雷射器雷射功率信號的調製方法及裝置與流程
2024-03-23 07:56:05
本發明涉及雷射技術領域，特別是涉及雷射器雷射功率信號的調製方法及裝置。
背景技術：
隨著社會的發展和進度，大家對環保及小批量零件的生產要求越來越多，因此雷射加工設備快速被大量廠家需求。目前的功率雷射加工已廣泛涉及於雷射切割、雷射焊接、雷射淬火、雷射3d列印、雷射清洗等眾多領域；而雷射器作為雷射設備一個重要的核心部件，起到一個刀具的作用，直接影響了加工的速度和質量的好壞。
在眾多的雷射加工領域中，要得到好的加工效果，都要求雷射器能夠給出可接受範圍內的穩定的需求功率輸出；連續波功率和各種脈衝功率之間可以方便的切換，且控制簡單，響應速度快。例如在雷射切割和焊接中，調用功率輸出的穩定性，直接反映在切割或焊接等的速度上，若功率偏小、則會出現無法切透或焊透的情況，不但被加工零件報廢，甚至可能會出現反射回來的雷射損傷設備的情況；若連續功率及脈衝之間的切換不能簡單的快速完成，則會影響剛開始切割或焊接處的質量，造成能量弱化或過強的問題。常見的雷射波形類型有：連續波、門脈衝、強脈衝、超脈衝。
傳統的雷射器功率調製方式，主要存在以下問題：連續波電路和脈衝的切換電路實現方式複雜，從而導致響應速度偏慢，無法方便的調製頻率和脈衝。
技術實現要素：
基於此，有必要提供一種連續波電路和脈衝的切換響應速度較快的雷射器雷射功率信號的調製方法及裝置。
一種雷射器雷射功率信號的調製方法，包括：
將輸入功率信號通過第一門脈衝信號的選通控制形成第一合成信號，所述第一合成信號包括連續波信號和/或第二門脈衝信號；
將增強功率信號通過第一增強脈衝信號的選通控制形成第二增強脈衝信號；
將第一合成信號和第二增強脈衝信號合成形成第二合成信號。
上述雷射器雷射功率信號的調製方法中，其中第一合成信號中的第二門脈衝信號的頻率和佔空比根據第一門脈衝信號通過控制選通電路確定，同時由第一門脈衝信號確定輸出是連續波信號還是第二門脈衝信號；同樣的第二增強脈衝信號的頻率和佔空比由第一增強脈衝信號控制選通電路確定；因此不同輸出形式的功率調製方式簡單，邏輯清晰，提高了可靠性及響應速度，可以方便的調製各脈衝的頻率和佔空比。
在其中一個實施例中，所述第一增強脈衝信號和第一門脈衝信號聯動觸發。
在其中一個實施例中，將第二合成信號通過電子關閘信號的選通控制形成第三合成信號，將第三合成信號和預燃功率信號疊加形成最終功率信號。
在其中一個實施例中，所述將輸入功率信號通過第一門脈衝信號的選通控制形成第一合成信號前包括：
根據內控功率信號和外部輸入功率信號選取其中一個形成輸入功率信號。
在其中一個實施例中，所述根據內控功率信號和外部輸入功率信號選取其中一個形成輸入功率信號前包括：
根據外控功率信號和反饋外控功率信號選取其中一個形成外部輸入功率信號，其中所述反饋外控功率信號根據外部輸入功率信號和雷射器實際輸出功率之間的偏差計算獲取。
此外，還提供一種雷射器雷射功率信號的調製裝置，包括：
第一選通電路，用於根據第一門脈衝信號將輸入功率信號形成第一合成信號，所述第一合成信號包括連續波信號和/或第二門脈衝信號；
第二選通電路，用於根據第一增強脈衝信號將增強功率信號形成第二增強脈衝信號；
第一合成電路，用於將第一合成信號和第二增強脈衝信號合成形成第二合成信號。
在其中一個實施例中，所述調製裝置還包括：
觸發電路，用於聯動觸發第一增強脈衝信號和第一門脈衝信號。
在其中一個實施例中，所述調製裝置還包括：
通斷開關電路，用於根據電子關閘信號將第二合成信號形成第三合成信號；
第二合成電路，用於將第三合成信號和預燃功率信號疊加形成最終功率信號。
在其中一個實施例中，所述調製裝置還包括：
第一選通器，用於根據內控功率信號和外部輸入功率信號選取其中一個形成輸入功率信號。
在其中一個實施例中，所述調製裝置還包括：
第二選通器，用於根據外控功率信號和反饋外控功率信號選取其中一個形成外部輸入功率信號，其中所述反饋外控功率信號根據外部輸入功率信號和雷射器實際輸出功率之間的偏差計算獲取。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他實施例的附圖。
圖1為一個實施例中雷射器雷射功率信號的調製方法的流程圖；
圖2為一個實施例中第二門脈衝信號和連續波信號示意圖；
圖3為一個實施例中第二增強脈衝示意圖；
圖4為一個實施例中雷射器雷射功率信號的調製裝置的框圖；
圖5為另一個實施例中雷射器雷射功率信號的調製裝置的示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
