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CN113985756A - 一种控制连续激光器脉冲能量的方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种控制连续激光器脉冲能量的方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN113985756A
CN113985756A CN202111135184.9A CN202111135184A CN113985756A CN 113985756 A CN113985756 A CN 113985756A CN 202111135184 A CN202111135184 A CN 202111135184A CN 113985756 A CN113985756 A CN 113985756A
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laser
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黎海
卢国杰
牛增强
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Huizhou Lianying Technology Co ltd
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United Winners Laser Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种控制连续激光器脉冲能量的方法、装置及计算机存储介质，属于激光技术领域，为解决现有方案焊接效果差的技术问题而设计。包括建立设定功率x与功率控制电压V之间的对应关系；获取连续激光器实际输出功率数据，基于所述设定功率x和所述实际输出功率数据P1获取校正公式1；基于所述对应关系和所述校正公式1获取校正公式2，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压V1；将所述校正设定功率控制电压V1输出给光学单元，通过所述光学单元根据功率控制电压V1转换为激光功率输出。本发明可提高焊接质量。

Description

一种控制连续激光器脉冲能量的方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种控制连续激光器脉冲能量的方法、装置及计算机存储介质。
背景技术
激光器作为新能源汽车、3C通信产品焊接等重要的工业加工介质，其激光能量的精确性是产品性能达标的重要影响因素。
在当前新能源汽车、3C通信产品飞速发展的社会环境下，产品的生产效率也不断提高，然而很多企业在产品的生产过程中仍大量采用低能量精度的连续激光器，激光能量输出稳定性差，导致大量产品二次补焊。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种控制连续激光器脉冲能量的方法、装置及计算机存储介质，旨在解决由于现有的低能量精度的连续激光器焊接效果差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种控制连续激光器脉冲能量的方法，包括：
步骤S10，建立设定功率x与功率控制电压V之间的对应关系；
步骤S20，获取连续激光器实际输出功率数据，基于所述设定功率x和所述实际输出功率数据P1获取校正公式1；
步骤S30，基于所述对应关系和所述校正公式1获取校正公式2，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压V1；
步骤S40，将所述校正设定功率控制电压V1输出给光学单元，通过所述光学单元根据功率控制电压V1转换为激光功率输出，激光经传输光纤照射到能量计，通过所述能量计采集一个完整激光波形时间t内的功率值Pt，获取完整的实际激光波形能量；
步骤S50，将能量计采集到的实际激光波形能量与设定激光波形能量做比较，判断是否满足第一预设阈值；
步骤S60，若是，则连续激光器完成脉冲能量控制，若否，则返回步骤S10，直至满足第一预设阈值。
可选的，所述步骤S10，建立设定功率x与功率控制电压V之间的对应关系包括：
步骤S101，通过控制电压公式V=x*8/100建立设定功率与功率控制电压V之间的对应关系，其中x为设定功率，v为设定功率对应的微控制器输出的控制电压，当设定功率x为100W时，功率控制电压V为8V，当设定功率x为50W时，功率控制电压V为4V。
可选的，步骤S20，获取连续激光器实际输出功率数据P1，基于所述设定功率x和所述实际输出功率数据获取校正公式1包括：
