激光器激光功率信号的调制方法及装置与流程

本发明涉及激光技术领域，特别是涉及激光器激光功率信号的调制方法及装置。

背景技术：

随着社会的发展和进度，大家对环保及小批量零件的生产要求越来越多，因此激光加工设备快速被大量厂家需求。目前的功率激光加工已广泛涉及于激光切割、激光焊接、激光淬火、激光3d打印、激光清洗等众多领域；而激光器作为激光设备一个重要的核心部件，起到一个刀具的作用，直接影响了加工的速度和质量的好坏。

在众多的激光加工领域中，要得到好的加工效果，都要求激光器能够给出可接受范围内的稳定的需求功率输出；连续波功率和各种脉冲功率之间可以方便的切换，且控制简单，响应速度快。例如在激光切割和焊接中，调用功率输出的稳定性，直接反映在切割或焊接等的速度上，若功率偏小、则会出现无法切透或焊透的情况，不但被加工零件报废，甚至可能会出现反射回来的激光损伤设备的情况；若连续功率及脉冲之间的切换不能简单的快速完成，则会影响刚开始切割或焊接处的质量，造成能量弱化或过强的问题。常见的激光波形类型有：连续波、门脉冲、强脉冲、超脉冲。

传统的激光器功率调制方式，主要存在以下问题：连续波电路和脉冲的切换电路实现方式复杂，从而导致响应速度偏慢，无法方便的调制频率和脉冲。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种连续波电路和脉冲的切换响应速度较快的激光器激光功率信号的调制方法及装置。

一种激光器激光功率信号的调制方法，包括：

将输入功率信号通过第一门脉冲信号的选通控制形成第一合成信号，所述第一合成信号包括连续波信号和/或第二门脉冲信号；

将增强功率信号通过第一增强脉冲信号的选通控制形成第二增强脉冲信号；

将第一合成信号和第二增强脉冲信号合成形成第二合成信号。

上述激光器激光功率信号的调制方法中，其中第一合成信号中的第二门脉冲信号的频率和占空比根据第一门脉冲信号通过控制选通电路确定，同时由第一门脉冲信号确定输出是连续波信号还是第二门脉冲信号；同样的第二增强脉冲信号的频率和占空比由第一增强脉冲信号控制选通电路确定；因此不同输出形式的功率调制方式简单，逻辑清晰，提高了可靠性及响应速度，可以方便的调制各脉冲的频率和占空比。

在其中一个实施例中，所述第一增强脉冲信号和第一门脉冲信号联动触发。

在其中一个实施例中，将第二合成信号通过电子关闸信号的选通控制形成第三合成信号，将第三合成信号和预燃功率信号叠加形成最终功率信号。

在其中一个实施例中，所述将输入功率信号通过第一门脉冲信号的选通控制形成第一合成信号前包括：

根据内控功率信号和外部输入功率信号选取其中一个形成输入功率信号。

在其中一个实施例中，所述根据内控功率信号和外部输入功率信号选取其中一个形成输入功率信号前包括：

根据外控功率信号和反馈外控功率信号选取其中一个形成外部输入功率信号，其中所述反馈外控功率信号根据外部输入功率信号和激光器实际输出功率之间的偏差计算获取。

此外，还提供一种激光器激光功率信号的调制装置，包括：

第一选通电路，用于根据第一门脉冲信号将输入功率信号形成第一合成信号，所述第一合成信号包括连续波信号和/或第二门脉冲信号；

第二选通电路，用于根据第一增强脉冲信号将增强功率信号形成第二增强脉冲信号；

第一合成电路，用于将第一合成信号和第二增强脉冲信号合成形成第二合成信号。

在其中一个实施例中，所述调制装置还包括：

触发电路，用于联动触发第一增强脉冲信号和第一门脉冲信号。

在其中一个实施例中，所述调制装置还包括：

通断开关电路，用于根据电子关闸信号将第二合成信号形成第三合成信号；

第二合成电路，用于将第三合成信号和预燃功率信号叠加形成最终功率信号。

在其中一个实施例中，所述调制装置还包括：

第一选通器，用于根据内控功率信号和外部输入功率信号选取其中一个形成输入功率信号。

在其中一个实施例中，所述调制装置还包括：

第二选通器，用于根据外控功率信号和反馈外控功率信号选取其中一个形成外部输入功率信号，其中所述反馈外控功率信号根据外部输入功率信号和激光器实际输出功率之间的偏差计算获取。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为一个实施例中激光器激光功率信号的调制方法的流程图；