圖1為一種雷射器雷射功率信號的調製方法，該方法包括步驟s110-s130。其中：
s110：將輸入功率信號通過第一門脈衝信號的選通控制形成第一合成信號，第一合成信號包括連續波信號和/或第二門脈衝信號；
s120：將增強功率信號通過第一增強脈衝信號的選通控制形成第二增強脈衝信號；
s130：將第一合成信號和第二增強脈衝信號合成形成第二合成信號。
上述雷射器雷射功率信號的調製方法中，其中第一合成信號中的第二門脈衝信號的頻率和佔空比根據第一門脈衝信號通過控制第一選通電路確定，同時由第一門脈衝信號確定輸出是連續波信號還是第二門脈衝信號；同樣的第二增強脈衝信號的頻率和佔空比由第一增強脈衝信號控制第二選通電路確定；因此不同輸出形式的功率調製方式簡單，邏輯清晰，提高了可靠性及響應速度，可以方便的調製各脈衝的頻率和佔空比。其中第一合成信號如圖2所示，第二合成信號如圖3所示。
其中，第一增強脈衝信號和第一門脈衝信號聯動觸發。可以很好將最終輸出功率的第二門脈衝信號和第二增強脈衝信號進行設置，如圖3所示，可以設置為同樣的頻率，方便控制，可以設置為在同一時刻進行觸發脈衝上升沿，可以設置為在同一時刻進行觸發脈衝下降沿，其中第二增強脈衝信號的脈衝寬度小於第二門脈衝信號的脈衝寬度。
可選地，如圖3所示，將第二合成信號通過電子關閘信號的選通控制形成第三合成信號，將第三合成信號和預燃功率信號疊加形成最終功率信號。
傳統的調製方法沒有充分考慮雷射的輸出響應輸出時間及雷射激磁電源的壽命，在不需要雷射功率輸出的待機狀態中，完全停止了激磁電壓的輸出，而需要雷射輸出的時候，才再次重新擊穿工作介質，產生雷射，特別是在調用雷射脈衝的時候，會頻繁開關激磁電源的輸出，從而影響壽命。本實施例中，加入預燃功率信號，在機器加工的待機過程中，讓電源輸出一定功率的信號，但是又不會激勵出雷射，這樣減少了電源需要反覆擊穿工作介質的次數，利於使用壽命的延長，同時又有效提高了下次雷射輸出的響應速度。
其中，步驟110將輸入功率信號通過第一門脈衝信號的選通控制形成第一合成信號前包括：根據內控功率信號和外部輸入功率信號選取其中一個形成輸入功率信號。雷射功率內外控選擇信號，用來確定雷射輸出功率的控制是由外部信號控制，還是由雷射控制系統本身內部設定的固定值控制。
進一步地，根據內控功率信號和外部輸入功率信號選取其中一個形成輸入功率信號前包括：根據外控功率信號和反饋外控功率信號選取其中一個形成外部輸入功率信號，其中反饋外控功率信號根據外部輸入功率信號和雷射器實際輸出功率之間的偏差計算獲取。
傳統的調製方法中連續波功率是開環控制，這樣在外部調用雷射功率電壓不變的情況下，則有可能出現功率的偏大幅度的不穩定，例如：機器剛開始工作的一段時間，或者其它原因導致的功率衰減和增強；本實施例加入反饋功率外控，讓雷射器在外控工作時候，功率控制環節形成閉環，從而得到需要的穩定的功率輸出。其中，外控功率信號可以由雷射加工系統(例如切割工具機)提供的外控功率電壓信號。反饋外控功率信號可以是雷射器控制系統根據檢測工具機需要的功率和雷射器實際輸出功率之間偏差，而提供的已經帶了補償的信號。
此外，本發明實施例還提供一種雷射器雷射功率信號的調製裝置，該裝置包括第一選通電路210、第二選通電路220和第一合成電路230。其中：
第一選通電路210用於根據第一門脈衝信號將輸入功率信號形成第一合成信號，第一合成信號包括連續波信號和/或第二門脈衝信號；第一選通電路210可以是高速信號選通電路。
第二選通電路220用於根據第一增強脈衝信號將增強功率信號形成第二增強脈衝信號；第二選通電路220可以是高速信號選通電路。
第一合成電路230用於將第一合成信號和第二增強脈衝信號合成形成第二合成信號。
上述雷射器雷射功率信號的調製方法中，其中第一合成信號中的第二門脈衝信號的頻率和佔空比根據第一門脈衝信號通過控制第一選通電路210確定，同時由第一門脈衝信號確定輸出是連續波信號還是第二門脈衝信號；同樣的第二增強脈衝信號的頻率和佔空比由第一增強脈衝信號控制第二選通電路220確定；因此不同輸出形式的功率調製方式簡單，邏輯清晰，提高了可靠性及響應速度，可以方便的調製各脈衝的頻率和佔空比。
可選地，調製裝置還包括觸發電路，該觸發電路用於聯動觸發第一增強脈衝信號和第一門脈衝信號。保持第二門脈衝信號好第二增強脈衝信號同步。可以很好將最終輸出功率的第二門脈衝信號和第二增強脈衝信號進行設置。