步骤S201，以N-M瓦区间内间隔的L瓦作为设定功率x，然后输出激光，通过能量计测量所述激光实际输出功率数据P1，其中，所述M＞N，且所述M＞L≥N；
步骤S202，根据所述x和P1获取校正公式1：
Figure 341743DEST_PATH_IMAGE001
其中，x为设定功率，
Figure 512961DEST_PATH_IMAGE002
为x经过校正公式1计算得到的校正设定功率。
可选的，步骤S30，基于所述对应关系和所述校正公式1获取校正公式2，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压
Figure 936989DEST_PATH_IMAGE003
包括：
步骤S301，将设定功率x代入校正公式1计算得到校正设定功率
Figure 992801DEST_PATH_IMAGE002
，将所述校正设定功率
Figure 61251DEST_PATH_IMAGE002
作为所述连续激光器的工作功率，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压
Figure 262425DEST_PATH_IMAGE003
，其中，所述校正公式2为：
Figure 658903DEST_PATH_IMAGE004
其中，x为设定功率，
Figure 502094DEST_PATH_IMAGE002
为校正设定功率，为校正设定功率控制电压，当x为100W时，
Figure 300417DEST_PATH_IMAGE005
W，
Figure 938071DEST_PATH_IMAGE006
V。
可选的，步骤S50，将能量计采集到的实际激光波形能量与设定激光波形能量做比较，判断是否满足第一预设阈值包括：
步骤S501，通过公式：（设定能量-实测能量）/设定能量，计算比值，判断所述比值是否在1.5%以内。
可选的，步骤S40，将所述校正设定功率控制电压
Figure 212058DEST_PATH_IMAGE003
输出给光学单元，通过所述光学单元根据校正设定功率控制电压
Figure 609672DEST_PATH_IMAGE003
转换为激光功率输出，激光经传输光纤照射到能量计，通过所述能量计采集一个完整激光波形时间t内的功率值p，获取完整的实际激光波形能量包括：
步骤S401，通过微控制器将所述设定功率x按校正公式1转换成校正设定功率
Figure 918294DEST_PATH_IMAGE002
，将所述校正设定功率
Figure 726850DEST_PATH_IMAGE002
按校正公式2转换成对应的校正设定功率控制电压
Figure 363499DEST_PATH_IMAGE003
输出给光学单元，通过所述光学单元根据校正设定功率控制电压
Figure 423859DEST_PATH_IMAGE003
转换为激光功率输出，激光经传输光纤照射到能量计，所述能量计采集一个完整激光波形时间t的功率值p，获得实际激光波形能量。
可选的，用于实现上述任意一种控制连续激光器脉冲能量的方法，包括连续激光器、微控制器和光学单元，所述微控制器将预先设定的激光功率波形转换为电压波形，并输出给所述光学单元；
所述光学单元连接有传输光纤，所述光学单元用于将所述电压波形转换成对应的激光功率以使目标激光通过所述传输光纤照射在所述能量计。
可选的，所述传输光纤的激光输出端设有能量计，所述能量计用于测量激光波形能量、功率。
可选的，所述微控制器包括设定功率单元、矫正后设定功率单元和功率-电压转换器，所述设定功率单元用于通过校正公式1对预先设置的功率进行校正，矫正后设定功率单元用于通过校正公式2对由校正公式1校正后的功率进行再次校正，所述功率-电压转换器用于将电压调控至0-8V之间。
一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述任意一项控制连续激光器脉冲能量的方法的步骤。
本发明的有益效果：
1、本发明精确控制连续激光器脉冲能量输出，实现产品焊接的高可靠性，进而能够提高产品焊接的优率，同时降低了产品的不良成本。
2、为了准确输出连续激光器脉冲能量，本发明基于连续激光器设定功率-实际输出功率的线性关系进行不同幅度的功率补偿。
3、本发明适用于各功率等级的连续激光器。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为本发明装置示意图；
图3为本发明校正公式1示意图；
图4为本发明为第一组未校正测量数据示意图；
图5为本发明为第二组未校正测量数据示意图；
图6为本发明为第一组校正后测量数据示意图；
