專利名稱：金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光器的控制系統(tǒng)，具體涉及一種金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
金屬二氧化碳射頻激光器現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的運用激光標刻，切割，焊接等領(lǐng)域。針對不同的材質(zhì)和不同的用戶要求，就必須對激光器的輸出功率進行調(diào)節(jié)和控制?，F(xiàn)有技術(shù)是通過PWM信號的方式對激光器的功率進行控制，如圖I所示，控制計算機I通過PWM信號線2對激光器3進行控制，PWM控制方式PWM控制是通過改變方波信號的占空比實現(xiàn)功率輸出的控制，如圖2所示，其中
占空比(Duty Cycle)的定義
TDuty = penod x 100%
T
on運行在控制計算機I上標刻或者切割軟件，輸出上圖所示的PWM信號，并且通過改變占空比(Duty Cycle)實現(xiàn)對功率的控制。占空比大，輸出功率高；占空比小，輸出功率低。具體計算公式Piaser = PlasermaxXDutyPWM控制方式的不足因為PWM控制方式方式在，激光器實際輸出功率為Plase,= Plasw maxXDuty。對于不同個體的激光器，激光器的最大輸出功率Plaser_max不會完全相同；同時，激光器工作一段時間后，最大功率會有衰減。因為硬件和現(xiàn)場電磁干擾的原因，占空比(Duty Cycle)也會有很大的誤差。無法實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)因為PWM控制只有輸出信號，無法知道激光器的實際輸出功率和運行情況，所以只能實現(xiàn)開環(huán)控制。如果激光器運行環(huán)境發(fā)生變化，激光功率輸出改變，計算機無法根據(jù)這些變化進行跟蹤調(diào)節(jié)綜上的原因，通過PWM調(diào)節(jié)激光功率不可能實現(xiàn)精確控制。在實際應用過程中，生產(chǎn)人員都必須根據(jù)經(jīng)驗，一邊改變PWM的占空比，一邊測量激光輸出功率，要花費很長時間才能實現(xiàn)準確的激光輸出功率。同時，激光器在運行過程中，激光器輸出功率值會有5-10%的偏差。對于要實現(xiàn)精確控制的場合，這樣的偏差，很難滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種輸出功率精確可控的金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用技術(shù)方案如下一種金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括控制計算機、激光器，所述激光器包括控制板和與所述控制板連接的激光器管芯，所述控制計算機通過數(shù)字通信接口將預定輸出功率值傳輸給所述控制板，所述控制板根據(jù)所述預定輸出功率值控制激光器管芯的輸出功率；在所述控制板上還連接有一嵌入是激光檢測模塊，所述激光檢測模塊測試所述激光器管芯的實際輸出功率值后反饋給所述控制板對所述激光器管芯的實際輸出功率進行動態(tài)調(diào)整。所述金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)中，所述激光檢測模塊測試所述激光器管芯的實際輸出功率值，具體是在所述激光器管芯的輸出端設(shè)置有一個I %的分光鏡，所述激光檢測模塊測試通過檢測所述分光鏡反射的I%光的功率得出實際輸出功率。所述金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)中，所述控制板對所述激光器管芯的輸出功率進行動態(tài)調(diào)整，具體是激光器控制板根據(jù)檢測到的實際激光功率，通過雙閉環(huán)PI控制算法，動態(tài)調(diào)整激 光器的輸出激光功率，以實現(xiàn)激光功率的精確輸出。所述金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)中，所述控制板對所述激光器管芯的實際輸出功率進行動態(tài)調(diào)整，具體是將所述實際輸出功率值與所述預定輸出功率值進行差值比較，然后根據(jù)所述差值增大或減小所述激光器管芯的輸出功率。本發(fā)明針對PWM控制方式不足，我們設(shè)計出數(shù)字通信接口，功率值直接通過數(shù)字通信接口傳輸給激光器。激光器的主控板在接收到數(shù)字化功率值后，控制激光器輸出相應的激光功率。同時，我們采用嵌入式激光功率檢測模塊，測試實際激光輸出功率，激光器控制板根據(jù)檢測到的實際激光功率，通過雙閉環(huán)PI控制算法，動態(tài)調(diào)整激光器的輸出激光功率，以實現(xiàn)激光功率的精確輸出。本發(fā)明的有益效果如下利用該方案，可以實現(xiàn)對激光器的雙閉環(huán)控制，可以根據(jù)激光器的實際運行狀態(tài)，隨時調(diào)整控制方式。利用該方案，激光器實現(xiàn)激光器功率的準確及精確輸出，適用于對激光功率精度要求的場合。利用該方案，可是減少人員調(diào)試和操作人員的工作量，提高工作效率。


此

所提供的圖片用來輔助對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定，在附圖中圖I為現(xiàn)有控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有PWM控制信號波形圖；圖3為本發(fā)明的整體框圖；圖4為本發(fā)明激光器的控制流程圖；圖5為本發(fā)明控制器基本框圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖以及具體實施方法來詳細說明本發(fā)明，在本發(fā)明的示意性實施及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。