CN202615183U - 一种用于激光加工设备的双路功率负反馈系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公告了一种用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，在现有激光器功率负反馈的基础上，在加工点设有加工点激光输出功率检测电路，其输入端与激光出射单元的输出端通过分光耦合镜片连接，输出端分别与具有反馈切换功能的负反馈控制电路和激光电源控制电路连接，用于实时检测至少一个加工点的激光输出功率，并实时地将其负反馈至激光电源控制部件的控制端，实现双路功率负反馈，以控制激光输出功率的大小，可以显著提高激光输出稳定性和激光功率控制精度，明显改善激光加工品质，有效解决了现有激光加工设备的单一功率负反馈闭环控制系统中未包括输出光纤耦合传输系统中的激光入射单元、光纤和激光出射单元而造成的输出功率不稳定的问题。

Description

一种用于激光加工设备的双路功率负反馈系统

技术领域

本实用新型涉及激光加工，特别是涉及一种用于激光加工设备的双路功率负反馈系统。

背景技术

现有激光加工设备大多在激光腔的输出端设有激光功率检测装置，将其检测到的激光功率实时负反馈至激光电源控制部件的控制端以控制激光输出的大小，进而提高激光输出的稳定性。由于这种激光功率负反馈闭环控制系统未包括激光腔镜至激光加工点之间的输出光纤耦合传输系统中的激光入射单元、光纤和激光出射单元，且这些部分出现损坏尚无法判断，因此，严重制约了加工点激光输出稳定性的提高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种用于激光加工设备的双路功率负反馈系统。

本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，包括由激光器、设置在激光器输出端的激光器输出功率检测电路、负反馈控制电路，以及激光电源控制电路依次连接组成的闭环负反馈系统，所述激光器输出功率检测电路还与激光电源控制电路连接，所述激光电源控制电路包括激光电源、分别与所述激光电源连接的CPU和放电控制单元，所述CPU分别与所述放电控制单元和负反馈控制电路连接，所述放电控制单元和负反馈控制电路连接，所述激光器的输出端还依次连接有激光入射单元、光纤和激光出射单元，由激光入射单元、光纤和激光出射单元将激光器输出的激光传输到激光加工点进行加工作业。

这种用于激光加工设备的双路功率负反馈系统的特点是：

在激光加工点设有加工点激光输出功率检测电路，所述加工点激光输出功率检测电路的输入端与所述激光出射单元的输出端通过分光耦合镜片连接，所述加工点激光输出功率检测电路的输出端分别与所述负反馈控制电路和所述激光电源控制电路连接，用于实时检测至少一个加工点的激光输出功率。

所述负反馈控制电路是具有反馈切换功能的负反馈控制电路，其两个输入端分别与所述加工点激光输出功率检测电路的输出端和所述激光器输出功率检测电路的输出端连接，其第三个输入端即控制端与所述激光电源控制电路的CPU连接，其第四个输入端即与所述激光电源控制电路的放电控制单元的输出端连接，所述负反馈控制电路的反馈信号输出端与所述激光电源控制电路的放电控制单元的反馈信号输入端连接，所述激光电源控制电路的CPU自动控制接通或者根据用户选择控制接通所述加工点激光输出功率检测电路的输出端或所述激光器输出功率检测电路的输出端，切换接通其中一路功率负反馈电路工作，包括以下步骤：

1)所述加工点激光输出功率检测电路和所述激光器输出功率检测电路分别输出的激光功率信号由所述CPU中的模拟/数字转换器转换为相应前后两路数字信号；

2)由所述CPU中的积分程序对步骤1)转换的前后两路数字信号分别同时实时积分运算出相应前后两个实时积分数值；

3)由所述CPU中的比较程序对步骤2)的前后两个实时积分数值进行比较；

4)由所述CPU根据步骤3)的比较结果发送控制信号控制负反馈控制电路进行负反馈状态切换：

如果后个实时积分数值超过前个实时积分数值设定值时，即激光器激光功率超过加工点激光功率设定值，表明加工点激光输出功率出现异常，所述CPU发送控制信号控制负反馈控制电路中的电子开关接通所述激光器激光输出功率检测电路的输出端，切换接通激光器激光功率负反馈电路工作，并在外围显示界面上显示处于激光器功率负反馈状态，以明显降低激光加工不良率，同时输出光纤耦合传输系统中的激光入射单元、光纤和激光出射单元发生故障的报警信息，提醒有关人员确认，以避免由于激光入射单元、光纤和激光出射单元损坏时，造成激光电源系统投入过大，进而损坏激光加工设备的电源；

