二氧化碳激光器功率特性智能在線檢測(cè)裝置研究

摘要：本文介紹了一種二氧化碳激光器功率特性智能在線測(cè)試裝置，是一種智能化程度高且實(shí)時(shí)在線測(cè)試激光器功率特性的裝置。該裝置以工作波長(zhǎng)為10.6μmCO2激光器功率特性測(cè)試為研究對(duì)象，研制專門(mén)測(cè)試裝置，利用激光諧振腔低透射率介質(zhì)膜全反射的特性，采用尾鏡進(jìn)行激光取樣對(duì)激光器進(jìn)行在線檢測(cè)而不需要停機(jī)重新布置后在激光器前端測(cè)試，并且提高取樣的準(zhǔn)確度與精度，確保測(cè)試的可靠性，并設(shè)置多通道，同時(shí)開(kāi)展多路檢測(cè)工作，采用程序化設(shè)定，自動(dòng)的對(duì)功率特性相關(guān)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)。

關(guān)鍵詞： 激光器 功率特性 尾鏡取樣 在線檢測(cè)

中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1 引言

激光功率是激光器中最主要的參量，激光輸出功率嚴(yán)重地影響著激光加工的質(zhì)量，因此，在加工過(guò)程中， 如果能實(shí)時(shí)監(jiān)控激光功率的變化，提高激光功率的穩(wěn)定精度，對(duì)于提高產(chǎn)品合格率有著極其重要的作用。然而，在國(guó)內(nèi)，無(wú)論是激光器生產(chǎn)廠家，還是激光設(shè)備應(yīng)用廠家，大部分都沒(méi)有激光器功率特性檢測(cè)裝置，激光器質(zhì)量好壞只有在使用時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，影響了激光加工的質(zhì)量和連續(xù)型，如果在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，還會(huì)造成制造成本的增加。而部分廠家依據(jù)自己企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)簡(jiǎn)單測(cè)試，也不符合激光器工業(yè)化應(yīng)用的要求。并且少量激光器功率特性測(cè)試方法，也是傳統(tǒng)的測(cè)試方法，往往采用逐一測(cè)試方式，不同的參數(shù)測(cè)試存在“排隊(duì)等待”時(shí)間，降低了激光器功率特性測(cè)試的效率。另外，不同時(shí)段測(cè)試的數(shù)據(jù)本身存在一定的假定差異，測(cè)量精度和準(zhǔn)確度不高。同時(shí)，激光設(shè)備大都需要連續(xù)化作業(yè)，而現(xiàn)有部分功率特性測(cè)試方法在測(cè)試激光功率時(shí)，需要激光設(shè)備停止工作，影響了激光加工的連續(xù)性。因此，研究開(kāi)發(fā)激光器連續(xù)性工作參數(shù)檢測(cè)裝置，顯得尤為迫切。

2 全反鏡輸出取樣

以工作波長(zhǎng)為10.6μmCO2激光器功率特性測(cè)試為研究對(duì)象，研制專門(mén)測(cè)試裝置，利用激光諧振腔低透射率介質(zhì)膜全反射的特性，采用尾鏡進(jìn)行激光取樣，提高取樣的準(zhǔn)確度與精度，確保測(cè)試的可靠性。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)試方法與標(biāo)準(zhǔn)研究，使得未來(lái)激光器功率特性測(cè)試有據(jù)可依。

激光功率是激光器中最主要的參量，激光輸出功率嚴(yán)重地影響著激光加工的質(zhì)量，因此，在加工過(guò)程中， 如果能實(shí)時(shí)監(jiān)控激光功率的變化，提高激光功率的穩(wěn)定精度，對(duì)于提高產(chǎn)品合格率有著極其重要的作用。然而，在國(guó)內(nèi)，無(wú)論是激光器生產(chǎn)廠家，還是激光設(shè)備應(yīng)用廠家，大部分都沒(méi)有激光器功率特性檢測(cè)裝置，激光器質(zhì)量好壞只有在使用時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，影響了激光加工的質(zhì)量和連續(xù)型，如果在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，還會(huì)造成制造成本的增加。而部分廠家依據(jù)自己企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)簡(jiǎn)單測(cè)試，也不符合激光器工業(yè)化應(yīng)用的要求。并且少量激光器功率特性測(cè)試方法，也是傳統(tǒng)的測(cè)試方法，測(cè)量精度和準(zhǔn)確度不高，具體如下：

傳統(tǒng)的激光功率檢測(cè)方法是將激光照射到激光功率計(jì)或激光能量計(jì)上進(jìn)行檢測(cè)。這種測(cè)量技術(shù)對(duì)激光計(jì)探頭的要求很高，通常以石墨為材料，探頭響應(yīng)很慢，且通常需要水冷，測(cè)量功率時(shí)必須停止加工，從而影響了加工的連續(xù)性，不能實(shí)時(shí)檢測(cè)功率。另一種檢測(cè)技術(shù)是在輸出激光束的光路中，利用快速旋轉(zhuǎn)的細(xì)針采樣來(lái)測(cè)量激光功率。由于制作工藝和受環(huán)境的影響，造成采樣不穩(wěn)定，可引起檢測(cè)偏差和系統(tǒng)不穩(wěn)定，同時(shí)不可避免地使激光束傳輸和調(diào)整變得更復(fù)雜。