图7为本发明为第二组校正后测量数据示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明进行进一步说明：
参照图1-2，在本发明的一实施例中，一种控制连续激光器脉冲能量的方法，包括：
步骤S10，建立设定功率x与功率控制电压V之间的对应关系；
步骤S20，获取连续激光器实际输出功率数据，基于所述设定功率x和所述实际输出功率数据P1获取校正公式1；
步骤S30，基于所述对应关系和所述校正公式1获取校正公式2，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压V1；
步骤S40，将所述校正设定功率控制电压V1输出给光学单元，通过所述光学单元根据功率控制电压V1转换为激光功率输出，激光经传输光纤照射到能量计，通过所述能量计采集一个完整激光波形时间t内的功率值Pt，获取完整的实际激光波形能量；
步骤S50，将能量计采集到的实际激光波形能量与设定激光波形能量做比较，判断是否满足第一预设阈值；
步骤S60，若满足第一预设阈值，则连续激光器完成脉冲能量控制，若不满足第一预设阈值，则返回执行建立设定功率x与功率控制电压V之间的对应关系的步骤，直至满足第一预设阈值。
在本实施例中，可通过设定功率单元预先建立设定功率x与功率控制电压V之间的对应关系，根据此对应关系可实现对功率控制电压V的调控，可将功率控制电压V的可调控范围具体化，例如固定在0-8V之间；由于设定功率x是预先设置好的，而连续激光器实际输出功率数据是可以检测到的，因此可依据设定功率x和实际输出功率数据之间的变化关系得到校正公式1；根据对应关系和所述校正公式1获取校正公式2，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压V1；将所述校正设定功率控制电压V1输出给光学单元，通过所述光学单元根据功率控制电压V1转换为激光功率输出；影响焊接质量是因素有很多，除激光脉冲能量外，还包括待焊接物的材质、形状，外部环境的影响，基于此，可通过采集单元采集待焊接物的材质、形状信息，并建立这些信息和设定功率x之间的对应关系，在实际操作中，可基于采集单元采集到的信息自动选择设定功率x的数值，以实现在焊接不同材质时，均能调控至合适的参数数值，并能保障稳定的焊接效果。另外，连续激光器具有稳定的工作状态,由于连续工作，会导致发热严重，需要通过冷却设备持续冷却，因此在冷却设备出现故障时，连续激光器会易发生故障，对此可以设置对台连续激光器，连续激光器与控制单元一一对应，通过控制单元对连续激光器的脉冲能量进行调控，当其中的一台连续激光器处的冷却设备出现故障时，通过控制单元对另一台连续激光器的脉冲能量进行调控。
参照图4-7，SWD1914波形能量和SWD1916波形能量经过该方法控制后，能量误差明显降低。
在一个实施例中，所述步骤S10，建立设定功率x与功率控制电压V之间的对应关系包括：
步骤S101，通过控制电压公式V=x*8/100建立设定功率与功率控制电压V之间的对应关系，其中x为设定功率，v为设定功率对应的微控制器输出的控制电压，当设定功率x为100W时，功率控制电压V为8V，当设定功率x为50W时，功率控制电压V为4V。
可选的，步骤S20，获取连续激光器实际输出功率数据P1，基于所述设定功率x和所述实际输出功率数据获取校正公式1包括：
步骤S201，以N-M瓦区间内间隔的L瓦作为设定功率x，然后输出激光，通过能量计测量所述激光实际输出功率数据P1，其中，所述M＞N，且所述M＞L≥N；
步骤S202，根据所述x和P1获取校正公式1：
Figure 446041DEST_PATH_IMAGE007
其中，x为设定功率，
Figure 707389DEST_PATH_IMAGE002
为x经过校正公式1计算得到的校正设定功率。
在本实施例中，参照图3，从10~100W每间隔10W选取一个设定功率，功率间隔值需小于或等于10W，大量实验证明更大的功率间隔会影响能量精度，设置设定功率后输出激光，并用能量计测量实际输出功率，获取连续激光器设定功率-实际输出功率数据并保存；插入以能量计显示功率(即实际输出功率)数据为横轴，以设定功率数据为纵轴的带平滑线和数据标记的散点图如图3的实线；根据数学知识上述实线可以用一元三次方程（验证发现一元二次及以下方程不符合实线趋势，一元四次方程能符合实线趋势但与一元三次方程效果接近）来描述，如图3所示虚线，虚线能符合实线趋势。
在一个实施例中，步骤S30，基于所述对应关系和所述校正公式1获取校正公式2，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压
Figure 690389DEST_PATH_IMAGE003
包括：步骤S301，将设定功率x代入校正公式1计算得到校正设定功率