實施例I :如圖3所示，本發(fā)明公開了一種金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括控制計算機和激光器，激光器包括控制板和與所述控制板連接的激光器管芯，所述控制計算機通過數(shù)字通信接口將預定輸出功率值傳輸給所述控制板，所述控制板根據(jù)所述預定輸出功率值控制激光器管芯的輸出功率，比如預定的輸出功率為100W，那么控制板就控制激光器管芯輸出功率為100W;在所述控制板上還連接有一嵌入是激光檢測模塊，激光檢測模塊測試所述激光器管芯的實際輸出功率值反饋給所述控制板對所述激光器管芯的實際輸出功率進行動態(tài)調(diào)整，具體可以是在所述激光器管芯的輸出端設(shè)置有一個1%的分光鏡，激光檢測模塊測試通過檢測所述分光鏡反射的1%光的功率得出實際輸出功率，激光器控制板根據(jù)檢測到的實際激光功率，通過雙閉環(huán)PI控制算法，動態(tài)調(diào)整激光器的輸出激光功率，以實現(xiàn)激光功率的精確輸出，或者是將所述實際輸出功率值與所述預定輸出功 率值進行差值比較，然后根據(jù)所述差值增大或減小所述激光器管芯的輸出功率。本發(fā)明的整體架構(gòu)是激光器控制板通過數(shù)字化通信接口及專用通信協(xié)議接收來自控制計算機的數(shù)字化功率做給給定值，控制板輸出控制信號控制激光器的輸出功率，嵌入式激光功率檢測激光器的實際輸出功率，并反饋給激光器控制板。激光器控制板通過模數(shù)轉(zhuǎn)換和比例關(guān)系計算出激光器的實際輸出值，并且比較實際輸出值和控制計算機下傳的數(shù)字化功率值進行比較，通過專門的比較算法，調(diào)整激光器的實際輸出值，激光器的功率控制策略如圖4所示。其中，PI控制器的基本框圖如圖5所示，PI控制器即比例-積分控制器。將設(shè)置功率和實際激光器輸出功率的差值稱之為誤差民=Pser-Plaser0 PI控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分計算出控制量進行控制的。比例控制是一種最簡單的控制方式，其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。PI控制器作為經(jīng)典的控制理論，能實現(xiàn)很優(yōu)異控制效果。其中，PI控制器在計算機中實現(xiàn)，必須進行數(shù)字化處理。在該方案中，我們的計算
公式如下Ap(T)Ae(i) = Pset-Piaser (i)PI (i) = PI(i-l)+KiXe(i)Y(i) = PI(i)+KpXe(i)式中PlaSer(i)為當前點激光器輸出功率Pset為控制計算機下傳的設(shè)置功率值PI(i)為本采樣周期積分結(jié)果Pl(i-l)為上一采樣周期積分結(jié)果e(i)為本次給定與反饋差值；Y(i)為PI調(diào)節(jié)器輸出；Ti為積分時間；Kp為比例系數(shù)激光器控制板將實際輸出功率和激光器工作狀態(tài)(如溫度等)通過數(shù)字通信接口上傳給控制計算機，計算機根據(jù)這些情況調(diào)整控制策略，進一步控制激光器的工作。從而實現(xiàn)雙閉環(huán)控制。本發(fā)明針對PWM控制方式不足，設(shè)計出數(shù)字通信接口，功率值直接通過數(shù)字通信接口傳輸給激光器。激光器的主控板在接收到數(shù)字化功率值后，控制激光器輸出相應的激光功率。同時，我們采用嵌入式激光功率檢測模塊，測試實際激光輸出功率，激光器控制板根據(jù)檢測到的實際激光功率，通過雙閉環(huán)PI控制算法，動態(tài)調(diào)整激光器的輸出激光功率，以實現(xiàn)激光功率的精確輸出。
以上對本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在具體實施方式
以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括控制計算機、激光器，所述激光器包括控制板和與所述控制板連接的激光器管芯，其特征在于 所述控制計算機通過數(shù)字通信接口將預定輸出功率值傳輸給所述控制板，所述控制板根據(jù)所述預定輸出功率值控制激光器管芯的輸出功率； 在所述控制板上還連接有一嵌入是激光檢測模塊，所述激光檢測模塊測試所述激光器管芯的實際輸出功率值后反饋給所述控制板對所述激光器管芯的實際輸出功率進行動態(tài)調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于 所述激光檢測模塊測試所述激光器管芯的實際輸出功率值，具體是 在所述激光器管芯的輸出端設(shè)置有一個I %的分光鏡，所述激光檢測模塊測試通過檢測所述分光鏡反射的I%光的功率得出實際輸出功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于 所述控制板對所述激光器管芯的輸出功率進行動態(tài)調(diào)整，具體是 激光器控制板根據(jù)檢測到的實際激光功率，通過雙閉環(huán)PI控制算法，動態(tài)調(diào)整激光器的輸出激光功率，以實現(xiàn)激光功率的精確輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于 所述控制板對所述激光器管芯的實際輸出功率進行動態(tài)調(diào)整，具體是 將所述實際輸出功率值與所述預定輸出功率值進行差值比較，然后根據(jù)所述差值增大或減小所述激光器管芯的輸出功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光器的控制系統(tǒng)，具體公開了一種金屬密封射頻二氧化碳激光器光功率優(yōu)化控制系統(tǒng)。它包括控制計算機、激光器，所述激光器包括控制板和與所述控制板連接的激光器管芯，所述控制計算機通過數(shù)字通信接口將預定輸出功率值傳輸給所述控制板，所述控制板根據(jù)所述預定輸出功率值控制激光器管芯的輸出功率；在所述控制板上還連接有一嵌入是激光檢測模塊，所述激光檢測模塊測試所述激光器管芯的實際輸出功率值后反饋給所述控制板對所述激光器管芯的實際輸出功率進行動態(tài)調(diào)整。本發(fā)明克服了PWM控制方式的缺點，實現(xiàn)了輸出功率的精確可控。
文檔編號H01S3/102GK102761055SQ201110190198
公開日2012年10月31日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者王紅青, 邱收 申請人:武漢晶石光電技術(shù)有限公司