图2为一个实施例中第二门脉冲信号和连续波信号示意图；

图3为一个实施例中第二增强脉冲示意图；

图4为一个实施例中激光器激光功率信号的调制装置的框图；

图5为另一个实施例中激光器激光功率信号的调制装置的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一种激光器激光功率信号的调制方法，该方法包括步骤s110-s130。其中：

s110：将输入功率信号通过第一门脉冲信号的选通控制形成第一合成信号，第一合成信号包括连续波信号和/或第二门脉冲信号；

s120：将增强功率信号通过第一增强脉冲信号的选通控制形成第二增强脉冲信号；

s130：将第一合成信号和第二增强脉冲信号合成形成第二合成信号。

上述激光器激光功率信号的调制方法中，其中第一合成信号中的第二门脉冲信号的频率和占空比根据第一门脉冲信号通过控制第一选通电路确定，同时由第一门脉冲信号确定输出是连续波信号还是第二门脉冲信号；同样的第二增强脉冲信号的频率和占空比由第一增强脉冲信号控制第二选通电路确定；因此不同输出形式的功率调制方式简单，逻辑清晰，提高了可靠性及响应速度，可以方便的调制各脉冲的频率和占空比。其中第一合成信号如图2所示，第二合成信号如图3所示。

其中，第一增强脉冲信号和第一门脉冲信号联动触发。可以很好将最终输出功率的第二门脉冲信号和第二增强脉冲信号进行设置，如图3所示，可以设置为同样的频率，方便控制，可以设置为在同一时刻进行触发脉冲上升沿，可以设置为在同一时刻进行触发脉冲下降沿，其中第二增强脉冲信号的脉冲宽度小于第二门脉冲信号的脉冲宽度。

可选地，如图3所示，将第二合成信号通过电子关闸信号的选通控制形成第三合成信号，将第三合成信号和预燃功率信号叠加形成最终功率信号。

传统的调制方法没有充分考虑激光的输出响应输出时间及激光激磁电源的寿命，在不需要激光功率输出的待机状态中，完全停止了激磁电压的输出，而需要激光输出的时候，才再次重新击穿工作介质，产生激光，特别是在调用激光脉冲的时候，会频繁开关激磁电源的输出，从而影响寿命。本实施例中，加入预燃功率信号，在机器加工的待机过程中，让电源输出一定功率的信号，但是又不会激励出激光，这样减少了电源需要反复击穿工作介质的次数，利于使用寿命的延长，同时又有效提高了下次激光输出的响应速度。

其中，步骤110将输入功率信号通过第一门脉冲信号的选通控制形成第一合成信号前包括：根据内控功率信号和外部输入功率信号选取其中一个形成输入功率信号。激光功率内外控选择信号，用来确定激光输出功率的控制是由外部信号控制，还是由激光控制系统本身内部设定的固定值控制。

进一步地，根据内控功率信号和外部输入功率信号选取其中一个形成输入功率信号前包括：根据外控功率信号和反馈外控功率信号选取其中一个形成外部输入功率信号，其中反馈外控功率信号根据外部输入功率信号和激光器实际输出功率之间的偏差计算获取。

传统的调制方法中连续波功率是开环控制，这样在外部调用激光功率电压不变的情况下，则有可能出现功率的偏大幅度的不稳定，例如：机器刚开始工作的一段时间，或者其它原因导致的功率衰减和增强；本实施例加入反馈功率外控，让激光器在外控工作时候，功率控制环节形成闭环，从而得到需要的稳定的功率输出。其中，外控功率信号可以由激光加工系统(例如切割机床)提供的外控功率电压信号。反馈外控功率信号可以是激光器控制系统根据检测机床需要的功率和激光器实际输出功率之间偏差，而提供的已经带了补偿的信号。

此外，本发明实施例还提供一种激光器激光功率信号的调制装置，该装置包括第一选通电路210、第二选通电路220和第一合成电路230。其中：

第一选通电路210用于根据第一门脉冲信号将输入功率信号形成第一合成信号，第一合成信号包括连续波信号和/或第二门脉冲信号；第一选通电路210可以是高速信号选通电路。

第二选通电路220用于根据第一增强脉冲信号将增强功率信号形成第二增强脉冲信号；第二选通电路220可以是高速信号选通电路。

第一合成电路230用于将第一合成信号和第二增强脉冲信号合成形成第二合成信号。

上述激光器激光功率信号的调制方法中，其中第一合成信号中的第二门脉冲信号的频率和占空比根据第一门脉冲信号通过控制第一选通电路210确定，同时由第一门脉冲信号确定输出是连续波信号还是第二门脉冲信号；同样的第二增强脉冲信号的频率和占空比由第一增强脉冲信号控制第二选通电路220确定；因此不同输出形式的功率调制方式简单，逻辑清晰，提高了可靠性及响应速度，可以方便的调制各脉冲的频率和占空比。

可选地，调制装置还包括触发电路，该触发电路用于联动触发第一增强脉冲信号和第一门脉冲信号。保持第二门脉冲信号好第二增强脉冲信号同步。可以很好将最终输出功率的第二门脉冲信号和第二增强脉冲信号进行设置。