如果后个实时积分数值未超过前个实时积分数值设定值时，即激光器激光功率未超过加工点激光功率设定值，表明加工点激光输出功率正常，所述CPU发送控制信号使负反馈控制电路中的电子开关接通所述加工点激光输出功率检测电路的输出端，切换接通加工点激光功率负反馈电路工作，并在外围显示界面上显示处于加工点功率负反馈状态。

所述后个实时积分数值超过前个实时积分数值的设定值，由采用的光纤、激光入射单元的镜片和激光出射单元的镜片的衰减性能决定。

优选的是，所述后个实时积分数值超过前个实时积分数值的设定值为5％～20％。

本实用新型的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。

所述加工点激光输出功率检测电路与所述激光器输出功率检测电路的相同组成是依次连接的光电转换器、电流电压转换电路和电压放大电路，分别用于将加工点和激光器输出的激光信号转换成与激光功率成比例的电压信号。

所述加工点激光输出功率检测电路与所述激光器输出功率检测电路还包括与光电转换器连接的恒温控制电路，用于小区间温度恒定控制，使光电转换器件始终处于固定的温度范围，确保光电转换的准确性。

所述加工点激光输出功率检测电路还设有输入端与所述电压放大电路的输出端连接的整形放大电路，用于将加工点电压放大电路输出的电压信号进行整形放大，以提高功率负反馈系统的抗干扰性能。

所述加工点激光输出功率检测电路的电流电压转换电路中设有调整信号放大倍数的电位器，用于调节光信号的强度。

所述负反馈控制电路包括两路处理信号的叠加电路、一路由依次连接的积分电路和取样电路组成的一路放电驱动信号处理电路，以及由依次连接的逻辑门切换电路和比例放大电路组成的另一路加工点与激光器激光输出功率检测信号处理电路，所述逻辑门切换电路包括第一反相器、第二反相器、第一电子开关和第二电子开关，第一电子开关和第二电子开关的受控端分别与所述第一反相器、第二反相器的输出端连接，所述逻辑门切换电路的两个输入端即第二电子开关输入端和第一电子开关的输入端，分别与所述加工点激光输出功率检测电路、所述激光器输出功率检测电路的输出端连接，第三个输入端即第一反相器的输入端与所述激光电源控制电路的CPU连接，由CPU自动控制第二电子开关和第一电子开关中的一个接通或者根据用户选择控制第二电子开关和第一电子开关中的一个接通所述加工点激光输出功率检测电路的输出端或所述激光器输出功率检测电路的输出端，切换接通其中一路功率负反馈电路工作，所述叠加电路的两个输入端分别与所述取样电路的输出端和所述比例放大电路的输出端连接，所述叠加电路的输出端与所述放电控制单元连接，输出负反馈控制信号至所述放电控制单元。

所述CPU是包括高速数字信号处理器(Digital Signal Processor，缩略词为DSP)的CPU，其外围电路包括输入输出(I/O)接口、显示及输入输出单元和存储单元，所述CPU用于整个激光加工设备的数据处理和系统控制，以及负反馈控制电路的切换控制。

所述放电控制单元包括依次连接的脉宽调制(Pulse Width Modulation，缩略词为PWM)电路和驱动电路，所述PWM电路的两个输入端分别与所述负反馈控制电路的叠加电路的输出端和所述CPU的激光功率参考信号输出端连接，所述驱动电路的输出端与所述激光电源的驱动信号输入端连接，所述放电控制单元用于将CPU输出的加工要求的激光功率参考信号和所述负反馈控制电路的反馈信号分别送到PWM电路，生成PWM信号，再将所述PWM信号输入所述驱动电路，产生可以驱动激光电源中的开关器件的大电流信号，所述激光电源向所述激光器提供可控电能，所述激光器将所述可控电能转换为激光能量，由激光入射单元、光纤和激光出射单元将激光器输出的激光传输到加工点进行加工作业。

