专利名称：金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光器的控制系统，具体涉及一种金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统。
背景技术：
金属二氧化碳射频激光器现在已经广泛的运用激光标刻，切割，焊接等领域。针对不同的材质和不同的用户要求，就必须对激光器的输出功率进行调节和控制。现有技术是通过PWM信号的方式对激光器的功率进行控制，如图I所示，控制计算机I通过PWM信号线2对激光器3进行控制，PWM控制方式PWM控制是通过改变方波信号的占空比实现功率输出的控制，如图2所示，其中
占空比(Duty Cycle)的定义
TDuty = penod x 100%
T
on运行在控制计算机I上标刻或者切割软件，输出上图所示的PWM信号，并且通过改变占空比(Duty Cycle)实现对功率的控制。占空比大，输出功率高；占空比小，输出功率低。具体计算公式Piaser = PlasermaxXDutyPWM控制方式的不足因为PWM控制方式方式在，激光器实际输出功率为Plase,= Plasw maxXDuty。对于不同个体的激光器，激光器的最大输出功率Plaser_max不会完全相同；同时，激光器工作一段时间后，最大功率会有衰减。因为硬件和现场电磁干扰的原因，占空比(Duty Cycle)也会有很大的误差。无法实现闭环调节因为PWM控制只有输出信号，无法知道激光器的实际输出功率和运行情况，所以只能实现开环控制。如果激光器运行环境发生变化，激光功率输出改变，计算机无法根据这些变化进行跟踪调节综上的原因，通过PWM调节激光功率不可能实现精确控制。在实际应用过程中，生产人员都必须根据经验，一边改变PWM的占空比，一边测量激光输出功率，要花费很长时间才能实现准确的激光输出功率。同时，激光器在运行过程中，激光器输出功率值会有5-10%的偏差。对于要实现精确控制的场合，这样的偏差，很难满足要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种输出功率精确可控的金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统。为实现上述发明目的，本发明所采用技术方案如下一种金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统，包括控制计算机、激光器，所述激光器包括控制板和与所述控制板连接的激光器管芯，所述控制计算机通过数字通信接口将预定输出功率值传输给所述控制板，所述控制板根据所述预定输出功率值控制激光器管芯的输出功率；在所述控制板上还连接有一嵌入是激光检测模块，所述激光检测模块测试所述激光器管芯的实际输出功率值后反馈给所述控制板对所述激光器管芯的实际输出功率进行动态调整。所述金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统中，所述激光检测模块测试所述激光器管芯的实际输出功率值，具体是在所述激光器管芯的输出端设置有一个I %的分光镜，所述激光检测模块测试通过检测所述分光镜反射的I%光的功率得出实际输出功率。所述金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统中，所述控制板对所述激光器管芯的输出功率进行动态调整，具体是激光器控制板根据检测到的实际激光功率，通过双闭环PI控制算法，动态调整激 光器的输出激光功率，以实现激光功率的精确输出。所述金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统中，所述控制板对所述激光器管芯的实际输出功率进行动态调整，具体是将所述实际输出功率值与所述预定输出功率值进行差值比较，然后根据所述差值增大或减小所述激光器管芯的输出功率。本发明针对PWM控制方式不足，我们设计出数字通信接口，功率值直接通过数字通信接口传输给激光器。激光器的主控板在接收到数字化功率值后，控制激光器输出相应的激光功率。同时，我们采用嵌入式激光功率检测模块，测试实际激光输出功率，激光器控制板根据检测到的实际激光功率，通过双闭环PI控制算法，动态调整激光器的输出激光功率，以实现激光功率的精确输出。本发明的有益效果如下利用该方案，可以实现对激光器的双闭环控制，可以根据激光器的实际运行状态，随时调整控制方式。利用该方案，激光器实现激光器功率的准确及精确输出，适用于对激光功率精度要求的场合。利用该方案，可是减少人员调试和操作人员的工作量，提高工作效率。
此
所提供的图片用来辅助对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中图I为现有控制系统的基本结构示意图；图2为现有PWM控制信号波形图；图3为本发明的整体框图；图4为本发明激光器的控制流程图；图5为本发明控制器基本框图。