可选地，调制装置还包括通断开关电路和第二合成电路，该通断开关电路用于根据电子关闸信号将第二合成信号形成第三合成信号；该通断开关电路可以是一个高速信号通断开关，决定其输出信号的有无。该第二合成电路用于将第三合成信号和预燃功率信号叠加形成最终功率信号。第二合成电路加入预燃功率信号后，在机器加工的待机过程中即通断开关电路断开使第三合成信号没有输出时，让电源输出一定功率的信号即预燃功率信号，但是又不会激励出激光，这样减少了电源需要反复击穿工作介质的次数，利于使用寿命的延长，同时又有效提高了下次激光输出的响应速度。

可选地，调制装置还包括第一选通器，该第一选通器用于根据内控功率信号和外部输入功率信号选取其中一个形成输入功率信号。第一选通器可以是一个二选一信号选通器。第一选通器根据激光功率内外控选择信号，用来确定激光输出功率的控制是由外部信号控制，还是由激光控制系统本身内部设定的固定值控制。

进一步地，调制装置还包括第二选通器，该第二选通器用于根据外控功率信号和反馈外控功率信号选取其中一个形成外部输入功率信号，其中反馈外控功率信号根据外部输入功率信号和激光器实际输出功率之间的偏差计算获取。第二选通器可以是一个二选一信号选通器。第二选通器选择反馈功率外控，让激光器在外控工作时候，功率控制环节形成闭环，从而得到需要的稳定的功率输出。其中，外控功率信号可以由激光加工系统(例如切割机床)提供的外控功率电压信号。反馈外控功率信号可以是激光器控制系统根据检测机床需要的功率和激光器实际输出功率之间偏差，而提供的已经带了补偿的信号。

具体的，图4为一实施例中激光器激光功率信号的调制装置，该装置包括第二选通器280、第一选通器270、第一选通电路210、第一选通电路220、第一合成电路230、通断开关240、第二合成电路250和功率控制输出端260。其中：

第二选通器280的输入端分别输入外控功率信号和反馈外控功率信号，通过功率反馈开关信号控制选择其中一个输出到后面；其中外控功率信号可以通过激光加工系统281(例如切割机床)输入，反馈外控功率可以是激光器控制系统的反馈模块282根据检测机床需要的功率和激光器实际输出功率之间偏差而提供的已经带了补偿的信号。功率反馈开关信号可以是激光控制系统的第一控制单元283输出。第二选通器280可以为一个二选一信号选通器。

第一选通器270输入端分别为内控功率和根据第二选通器的输入外控功率信号和反馈外控功率信号选出的功率信号，通过功率内外控信号控制选择其中一个输出到后面；这个所选出的信号，决定了连续波功率幅值大小，其为连续的模拟量。其中激光功率内外控选择信号可以由激光控制系统内部的第二控制单元272设定的固定值控制。其中内控功率可以由激光控制系统内部的内控功率发生器271输出需要的电压。第一选通器270可以为一个二选一信号选通器。

第一选通电路210输入端输入第一选通器选出的功率信号，通过第一门脉冲信号(gatepluse信号)确定是输出门脉冲信号即第二门脉冲信号，还是连续波信号，以及确定第二门脉冲信号的频率及占空比。其中第一门脉冲信号可以是激光控制系统内部的门脉冲发生器211发出。第一选通电路210，可以为一个高速信号选通电路。

第一选通电路220输入端为增强功率信号，通过第一增强脉冲信号(strongpluse信号)来确定其输出的第二增强脉冲信号的频率及占空比；且通过调制装置来确保连续波、第一门脉冲信号及第一增强脉冲信号同一时间只能以一种有效状态出现。其中增强功率信号可以是激光控制系统内部的增强功率发生器221发出。其中第一增强脉冲信号可以是激光控制系统内部的增强脉冲发生器222发出。第一选通电路220可以为一个高速信号选通电路。

第一合成电路230用于将第一选通电路确定的第二门脉冲信号和第二选通电路确定的第二增强脉冲信号进行叠加合成为第二合成信号。

通断开关240输入端输入第二合成信号，并通过通断信号(elshutter信号)来决定其输出信号的有无。其中通断信号可以是激光控制系统内部的通断控制器241发出，通断控制器241可以为电子光闸。通断开关240可以为一个高速信号通断开关。

第二合成电路250用于将预燃功率信号和前面通断开关控制的输出信号再次叠加形成第三合成信号，从而完成了最终功率调制需要的最终功率信号，用于功率输出控制。其中预燃功率信号可以是激光控制系统内部的预燃功率发生器251发出。

功率控制输出端260用于将第三合成信号输出。

上述实施方式中的激光器激光功率信号的调制方法及调制装置可适用于高功率激光器、co2激光器等多种类型激光器，不同的是脉冲功率的种类不一样。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。