為了解決現(xiàn)有激光器與激光設(shè)備功率特性無(wú)檢測(cè)或者檢測(cè)精度與穩(wěn)定性不高等缺陷，本文以工作波長(zhǎng)為10.6μmCO2激光器功率特性測(cè)試為研究對(duì)象，研制專門(mén)測(cè)試裝置，如圖1所示，利用激光諧振腔低透射率介質(zhì)膜全反射的特性，采用尾鏡進(jìn)行激光取樣，通過(guò)激光全反鏡線性輸出論證分析，提高取樣的準(zhǔn)確度與精度，確保測(cè)試的可靠性。

利用介質(zhì)全反鏡的微量透射光進(jìn)行激光功率采樣，透射光由探測(cè)器進(jìn)行接收或經(jīng)過(guò)光強(qiáng)衰減后到達(dá)探測(cè)器的光強(qiáng)為毫瓦量級(jí)，低于探測(cè)器的損傷閾值。探測(cè)器將光功率信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，送單片機(jī)處理后，有效保證了采集到的電流值和功率值的準(zhǔn)確性，用戶就可以得到準(zhǔn)確的功率測(cè)量值。在研究激光器功率特性測(cè)試方法及測(cè)試裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)試方法與標(biāo)準(zhǔn)研究，使得未來(lái)激光器功率特性測(cè)試有據(jù)可依。

3 多通道多項(xiàng)目自動(dòng)化檢測(cè)

設(shè)置多通道，同時(shí)開(kāi)展多路檢測(cè)工作，采用程序化設(shè)定，自動(dòng)的對(duì)閥值功率、閥值電壓、功率曲線、功率穩(wěn)定度、電流穩(wěn)定度、功率電流特性等項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試并記錄數(shù)據(jù)，通過(guò)后臺(tái)處理，將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)，給出合格與否的判定，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)化智能檢測(cè)。

激光器功率特性測(cè)試包括多種參數(shù)測(cè)試，在以往的測(cè)試方法中，往往采用逐一測(cè)試或者一一測(cè)試的方式，不同的參數(shù)測(cè)試存在“排隊(duì)等待”時(shí)間，降低了激光器功率特性測(cè)試的效率。另外，在某些時(shí)候，可能需要用到幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與計(jì)算，而采用傳統(tǒng)的測(cè)試方法需要一一翻看測(cè)試記錄，不同時(shí)段測(cè)試的數(shù)據(jù)本身存在一定的差異，因此，這種情況下，邏輯關(guān)系計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確的概率也隨著上升，而且人工測(cè)試也存在比較大的誤差。

為了解決傳統(tǒng)激光器功率特性測(cè)試方法存在的上述缺陷，項(xiàng)目智能在線測(cè)試裝置設(shè)置多通道，同時(shí)多路開(kāi)展檢測(cè)工作，采用程序化設(shè)定，自動(dòng)的對(duì)閥值功率、閥值電壓、功率曲線、功率穩(wěn)定度、電流穩(wěn)定度、功率電流特性等項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試并記錄數(shù)據(jù)，通過(guò)后臺(tái)處理，將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)，給出合格與否的判定，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)化智能檢測(cè)。

采用程序化設(shè)定，可根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)別，提高測(cè)試的智能化程度，多通道檢測(cè)，多個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)可通過(guò)數(shù)值、圖形的方式顯示，可方便操作者對(duì)某些具有邏輯關(guān)聯(lián)的測(cè)試參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與分析，提高了測(cè)試結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性。

4 裝置的研究

二氧化碳激光器功率特性智能在線測(cè)試裝置研究的研制過(guò)程圖如圖2所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

激光功率特性智能在線檢測(cè)裝置可在各二氧化碳激光器生產(chǎn)企業(yè)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)中得到普及，為企業(yè)進(jìn)行質(zhì)量控制提供有力手段，具有一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。也可以作為使用二氧化碳激光器作為激光類產(chǎn)品應(yīng)用的企業(yè)進(jìn)貨檢驗(yàn)控制產(chǎn)品質(zhì)量的有效的方法。若本檢測(cè)方法能提升為聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)提升二氧化碳激光器行業(yè)整體質(zhì)量，也具有一定的社會(huì)效益。

檢測(cè)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)“機(jī)代人”，大幅度節(jié)約勞動(dòng)力成本，解決企業(yè)日益嚴(yán)峻的“招工難”、“用工貴”問(wèn)題，努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)制造、智能制造、綠色制造和安全制造。同時(shí)本裝置還能大幅提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確程度，滿足生產(chǎn)企業(yè)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制和檢測(cè)精度的要求。

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