Figure 679074DEST_PATH_IMAGE002
，将所述校正设定功率
Figure 572074DEST_PATH_IMAGE002
作为所述连续激光器的工作功率，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压
Figure 863378DEST_PATH_IMAGE003
，其中，所述校正公式2为：
Figure 458308DEST_PATH_IMAGE004
其中，x为设定功率，
Figure 126050DEST_PATH_IMAGE002
为校正设定功率，为校正设定功率控制电压，当x为100W时，
Figure 873557DEST_PATH_IMAGE008
W，
Figure 460396DEST_PATH_IMAGE006
V。
在一个实施例中，步骤S50，将能量计采集到的实际激光波形能量与设定激光波形能量做比较，判断是否满足第一预设阈值包括：
步骤S501，通过公式：（设定能量-实测能量）/设定能量，计算比值，判断所述比值是否在1.5%以内。
在一个实施例中，步骤S40，将所述校正设定功率控制电压
Figure 417988DEST_PATH_IMAGE003
输出给光学单元，通过所述光学单元根据校正设定功率控制电压
Figure 499207DEST_PATH_IMAGE003
转换为激光功率输出，激光经传输光纤照射到能量计，通过所述能量计采集一个完整激光波形时间t内的功率值p，获取完整的实际激光波形能量包括：
步骤S401，通过微控制器将所述设定功率x按校正公式1转换成校正设定功率
Figure 350489DEST_PATH_IMAGE002
，将所述校正设定功率
Figure 249174DEST_PATH_IMAGE002
按校正公式2转换成对应的校正设定功率控制电压
Figure 557710DEST_PATH_IMAGE003
输出给光学单元，通过所述光学单元根据校正设定功率控制电压
Figure 301675DEST_PATH_IMAGE003
转换为激光功率输出，激光经传输光纤照射到能量计，所述能量计采集一个完整激光波形时间t的功率值p，获得实际激光波形能量。
在一个实施例中，提供一种用于实现上述任意一种控制连续激光器脉冲能量的方法的设备，包括连续激光器、微控制器和光学单元，所述微控制器将预先设定的激光功率波形转换为电压波形，并输出给所述光学单元；
所述光学单元连接有传输光纤，所述光学单元用于将所述电压波形转换成对应的激光功率以使目标激光通过所述传输光纤照射在所述能量计。
在一个实施例中，所述传输光纤的激光输出端设有能量计，所述能量计用于测量激光波形能量、功率。
在一个实施例中，所述微控制器包括设定功率单元、矫正后设定功率单元和功率-电压转换器，所述设定功率单元用于通过校正公式1对预先设置的功率进行校正，矫正后设定功率单元用于通过校正公式2对由校正公式1校正后的功率进行再次校正，所述功率-电压转换器用于将电压调控至0-8V之间。
在一个实施例中，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述任意一项控制连续激光器脉冲能量的方法的步骤。
以上结合具体实施例对本发明的技术原理进行了描述。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制连续激光器脉冲能量的方法，其特征在于，包括：
步骤S10，建立设定功率x与功率控制电压V之间的对应关系；
步骤S20，获取连续激光器实际输出功率数据，基于所述设定功率x和所述实际输出功率数据P1获取校正公式1；
步骤S30，基于所述对应关系和所述校正公式1获取校正公式2，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压V1；
步骤S40，将所述校正设定功率控制电压V1输出给光学单元，通过所述光学单元根据功率控制电压V1转换为激光功率输出，激光经传输光纤照射到能量计，通过所述能量计采集一个完整激光波形时间t内的功率值Pt，获取完整的实际激光波形能量；
步骤S50，将能量计采集到的实际激光波形能量与设定激光波形能量做比较，判断是否满足第一预设阈值；
步骤S60，若是，则连续激光器完成脉冲能量控制，若否，则返回步骤S10，直至满足第一预设阈值。
2.根据权利要求1所述的控制连续激光器脉冲能量的方法，其特征在于，所述步骤S10，建立设定功率x与功率控制电压V之间的对应关系包括：
步骤S101，通过控制电压公式V=x*8/100建立设定功率与功率控制电压V之间的对应关系，其中x为设定功率，v为设定功率对应的微控制器输出的控制电压，当设定功率x为100W时，功率控制电压V为8V，当设定功率x为50W时，功率控制电压V为4V。
