专利名称：大功率激光器的控制方法
大功率激光器的控制方法
技术领域：
本发明涉及大功率激光器的控制方法，尤其涉及利用可编程控制 器对大功率激光器进行控制的方法。
背景技术：
目前大部分大功率激光器都采用单片机进行控制， 一方面，由于 大功率激光器存在高频、高压电源等干扰源，单片机很容易受到这些 干扰源的干扰，使采集的数据、信号不准确，容易产生误动作，从 而影响生产，损坏大功率激光器，甚至发生安全事故等。另一方面， 采用单片机进行控制，其修改、升级性差，当需要完善、增加一些功 能时需要的时间过长，工作量大。为了使大功率激光器的控制更为可 靠，采用了可编程控制器代替了单片机，实现了控制功能，可编程控
制器(PLC)是目前工业领域使用非常广泛的一种控制元器件，具有 抗干扰性强，性能稳定的特点，这些特点能够大大降低干扰源对大功 率激光器的干扰程度，使大功率激光器的性能得到提高，但是要实现 对大功率激光器的精确控制，除了要求有性能稳定的PLC以外，还 需要对激光器当前状态进行有效检测，以及利用PLC对检测信号进 行相应处理使检测结果尽可能反映激光器的真实状态，这样才能针对 激光器当前的状态采取相应的操作，从而完成对激光器的有效控制。在现有技术中，由于在对4企测信号的处理上，未采取有效的处理方法， 导致采集的数据、信号虽然准确，但却不能有效反映激光器的真实状 态，从而在激光器的控制上产生误动作，影响大功率激光器的稳定性， 严重时会损坏大功率激光器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大功率激光器的控制方法， 能够有效处理检测信号以准确反映激光器的真实状态，实现对激光器 的精确控制。
本发明所采用的技术方案是 大功率激光器的控制方法，包括以下步骤
101、 上电初始化；
102、 对气体流通回路进行抽真空操作；
103、 压力传感器检测气体流通回路中的压力状态输出压力模拟 电压信号到PLC中；
104、 PLC对接收到的压力模拟电压信号进行至少3次周期扫描， 相应采集到至少3个压力模拟电压信号值，PLC将采集到的压力模拟 电压信号值进行比较，去掉其中的一个最大值和一个最小值，并将余 下的压力模拟电压信号值的平均值与预设的启动值进行比较，若所述
平均值小于或等于所述启动值，则PLC发出停止抽真空操作的控制 信号和向气体流通回路充入工作气体的控制信号；
105、 在气体流通回路充入工作气体后，若所述平均值大于或等 于预设的工作值，则PLC发出使气体流通回路内工作气体循环流通
的控制信号，之后，若所述平均值先小于所述预设的工作值再大于或 等于预设的工作值，以及所述平均值持续大于或等于预设的工作值，
则PLC发出激光器出光的控制信号。 步骤105之后还包括以下步骤
201、 功率传感器检测激光器谐振腔的功率状态，输出的功率模 拟电压信号经放大电路进行放大，并输入到PLC中；
202、 PLC对接收到的功率模拟电压放大信号进行至少3次周期 扫描，相应采集到至少3个功率模拟电压放大信号值，PLC将采集到 的功率模拟电压放大信号值进行比较，去掉其中的一个最大值和一个
最小值，并将余下的功率模拟电压放大信号值的平均值作为功率检测 结果；
203、 PLC根据功率检测结果和其内预置的功率模拟电压放大信 号值与功率值的分段对应关系，得到激光器运行的功率值。
步骤203中所述的分段对应关系为N段电压值分别以N个不同 系数对应N段功率值，其中，N为大于等于2的整数。
所述的大功率激光器的控制方法，所述N的值为5。
步骤102具体为启动真空泵，开启主抽真空阀、涡轮风机齿轮 箱抽真空阀和涡轮风机齿轮箱排气阀。
步骤103具体为压力传感器检测气体流通回路中的热交换器一 和/或热交换器二的压力状态。
步骤104中向气体流通回路充入工作气体具体为打开C02气 体阀一、He气体阀二和N2气体阀三，开始向气体流通回路中的热交 换器一内充入工作气体。