可選地，調製裝置還包括通斷開關電路和第二合成電路，該通斷開關電路用於根據電子關閘信號將第二合成信號形成第三合成信號；該通斷開關電路可以是一個高速信號通斷開關，決定其輸出信號的有無。該第二合成電路用於將第三合成信號和預燃功率信號疊加形成最終功率信號。第二合成電路加入預燃功率信號後，在機器加工的待機過程中即通斷開關電路斷開使第三合成信號沒有輸出時，讓電源輸出一定功率的信號即預燃功率信號，但是又不會激勵出雷射，這樣減少了電源需要反覆擊穿工作介質的次數，利於使用壽命的延長，同時又有效提高了下次雷射輸出的響應速度。
可選地，調製裝置還包括第一選通器，該第一選通器用於根據內控功率信號和外部輸入功率信號選取其中一個形成輸入功率信號。第一選通器可以是一個二選一信號選通器。第一選通器根據雷射功率內外控選擇信號，用來確定雷射輸出功率的控制是由外部信號控制，還是由雷射控制系統本身內部設定的固定值控制。
進一步地，調製裝置還包括第二選通器，該第二選通器用於根據外控功率信號和反饋外控功率信號選取其中一個形成外部輸入功率信號，其中反饋外控功率信號根據外部輸入功率信號和雷射器實際輸出功率之間的偏差計算獲取。第二選通器可以是一個二選一信號選通器。第二選通器選擇反饋功率外控，讓雷射器在外控工作時候，功率控制環節形成閉環，從而得到需要的穩定的功率輸出。其中，外控功率信號可以由雷射加工系統(例如切割工具機)提供的外控功率電壓信號。反饋外控功率信號可以是雷射器控制系統根據檢測工具機需要的功率和雷射器實際輸出功率之間偏差，而提供的已經帶了補償的信號。
具體的，圖4為一實施例中雷射器雷射功率信號的調製裝置，該裝置包括第二選通器280、第一選通器270、第一選通電路210、第一選通電路220、第一合成電路230、通斷開關240、第二合成電路250和功率控制輸出端260。其中：
第二選通器280的輸入端分別輸入外控功率信號和反饋外控功率信號，通過功率反饋開關信號控制選擇其中一個輸出到後面；其中外控功率信號可以通過雷射加工系統281(例如切割工具機)輸入，反饋外控功率可以是雷射器控制系統的反饋模塊282根據檢測工具機需要的功率和雷射器實際輸出功率之間偏差而提供的已經帶了補償的信號。功率反饋開關信號可以是雷射控制系統的第一控制單元283輸出。第二選通器280可以為一個二選一信號選通器。
第一選通器270輸入端分別為內控功率和根據第二選通器的輸入外控功率信號和反饋外控功率信號選出的功率信號，通過功率內外控信號控制選擇其中一個輸出到後面；這個所選出的信號，決定了連續波功率幅值大小，其為連續的模擬量。其中雷射功率內外控選擇信號可以由雷射控制系統內部的第二控制單元272設定的固定值控制。其中內控功率可以由雷射控制系統內部的內控功率發生器271輸出需要的電壓。第一選通器270可以為一個二選一信號選通器。
第一選通電路210輸入端輸入第一選通器選出的功率信號，通過第一門脈衝信號(gatepluse信號)確定是輸出門脈衝信號即第二門脈衝信號，還是連續波信號，以及確定第二門脈衝信號的頻率及佔空比。其中第一門脈衝信號可以是雷射控制系統內部的門脈衝發生器211發出。第一選通電路210，可以為一個高速信號選通電路。
第一選通電路220輸入端為增強功率信號，通過第一增強脈衝信號(strongpluse信號)來確定其輸出的第二增強脈衝信號的頻率及佔空比；且通過調製裝置來確保連續波、第一門脈衝信號及第一增強脈衝信號同一時間只能以一種有效狀態出現。其中增強功率信號可以是雷射控制系統內部的增強功率發生器221發出。其中第一增強脈衝信號可以是雷射控制系統內部的增強脈衝發生器222發出。第一選通電路220可以為一個高速信號選通電路。
第一合成電路230用於將第一選通電路確定的第二門脈衝信號和第二選通電路確定的第二增強脈衝信號進行疊加合成為第二合成信號。
通斷開關240輸入端輸入第二合成信號，並通過通斷信號(elshutter信號)來決定其輸出信號的有無。其中通斷信號可以是雷射控制系統內部的通斷控制器241發出，通斷控制器241可以為電子光閘。通斷開關240可以為一個高速信號通斷開關。
第二合成電路250用於將預燃功率信號和前面通斷開關控制的輸出信號再次疊加形成第三合成信號，從而完成了最終功率調製需要的最終功率信號，用於功率輸出控制。其中預燃功率信號可以是雷射控制系統內部的預燃功率發生器251發出。
功率控制輸出端260用於將第三合成信號輸出。
上述實施方式中的雷射器雷射功率信號的調製方法及調製裝置可適用於高功率雷射器、co2雷射器等多種類型雷射器，不同的是脈衝功率的種類不一樣。
以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。