所述激光出射单元包括壳体、壳体上的光纤插头、壳体内顺沿主光路排布的激光准直镜片、45°透射镜片、激光聚焦镜片和激光保护玻璃，以及顺沿由45°透射镜片的一透射光路排布的可见光滤光片、激光滤光镜片和检测光聚焦镜片，所述检测光聚焦镜片的后面是安装所述加工点激光输出功率检测电路的印刷电路板(PrintedCircuitBoard，缩略词为PCB)，所述印刷电路板PCB上的器件包括光电传感器和电流电压转换电路中的电位器。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

本实用新型在现有激光器功率负反馈的基础上，在加工点设有加工点激光输出功率检测电路，并实时地将其负反馈至激光电源控制部件的控制端，实现双路功率负反馈，以控制激光输出功率的大小，可以显著提高激光输出稳定性和激光功率控制精度，明显改善激光加工品质，有效解决了现有激光加工设备的单一功率负反馈闭环控制系统中未包括输出光纤耦合传输系统中的激光入射单元、光纤和激光出射单元而造成的输出功率不稳定的问题。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的组成方框图；

图2是图1中的激光器输出功率检测电路的组成方框图；

图3是图1中的加工点激光输出功率检测电路的组成方框图；

图4是图1中的放电控制电路框图；

图5是图1中的反馈控制切换电路框图；

图6是图1中激光出射单元结构剖面图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型进行说明。

一种如图1～6所示的用于激光焊接机的双路功率负反馈系统，包括由激光器2、设置在激光器2输出端的激光器输出功率检测电路10、负反馈控制电路9，以及激光电源控制电路依次连接组成的闭环负反馈系统，激光器输出功率检测电路10还与激光电源控制电路连接，激光电源控制电路包括激光电源1、分别与激光电源1连接的CPU 12和放电控制单元11，CPU 12是包括高速DSP的CPU，其外围电路包括输入输出(I/O)接口15、显示及输入输出单元14和存储单元13，CPU12用于整个激光加工设备的数据处理和系统控制，以及负反馈控制电路9的切换控制。CPU 12分别与放电控制单元11和负反馈控制电路9连接，放电控制单元11和负反馈控制电路9连接。激光器2的输出端还依次连接有激光入射单元3、光纤4和激光出射单元5，由激光入射单元3、光纤4和激光出射单元5将激光器2输出的激光传输到加工点8进行加工作业。

放电控制单元11包括依次连接的PWM电路24和驱动电路25，PWM电路24的两个输入端分别与负反馈控制电路9的叠加电路22的输出端和CPU 12的激光功率参考信号输出端连接，驱动电路25的输出端与激光电源1的驱动信号输入端连接，放电控制单元11用于将CPU12输出的加工要求的激光功率参考信号和负反馈控制电路9的反馈信号分别送到PWM电路24，生成PWM信号，再将PWM信号输入驱动电路25，产生可以驱动激光电源1中的开关器件的大电流信号，激光电源1向激光器2提供可控电能，激光器2将可控电能转换为激光能量，由激光入射单元3、光纤4和激光出射单元5将激光器2输出的激光传输到激光加工点8进行加工作业。

加工点激光输出功率检测电路6设置在激光加工点8，加工点激光输出功率检测电路6的输入端与激光出射单元5的输出端通过分光耦合镜片(附图中未画出)连接，加工点激光输出功率检测电路6的输出端分别与负反馈控制电路9和激光电源控制电路连接，用于实时检测至少一个加工点的激光输出功率。

激光器输出功率检测电路10包括依次连接的光电转换器16、电流电压转换电路17、电压放大电路18，和与光电转换器16连接的恒温控制电路19，恒温控制电路19用于小区间温度恒定控制，使光电转换器16始终处于固定的温度范围，激光器输出功率检测电路10用于将激光器2输出的激光信号转换成与激光功率成比例的电压信号。

加工点激光输出功率检测电路6包括依次连接的光电转换器36、电流电压转换电路17′、电压放大电路18′，和与光电转换器36连接的恒温控制电路19′，恒温控制电路19′用于小区间温度恒定控制，使光电转换器36始终处于固定的温度范围，加工点激光输出功率检测电路6用于将加工点8输出的激光信号转换成与激光功率成比例的电压信号。

加工点激光输出功率检测电路6还设有输入端与电压放大电路18′的输出端连接的整形放大电路7，用于将加工点电压放大电路18′输出的电压信号进行整形放大，以提高功率负反馈系统的抗干扰性能。