步骤105中使气体流通回路内工作气体循环流通具体为启动涡 轮风机使工作气体在热交换器一、谐振腔、热交换器二和涡轮风机组 成的气体流通回路内循环流动。
本发明的有益效果是
本发明的实施例通过检测热交换器内的压力，并由PLC对多个 压力检测电压信号进行去最值处理，然后取电压平均值转换为对应的 压力值作为输出值，真实地反映出热交换器内的压力状态；鉴于功率 传感器检测的信号具有一定的非线性，本发明中将功率值与电压值进 行分段对应，在对谐振腔进行功率检测时，由PLC对多个的功率检 测电压信号进行去最值处理，然后取电压平均值，并根据该电压平均 值所在区间对应的斜率和该电压平均值得到激光器的功率值，真实地 反映出激光器的输出功率状态；基于上述对激光器的压力、功率等参 数进行有效处理，实现了对激光器的精确控制。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。 图l是本发明控制方法下的一种激光器原理图。 图2是本发明中功率信号的放大电路图。 图3是本发明控制方法的流程图。
图4是本发明中功率检测电压值与激光器功率值的分段对应示 意图。
具体实施方式
本发明控制方法下的一种激光器原理图如图1所示，大功率激光
器包括谐振腔l、热交换器一2、热交换器二3、涡轮风机4、压力传 感器5、功率传感器14以及气体控制单元，在谐振腔1内装有功率 传感器14,激光功率经过放大后输入到PLC进行处理，在热交换器 二3上装有压力传感器5，用于检测热交换器二3内气体的压力，把 检测信号输入到PLC进行处理，这里，压力传感器5的位置也可以 装在热交换器一2内，其效果都是一致的，热交换器一2、谐振腔l、 热交换器二 3和涡轮风机4组成气体流通回路，气体可以在热交换器 一2、谐振腔l、热交换器二3和涡轮风机4内循环流动；气体控制 单元包括真空泵13、主抽真空阀10、涡4仑风才几齿轮箱抽真空阀11、 涡轮风机齿轮箱排气阀12、 C02气体阀一7、 He气体阀二 8、 N2气 体阀三9和充氮气阀6，其中，C02气体阀一7、 He气体阀二8、 N2 气体阀三9和充氮气阀6都分别与热交换器一2相连，用于向热交换 器一 2内充入相应的气体，N2气体阀三9和充氮气阀6所充入的气 体都是氮气，两者在不同的情况下使用，当氮气作为工作气体时，使 用N2气体阀三9充入气体，当激光器停止工作时，为了保证气体流 通回路内的压强与激光器外部大气压强一致，保护谐振腔，而使用充 氮气阀6充入气体，当然两者也可以合为一个气阀，需要对相应的操 作进行适应性变化即可；主抽真空阀10用于排放热交换器一 2内的 气体，涡轮风机齿轮箱抽真空阀11和涡轮风机齿轮箱排气岡12都用 于排放涡轮风机4齿轮箱内的气体，这两个排气阀使用的情况也不一 样，当需要通过真空泵13抽真空时，需要开启涡轮风机齿轮箱抽真 空阀11,其流量口径较大，易于快速完成操作，而当需要排出涡轮
风机齿轮箱内多余的气体时，需要使用口径较小的涡轮风机齿轮箱排 气阀12来完成，当然两者也可以合为一个气阀，需要对相应的操作 进行适应性变化即可。
由于功率传感器的信号很小，所以需要经过2级放大电路进行放 大，这样才有利于功率检测信号被PLC进行有效处理。参照图2，用 AD公司的高精密放大器OP07构成模拟信号放大电路，OP07具有低 输入偏移电压(10uV)、低漂移电压(0.2uV厂C)和宽范围的供电电 压(±3V - 土18V),可以很好地满足产品的要求。在这里OP07由 士12V供电，可以通过调整电阻RP7， RP8, RP9的阻值来改变放大 电路的放大陪数，使功率等于4000W时，放大电路的输出为10V。
下面结合图3所示的流程图对本发明的控制方法进^f亍具体描述
a、 上电后初始化，各输出部分恢复为原始状态；
b、 启动低压，真空泵13开始工作，主抽真空阀10、涡轮风枳^ 齿轮箱抽真空阀11、涡轮风机齿轮箱排气阀12都开启；