3.根据权利要求2所述的控制连续激光器脉冲能量的方法，其特征在于，步骤S20，获取连续激光器实际输出功率数据P1，基于所述设定功率x和所述实际输出功率数据获取校正公式1包括：
步骤S201，以N-M瓦区间内间隔的L瓦作为设定功率x，然后输出激光，通过能量计测量所述激光实际输出功率数据P1，其中，所述M＞N，且所述M＞L≥N；
步骤S202，根据所述x和P1获取校正公式1：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，x为设定功率，
Figure 164040DEST_PATH_IMAGE002
为x经过校正公式1计算得到的校正设定功率。
4.根据权利要求3所述的控制连续激光器脉冲能量的方法，其特征在于，步骤S30，基于所述对应关系和所述校正公式1获取校正公式2，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压
Figure DEST_PATH_IMAGE003
包括：
步骤S301，将设定功率x代入校正公式1计算得到校正设定功率
Figure 752016DEST_PATH_IMAGE002
将所述校正设定功率
Figure 253667DEST_PATH_IMAGE002
作为所述连续激光器的工作功率，根据所述校正公式2得到校正设定功率控制电压
Figure 689328DEST_PATH_IMAGE003
，其中，所述校正公式2为：
Figure 929816DEST_PATH_IMAGE004
其中，x为设定功率，
Figure 332985DEST_PATH_IMAGE002
为校正设定功率，
Figure 418752DEST_PATH_IMAGE003
为校正设定功率控制电压，当x为100W时，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
W，
Figure 459652DEST_PATH_IMAGE006
V。
5.根据权利要求4所述的控制连续激光器脉冲能量的方法，其特征在于，步骤S50，将能量计采集到的实际激光波形能量与设定激光波形能量做比较，判断是否满足第一预设阈值包括：
步骤S501，通过公式：（设定能量-实测能量）/设定能量，计算比值，判断所述比值是否在1.5%以内。
6.根据权利要求5所述的控制连续激光器脉冲能量的方法，其特征在于，步骤S40，将所述校正设定功率控制电压
Figure 605462DEST_PATH_IMAGE003
输出给光学单元，通过所述光学单元根据校正设定功率控制电压
Figure 246659DEST_PATH_IMAGE003
转换为激光功率输出，激光经传输光纤照射到能量计，通过所述能量计采集一个完整激光波形时间t内的功率值p，获取完整的实际激光波形能量包括：
步骤S401，通过微控制器将所述设定功率x按校正公式1转换成校正设定功率
Figure 385385DEST_PATH_IMAGE002
，将所述校正设定功率
Figure 326796DEST_PATH_IMAGE002
按校正公式2转换成对应的校正设定功率控制电压
Figure 909088DEST_PATH_IMAGE003
输出给光学单元，通过所述光学单元根据校正设定功率控制电压
Figure 522734DEST_PATH_IMAGE003
转换为激光功率输出，激光经传输光纤照射到能量计，所述能量计采集一个完整激光波形时间t的功率值p，获得实际激光波形能量。
7.一种控制连续激光器脉冲能量的装置，其特征在于，用于实现权利要求1-6中任意一种控制连续激光器脉冲能量的方法，包括连续激光器、微控制器和光学单元，所述微控制器将预先设定的激光功率波形转换为电压波形，并输出给所述光学单元；
所述光学单元连接有传输光纤，所述光学单元用于将所述电压波形转换成对应的激光功率以使目标激光通过所述传输光纤照射在所述能量计。
8.根据权利要求7所述的控制连续激光器脉冲能量的装置，其特征在于，所述传输光纤的激光输出端设有能量计，所述能量计用于测量激光波形能量、功率。
9.根据权利要求8所述的控制连续激光器脉冲能量的装置，其特征在于，所述微控制器包括设定功率单元、矫正后设定功率单元和功率-电压转换器，所述设定功率单元用于通过校正公式1对预先设置的功率进行校正，矫正后设定功率单元用于通过校正公式2对由校正公式1校正后的功率进行再次校正，所述功率-电压转换器用于将电压调控至0-8V之间。
10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-6中任意一项控制连续激光器脉冲能量的方法的步骤。
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