加工点激光输出功率检测电路6的电流电压转换电路17′中设有调整信号放大倍数的电位器37，用于调节光信号的强度。

激光出射单元5包括壳体、壳体上的光纤插头30、壳体内顺沿主光路排布的激光准直镜片31、45°透射镜片32、激光聚焦镜片38和激光保护玻璃39，以及顺沿由45°透射镜片32的一透射光路排布的可见光滤光片33、激光滤光镜片34和检测光聚焦镜片35，检测光聚焦镜片35的后面是安装加工点激光输出功率检测电路6的印刷电路板PCB，印刷电路板PCB上的器件包括光电传感器36和电流电压转换电路17′中的电位器37。

负反馈控制电路9是具有反馈切换功能的负反馈控制电路。负反馈控制电路9包括两路处理信号的叠加电路22、一路由依次连接的积分电路20和取样电路21组成的一路放电驱动信号处理电路，以及由依次连接的逻辑门切换电路和比例放大电路23组成的另一路加工点与激光器激光输出功率检测信号处理电路，逻辑门切换电路包括第一反相器29、第二反相器28、第一电子开关26和第二电子开关27，第一电子开关26和第二电子开关27的受控端分别与第一反相器29、第二反相器28的输出端连接，逻辑门切换电路的两个输入端即第二电子开关27输入端和第一电子开关26的输入端，分别与加工点激光输出功率检测电路6、激光器输出功率检测电路10的输出端连接，第三个输入端即第一反相器29的输入端与激光电源控制电路的CPU 12连接，由CPU12自动控制第二电子开关27和第一电子开关26中的一个接通或者根据用户选择控制第二电子开关27和第一电子开关26中的一个接通加工点激光输出功率检测电路6的输出端或激光器输出功率检测电路10的输出端，切换接通其中一路功率负反馈电路工作，叠加电路22的两个输入端分别与取样电路21的输出端和比例放大电路23的输出端连接，叠加电路22的输出端输出负反馈控制信号至放电控制单元11的PWM电路24。

负反馈控制电路9的两个输入端分别与加工点激光输出功率检测电路6的输出端和激光器输出功率检测电路10的输出端连接，其第三个输入端即控制端与所述激光电源控制电路的CPU连接，其第四个输入端即与所述激光电源控制电路的放电控制单元11的输出端连接，负反馈控制电路9的反馈信号输出端与激光电源控制电路的放电控制单元11的PWM电路24的反馈信号输入端连接，激光电源控制电路的CPU12自动控制接通或者根据用户选择控制接通加工点激光输出功率检测电路6的输出端或激光器输出功率检测电路10的输出端，切换接通其中一路功率负反馈电路工作，包括以下步骤：

1)加工点激光输出功率检测电路6和激光器输出功率检测电路10分别输出的激光功率信号由CPU12中的模拟/数字转换器转换为相应前后两路数字信号；

2)由CPU12中的积分程序对步骤1)转换的前后两路数字信号分别同时实时积分运算出相应前后两个实时积分数值；

3)由CPU12中的比较程序对步骤2)的前后两个实时积分数值进行比较；

4)由CPU12根据步骤3)的比较结果发送控制信号控制负反馈控制电路9进行负反馈状态切换：

如果后个实时积分数值超过前个实时积分数值12％时，即激光器激光功率超过加工点激光功率12％，表明加工点激光输出功率出现异常，CPU12发送控制信号控制负反馈控制电路9中的第一电子开关26接通激光器激光输出功率检测电路10的输出端，切换接通激光器激光功率负反馈电路工作，并在外围显示界面上显示处于激光器功率负反馈状态，以明显降低激光加工不良率，同时输出光纤耦合传输系统中的激光入射单元3、光纤4和激光出射单元5发生故障的报警信息，提醒有关人员确认，以避免由于激光入射单元3、光纤4和激光出射单元5损坏时，造成激光电源系统投入过大，进而损坏激光加工设备的电源；

