6得到的连续的两个点实际激光功率输出值。再次复测实际激光功率输出值，按上述步骤S5和步骤S6中得到的新K n 值和/>
Figure SMS_12
值，对比理论和实际的偏差值，如果在允许误差范围内，则完成功率矫正，如果偏差依旧存在，返回步骤S5再次进行矫正，得到新的矫正补偿值，直至偏差值在允许误差范围内。
对步骤S4得到的两个点之间的矫正补偿值C n 和激光信号输入值相加做为新的输入信号，在步骤S7中进行修正，得到最终的矫正补偿值。
在步骤S7中，实际激光功率输出值和理论激光功率输出值的允许误差范围由激光器输出功率稳定度得到，激光器输出功率稳定度W为：
Figure SMS_13
其中：Xmax是一段时间连续测量的激光器输出功率最大值，Xmin是一段时间连续测量的激光器输出功率最小值，/>
Figure SMS_14
是一段时间内所有测量的激光器输出功率的算术平均值，n为测量个数，i≤n。
通过激光功率探测器获取激光器发出的能量，从而得到实际激光器输出功率值，激光功率探测器与上位机通讯。获取激光器发出的能量，并传输到上位机进行数据保存。
通过激光功率探测器获取激光器发出的能量时，需贴近打印工作平面。实际测激光器输出功率尽可能贴近打印工作平面，有利减少光在空气中传播的能量损耗，提高采样数据准确性，同时准确的激光功率输出，能有效提升打印质量。
通过激光功率探测器获取激光器发出的能量时，在激光器发出的能量衰减后重新进行激光器输出功率矫正。
激光器输出功率矫正控制方法包括激光功率矫正模块和激光功率输出模块。激光功率矫正模块把输入的信号进行转换，得到想要的输出信号值，激光功率输出模块把矫正后输出的信号值输入到激光器的激光能量控制器中输出相对应的激光功率值。通过调整激光功率矫正模块中的补偿关系，得到不同的功率矫正曲线函数，解决了不同型号激光器，在相同输入信号下，输出功率相同，提高了激光器的应用范围，方便不同激光器相互间的替换。
经过上述步骤的操作，矫正过后的激光器实际输出功率能够达到预设值，如图5所示为激光器理论计算值和实际输出值对比图，图中可以发现两条功率曲线接近重合。通过计算理论和实际的差值，如图6所示，差值最大为2w，说明本发明提供的方法是可行的，得到的效果可以在实际应用中实施。
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，所应理解的是，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 (6)

1.一种激光器输出功率矫正控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1、选择激光信号输入值，激光信号输入值以最大功率输出值的15%做为起始点，后续依次增加5%，终止点为95%的最大功率输出值；
S2、根据选择的激光信号输入值，依次计算出理论激光功率输出值 Mn ；
S3、根据选择的激光信号输入值，依次测量出实际激光功率输出值 Rn ；
S4、分别取步骤S2和步骤S3中连续的两个点（ Mn 、 Mn+1 ）和（ Rn 、 Rn+1 ），计算实际激光功率输出值和理论激光功率输出值之间的对应关系，得出两个点之间的矫正补偿值；
S5、修正激光信号输入值：根据信号输入值所属功率区间，由步骤S4计算出的矫正补偿值修正激光信号输入值；
S6、复测实际激光功率输出值，根据步骤S5得到的激光信号输入值，重新测量出实际激光功率输出值；
S7、修正矫正补偿值，把步骤S6得到的实际激光功率输出值和理论激光功率输出值进行对比，如果实际激光功率输出值和理论激光功率输出值的偏差在允许误差范围内，则说明矫正补偿值正确，如果存在误差，需要重新修正矫正补偿值，直至偏差在允许误差范围内；
在步骤S4中，两个点之间的矫正补偿值 Cn 为：
Figure PWXKUEECLU5FGS5BMEVPQSV2NGUXT3YFA0UPW7YJ
其中：（ Mn 、 Mn+1 ）为连续的两个点理论激光功率输出值，（ Rn 、 Rn+1 ）为连续的两个点实际激光功率输出值，P为激光器的最大功率输出值。
2.根据权利要求1所述的一种激光器输出功率矫正控制方法，其特征在于：对步骤S4得到的两个点之间的矫正补偿值 Cn 和激光信号输入值相加做为新的输入信号，在步骤S7中进行修正，得到最终的矫正补偿值。
3.根据权利要求1所述的一种激光器输出功率矫正控制方法，其特征在于：在步骤S7中，实际激光功率输出值和理论激光功率输出值的允许误差范围由激光器输出功率稳定度得到，激光器输出功率稳定度W为：
Figure PBUZRN5BRFIKNKCOGTTMRVWXDYFHSHMERODVWB8C
其中：Xmax是一段时间连续测量的激光器输出功率最大值，Xmin是一段时间连续测量的激光器输出功率最小值，
Figure DYRNDXPONINKEF9ZI7X7IT1M93YW6FXFMWPL05AU
是一段时间内所有测量的激光器输出功率的算术平均值，n为测量个数，i≤n。
4.根据权利要求1所述的一种激光器输出功率矫正控制方法，其特征在于：通过激光功率探测器获取激光器发出的能量，从而得到实际激光器输出功率值，激光功率探测器与上位机通讯。
5.根据权利要求4所述的一种激光器输出功率矫正控制方法，其特征在于：通过激光功率探测器获取激光器发出的能量时，需贴近打印工作平面。
6.根据权利要求1所述的一种激光器输出功率矫正控制方法，其特征在于：通过激光功率探测器获取激光器发出的能量时，在激光器发出的能量衰减后重新进行激光器输出功率矫正。
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