c、 检测气体的压力，压力传感器5通过热交换器二3对气体流 通回路内的压力状况进行检测，将气体压力转换为0-10V的模拟电压 信号，在一定的扫描周期(如30个)内的多个(如30个)模拟电压 信号输入到PLC, PLC对这些模拟电压信号进行比较，去掉当中的 最大值和最小值，然后进行多点平均运算，即取余下的模拟电压信号 的平均值作为当前压力传感器的检测结果，最后把该平均值转换为对 应的实际气压P实际；
d、 PLC将检测到的气体压力P实际与在PLC内预备设置的启 动气压P启动相比较(P启动表示需要回充工作气体的预设压力值)，当
P实际小于P启动时，关闭主抽真空阀10和涡轮风机齿轮箱抽真空阀
12,并打开C02气体阀一7、 He气体阀二 8和N2气体阀三9,开始 向热交换器一2内充入工作气体；
f、 PLC继续将检测到的气体压力P实际与在PLC内预备设置的工 作气压P工作相比较，当P实际大于或等于P工作时，启动涡轮风机4， 使工作气体在流通回路中循环流动；其中，P工作表示激光器可以开始 工作以及稳定工作时的压力值，且P工作大于P启动。
g、 启动涡轮风机4后P实际将下降，当P实际再次上升到P工作后， 或者当P实际持续大于或等于P工作，启动高压，高压油箱开始工作， 此时谐振腔出光，大功率激光器开始工作；
h、 在运行的过程中，PLC始终比较P实际和Px作，通过PLC控 制器结合PID差值运算，控制主抽真空阀的IO打开和关闭，使P实际 和P工作尽可能一致，保证激光器的稳定运行。
为了对激光器的功率进行实时检测，本发明的控制方法还包括功 率传感器14将激光功率转换为0-10V模拟电压信号，并输入到PLC， PLC经过处理后输出大功率激光器的实际功率，PLC对该模拟电压 信号的处理具体过程如下
i、 功率传感器^^测谐振腔1中的激光器功率，并经放大电路进 行放大，输入到PLC， PLC将多个(如30个)扫描周期采集的模拟 电压信号值进行比较，去掉最大值和最小值，然后取余下的模拟电压 信号的平均值作为最后的结果；
j、在PLC内预置电压值与功率值的分段对应关系，PLC根据该 平均值和该分l爻对应关系得到激光器运行的功率值。
由于大功率激光器存在大量高频、高压干扰信号，使传感器反馈
的信号容易产生波动，所以需要PLC进行去最大值和最小值处理，
并进行多点平均运算，这样才达到更精确地检测，为精确控制激光器 奠定基础。
由于功率传感器反馈的信号具有一定的非线性，为了使采集的数 据更符合实际值，本发明中采取分段处理的方法，根据不同段采用不
同的处理参数。参照图4，把输入曲线分为5段，每段使用不同的斜 率k,使检测值尽可能等于实际值。Kl由点A(O， 0), B(l.l, 1200) 决定，可得出Kl=l(^0.90。 K2由点B(1.1， 1200), C(4， 2600) 决定，可得出K2=482.76。 K3由点C (4, 2600), D (6.4， 3300)决 定，可得出K3=291.67。 K4由点D (6.4， 3300) ，E (8.7, 3700)决 定，可得出K4=173.91。 K5由点E(8.7， 3700), F ( 10, 4000)决 定，可得出K5=230.76,根据输入信号的大小采用不同的K值进行处 理，如输入电压平均值为5v，其位于4一6.4的区间，则采用K3进 行处理，得到才企测的功率值为5*291.67=1458.35W。
综上所述，本发明纟是供的大功率激光器的控制方法，能够对压力、 功率等信号进行有效处理，使^r测更精确，有利于对大功率激光器进 行进一步控制，该控制方法稳定、安全，能够根据要求进行升级。
权利要求