具体实施例方式下面将结合附图以及具体实施方法来详细说明本发明，在本发明的示意性实施及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例I :如图3所示，本发明公开了一种金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统，包括控制计算机和激光器，激光器包括控制板和与所述控制板连接的激光器管芯，所述控制计算机通过数字通信接口将预定输出功率值传输给所述控制板，所述控制板根据所述预定输出功率值控制激光器管芯的输出功率，比如预定的输出功率为100W，那么控制板就控制激光器管芯输出功率为100W;在所述控制板上还连接有一嵌入是激光检测模块，激光检测模块测试所述激光器管芯的实际输出功率值反馈给所述控制板对所述激光器管芯的实际输出功率进行动态调整，具体可以是在所述激光器管芯的输出端设置有一个1%的分光镜，激光检测模块测试通过检测所述分光镜反射的1%光的功率得出实际输出功率，激光器控制板根据检测到的实际激光功率，通过双闭环PI控制算法，动态调整激光器的输出激光功率，以实现激光功率的精确输出，或者是将所述实际输出功率值与所述预定输出功 率值进行差值比较，然后根据所述差值增大或减小所述激光器管芯的输出功率。本发明的整体架构是激光器控制板通过数字化通信接口及专用通信协议接收来自控制计算机的数字化功率做给给定值，控制板输出控制信号控制激光器的输出功率，嵌入式激光功率检测激光器的实际输出功率，并反馈给激光器控制板。激光器控制板通过模数转换和比例关系计算出激光器的实际输出值，并且比较实际输出值和控制计算机下传的数字化功率值进行比较，通过专门的比较算法，调整激光器的实际输出值，激光器的功率控制策略如图4所示。其中，PI控制器的基本框图如图5所示，PI控制器即比例-积分控制器。将设置功率和实际激光器输出功率的差值称之为误差民=Pser-Plaser0 PI控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分计算出控制量进行控制的。比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。PI控制器作为经典的控制理论，能实现很优异控制效果。其中，PI控制器在计算机中实现，必须进行数字化处理。在该方案中，我们的计算
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)为当前点激光器输出功率Pset为控制计算机下传的设置功率值PI(i)为本采样周期积分结果Pl(i-l)为上一采样周期积分结果e(i)为本次给定与反馈差值；Y(i)为PI调节器输出；Ti为积分时间；Kp为比例系数激光器控制板将实际输出功率和激光器工作状态(如温度等)通过数字通信接口上传给控制计算机，计算机根据这些情况调整控制策略，进一步控制激光器的工作。从而实现双闭环控制。本发明针对PWM控制方式不足，设计出数字通信接口，功率值直接通过数字通信接口传输给激光器。激光器的主控板在接收到数字化功率值后，控制激光器输出相应的激光功率。同时，我们采用嵌入式激光功率检测模块，测试实际激光输出功率，激光器控制板根据检测到的实际激光功率，通过双闭环PI控制算法，动态调整激光器的输出激光功率，以实现激光功率的精确输出。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式
以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统，包括控制计算机、激光器，所述激光器包括控制板和与所述控制板连接的激光器管芯，其特征在于 所述控制计算机通过数字通信接口将预定输出功率值传输给所述控制板，所述控制板根据所述预定输出功率值控制激光器管芯的输出功率； 在所述控制板上还连接有一嵌入是激光检测模块，所述激光检测模块测试所述激光器管芯的实际输出功率值后反馈给所述控制板对所述激光器管芯的实际输出功率进行动态调整。
2.根据权利要求I所述的金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统，其特征在于 所述激光检测模块测试所述激光器管芯的实际输出功率值，具体是 在所述激光器管芯的输出端设置有一个I %的分光镜，所述激光检测模块测试通过检测所述分光镜反射的I%光的功率得出实际输出功率。
3.根据权利要求I或2所述的金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统，其特征在于 所述控制板对所述激光器管芯的输出功率进行动态调整，具体是 激光器控制板根据检测到的实际激光功率，通过双闭环PI控制算法，动态调整激光器的输出激光功率，以实现激光功率的精确输出。
4.根据权利要求I所述的金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统，其特征在于 所述控制板对所述激光器管芯的实际输出功率进行动态调整，具体是 将所述实际输出功率值与所述预定输出功率值进行差值比较，然后根据所述差值增大或减小所述激光器管芯的输出功率。
全文摘要
本发明涉及一种激光器的控制系统，具体公开了一种金属密封射频二氧化碳激光器光功率优化控制系统。它包括控制计算机、激光器，所述激光器包括控制板和与所述控制板连接的激光器管芯，所述控制计算机通过数字通信接口将预定输出功率值传输给所述控制板，所述控制板根据所述预定输出功率值控制激光器管芯的输出功率；在所述控制板上还连接有一嵌入是激光检测模块，所述激光检测模块测试所述激光器管芯的实际输出功率值后反馈给所述控制板对所述激光器管芯的实际输出功率进行动态调整。本发明克服了PWM控制方式的缺点，实现了输出功率的精确可控。
文档编号H01S3/102GK102761055SQ201110190198
公开日2012年10月31日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者王红青, 邱收 申请人:武汉晶石光电技术有限公司