如果后个实时积分数值未超过前个实时积分数值12％时，即激光器激光功率未超过加工点激光功率12％，表明加工点激光输出功率正常，CPU12发送控制信号使负反馈控制电路9中的第二电子开关27接通加工点激光输出功率检测电路6的输出端，切换接通加工点激光功率负反馈电路工作，并在外围显示界面上显示处于加工点功率负反馈状态。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，包括由激光器、设置在激光器输出端的激光器输出功率检测电路、负反馈控制电路，以及激光电源控制电路依次连接组成的闭环负反馈系统，所述激光器输出功率检测电路还与激光电源控制电路连接，所述激光电源控制电路包括激光电源、分别与所述激光电源连接的CPU和放电控制单元，所述CPU分别与所述放电控制单元和负反馈控制电路连接，所述放电控制单元和负反馈控制电路连接，所述激光器的输出端还依次连接有激光入射单元、光纤和激光出射单元，其特征在于：

在激光加工点设有加工点激光输出功率检测电路，所述加工点激光输出功率检测电路的输入端与所述激光出射单元的输出端通过分光耦合镜片连接，所述加工点激光输出功率检测电路的输出端分别与所述负反馈控制电路和所述激光电源控制电路连接；

所述负反馈控制电路是具有反馈切换功能的负反馈控制电路，其两个输入端分别与所述加工点激光输出功率检测电路的输出端和所述激光器输出功率检测电路的输出端连接，其第三个输入端即控制端与所述激光电源控制电路的CPU连接，其第四个输入端即与所述激光电源控制电路的放电控制单元的输出端连接，所述负反馈控制电路的反馈信号输出端与所述激光电源控制电路的放电控制单元的反馈信号输入端连接。

2.如权利要求1所述的用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，其特征在于：

所述加工点激光输出功率检测电路与所述激光器输出功率检测电路的相同组成是依次连接的光电转换器、电流电压转换电路和电压放大电路。

3.如权利要求1或2所述的用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，其特征在于：

所述加工点激光输出功率检测电路与所述激光器输出功率检测电路还包括与光电转换器连接的恒温控制电路。

4.如权利要求3所述的用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，其特征在于：

所述加工点激光输出功率检测电路还设有输入端与所述电压放大电路的输出端连接的整形放大电路。

5.如权利要求4所述的用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，其特征在于：

所述加工点激光输出功率检测电路的电流电压转换电路中设有调整信号放大倍数的电位器。

6.如权利要求5所述的用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，其特征在于：

所述负反馈控制电路包括两路处理信号的叠加电路、一路由依次连接的积分电路和取样电路组成的一路放电驱动信号处理电路，以及由依次连接的逻辑门切换电路和比例放大电路组成的另一路加工点与激光器激光输出功率检测信号处理电路，所述逻辑门切换电路包括第一反相器、第二反相器、第一电子开关和第二电子开关，第一电子开关和第二电子开关的受控端分别与所述第一反相器、第二反相器的输出端连接，所述逻辑门切换电路的两个输入端即第二电子开关输入端和第一电子开关的输入端，分别与所述加工点激光输出功率检测电路、所述激光器输出功率检测电路的输出端连接，第三个输入端即第一反相器的输入端与所述激光电源控制电路的CPU连接，所述叠加电路的两个输入端分别与所述取样电路的输出端和所述比例放大电路的输出端连接，所述叠加电路的输出端与所述放电控制单元连接。

7.如权利要求6所述的用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，其特征在于：

所述CPU是包括高速数字信号处理器DSP的CPU，其外围电路包括输入输出接口、显示及输入输出单元和存储单元。

8.如权利要求7所述的用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，其特征在于：

所述放电控制单元包括依次连接的脉宽调制PWM电路和开关驱动电路，所述PWM电路的两个输入端分别与所述负反馈控制电路的叠加电路的输出端和所述CPU的激光功率参考信号输出端连接，所述开关驱动电路的输出端与所述激光电源的驱动信号输入端连接。

9.如权利要求8所述的用于激光加工设备的双路功率负反馈系统，其特征在于：

所述激光出射单元包括壳体、壳体上的光纤插头、壳体内顺沿主光路排布的激光准直镜片、45°透射镜片、激光聚焦镜片和激光保护玻璃，以及顺沿由45°透射镜片的一透射光路排布的可见光滤光片、激光滤光镜片和检测光聚焦镜片，所述检测光聚焦镜片的后面是安装所述加工点激光输出功率检测电路的印刷电路板，所述印刷电路板上的器件包括光电传感器和电流电压转换电路中的电位器。

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