1. 大功率激光器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤:101、上电初始化；102、对气体流通回路进行抽真空操作；103、压力传感器检测气体流通回路中的压力状态输出压力模拟电压信号到PLC中；104、PLC对接收到的压力模拟电压信号进行至少3次周期扫描，相应采集到至少3个压力模拟电压信号值，PLC将采集到的压力模拟电压信号值进行比较，去掉其中的一个最大值和一个最小值，并将余下的压力模拟电压信号值的平均值与预设的启动值进行比较，若所述平均值小于或等于所述启动值，则PLC发出停止抽真空操作的控制信号和向气体流通回路充入工作气体的控制信号；105、在气体流通回路充入工作气体后，若所述平均值大于或等于预设的工作值，则PLC发出使气体流通回路内工作气体循环流通的控制信号，之后，若所述平均值先小于所述预设的工作值再大于或等于预设的工作值，以及所述平均值持续大于或等于预设的工作值，则PLC发出激光器出光的控制信号。
2. 根据权利要求1所述的大功率激光器的控制方法，其特征在 于，步骤105之后还包括以下步骤201、功率传感器检测激光器谐振腔的功率状态，输出的功率模 拟电压信号经放大电路进行放大，并输入到PLC中；202、 PLC对接收到的功率模拟电压放大信号进行至少3次周期 扫描，相应采集到至少3个功率模拟电压放大信号值，PLC将采集到 的功率模拟电压放大信号值进行比较，去掉其中的一个最大值和一个最小值，并将余下的功率模拟电压放大信号值的平均值作为功率检测 结果；203、 PLC根据功率检测结果和其内预置的功率模拟电压放大信 号值与功率值的分段对应关系，得到激光器运行的功率值。
3. 根据权利要求1或2所述的大功率激光器的控制方法，其特 征在于步骤203中所述的分段对应关系为N段电压值分别以N个不 同系数对应N段功率值，其中，N为大于等于2的整数。
4. 根据权利要求3所述的大功率激光器的控制方法，其特征在 于所述N的值为5。
5. 根据权利要求1或2所述的大功率激光器的控制方法，其特 征在于，步骤102具体为启动真空泵U3)，开启主抽真空阀(IO)、 涡轮风机齿轮箱抽真空阀(11)和涡轮风机齿轮箱排气阀(12)。
6. 根据权利要求1或2所述的大功率激光器的控制方法，其特 征在于，步骤103具体为压力传感器检测气体流通回路中的热交换 器一 (2)和/或热交换器二 (3)的压力状态。
7、 根据权利要求1或2所述的大功率激光器的控制方法，其特 征在于，步骤104中向,气体流通回路充入工作气体具体为打开C02 气体阀一 (7 )、 He气体阀二 ( 8 )和N2气体阀三(9 ),开始向气体 流通回路中的热交换器一 (2)内充入工作气体。
8、 根据权利要求1或2所述的大功率激光器的控制方法，其特 征在于，步骤105中使气体流通回路内工作气体循环流通具体为启 动涡轮风机(4)使工作气体在热交换器一 (2)、谐振腔(1)、热交 换器二 (3)和涡轮风机(4)组成的气体流通回路内循环流动。
全文摘要
本发明公开了一种大功率激光器的控制方法包括PLC检测的压力模拟电压信号值进行去最值处理，并将余下的压力模拟电压信号值的平均值与预设的启动值进行比较，若所述平均值小于或等于所述启动值，则停止抽真空操作和向气体流通回路充入工作气体；在气体流通回路充入工作气体后，若所述平均值大于或等于预设的工作值，则使气体流通回路内工作气体循环流通，之后，若所述平均值先小于所述预设的工作值再大于或等于预设的工作值，以及所述平均值持续大于或等于预设的工作值，则PLC发出激光器出光的控制信号。本发明能够有效处理检测信号以准确反映激光器的真实状态，实现对激光器的精确控制。
文档编号H01S3/00GK101377666SQ20071007671
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者彭金明, 方绪波, 建 李, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司