技术领域
[0001] 本
发明涉及手持式
激光焊接领域，尤其涉及一种光功率自动调节方法及其系统。
背景技术
[0002]
激光焊接技术是利用激光
辐射加热
工件表面，表面热量通
过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、
能量、
峰值功率和重复
频率等参数，使工件
熔化，形成特定的熔池，达到焊接目的。激光功率与移动速度对加工工艺有一定影响，如果在
激光器移动过程中，若激光功率一直保持不变，在速度低的地方
激光烧蚀工件材料要严重一点，而速度高的地方激光烧蚀工件的程度有可能还不足，无法达到焊接工件烧蚀均匀性的工艺要求。现有方案是采集运动速度，根据运动速度调节控制激光器功率的PWM波的占比，然而
现有技术中，都是根据速度快功率大，速度慢功率小的原则调节激光功率，调控参数单一，使得激光功率调控不够精确，因此，为解决上述问题，本发明提供一种光功率自动调节方法及其系统，可以根据速度、
温度调节激光输出功率，提高激光功率调控的精确性。
发明内容
[0003] 有鉴于此，本发明提出了一种光功率自动调节方法及其系统，可以根据速度、温度调节激光输出功率，提高激光功率调控的精确性。
[0004] 本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种光功率自动调节方法，包括以下步骤：
[0005] S1、通过
加速度
传感器检测激光器运动速度矢量，通过温度探测仪测量激光器输出光束在被测工件移动轨迹附近的温度值，建立激光器运动速度矢量与激光器输出功率之间的第一关系式，以及被测工件移动轨迹附近的温度值与激光器运动速度矢量的第二关系式；
[0006] S2、预设灼烧被测工件的温度取值区间，根据第二关系式和温度取值区间，得出激光器运动速度矢量的取值区间，再根据第一关系式得出激光器输出功率；
[0007] S3、激光器根据激光器输出功率调节其输出功率。
[0008] 在以上技术方案的
基础上，优选的，激光器运动速度矢量与激光器输出功率之间的第一关系式为：
[0009] P＝AeV；
[0010] 其中，P为激光器输出功率；V为激光器运动速度矢量；A为常数，且A大于0。
[0011] 进一步优选的，被测工件移动轨迹附近的温度值与激光器运动速度矢量的第二关系式为：
[0012] T＝αexp(-V)；
[0013] 其中，T为温度值；V为激光器运动速度矢量；α为热扩散率；当激光器的运动速度矢量V变化时，且被测工件移动轨迹附近的温度值T满足T∈[Tmin,Tmax]，Tmin为灼烧被测工件的最低温度，Tmax为切断被测工件的最大温度值，激光器输出功率根据第一关系式同步匀速增加。
[0014] 另一方面，本发明提供一种光功率自动调节系统，其包括顺次电性连接的加速度检测
电路、
控制器、功率调节电路和激光器，还包括与控制器的I/O口电性连接的温度检测电路；
[0015] 加速度检测电路检测激光器移动的运动速度矢量，并将运动速度矢量传输给控制器；
[0016] 温度检测电路检测激光器发出的
激光束在被测工件上的表面温度值，并将温度值传输给控制器；
[0017] 控制器根据运动速度矢量和温度值按照预设的温度、速度和功率的关系式计算出相应的功率值，根据该功率值控制功率调节电路输出相应的PWM
信号，该PWM信号驱动激光器调节激光器输出功率。
[0018] 在以上技术方案的基础上，优选的，功率调节电路包括PWM控制电路、激光器使能控制电路和激光器功率控制电路；
[0019] 控制器的PWM输出端通过PWM控制电路与激光器电性连接；控制器的使能端通过激光器使能控制电路与激光器的使能端电性连接；控制器的数字输出端通过激光器功率控制电路与激光器的
开关量输入端电性连接；
[0020] 激光器使能控制电路产生
电压开关量控制激光器使能，激光器功率控制电路产生控制激光器输出功率的电压模拟量，PWM控制电路产生控制激光器输出
电流的PWM
控制信号。
[0021] 在以上技术方案的基础上，优选的，还包括与控制器的I/O口电性连接的聚焦镜驱动电路；
[0022] 聚焦镜驱动电路驱动手持焊接头中偏心聚焦镜的旋转速度。
[0023] 在以上技术方案的基础上，优选的，还包括与控制器通信口电性连接的无线传输模
块。
[0024] 本发明的一种光功率自动调节方法及其系统相对于现有技术具有以下有益效果：
[0025] (1)通过测量激光器运动速度矢量以及激光器输出光束在被测工件移动轨迹附近的温度值，建立激光器运动速度矢量与激光器输出功率之间的第一关系式，以及被测工件移动轨迹附近的温度值与激光器运动速度矢量之间的第二关系式，根据预设的温度值取值区间以及第二关系式，得出激光器运动速度矢量的取值区间，根据第一关系式得出激光器输出功率。以被测工件移动轨迹附近的温度值取值范围作为限定值，防止激光器输出功率过大或不足导致被测工件灼烧不均匀；
[0026] (2)通过设置激光器功率控制电路产生控制激光器输出功率的电压模拟量，设置PWM控制电路产生控制激光器输出电流的PWM信号，进而控制激光器中激光电源产生高压直流电来驱动激光器发光，功率的大小由PWM信号与电压模拟量来控制，主要作用是实现激光的产生并对功率大小进行调节；
[0027] (3)通过设置聚焦镜驱动电路控制偏心聚焦镜的旋转速度，快速、精确的改变激光束的传播路径，在模切平面上形成聚焦光斑，高
精度、高速度地实现宽
焊缝工件的焊接。
附图说明
[0028] 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的附图。
[0029] 图1为本发明一种光功率自动调节方法的
流程图；
[0030] 图2为本发明一种光功率自动调节系统的结构图。
具体实施方式
[0031] 下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0032] 如图1所示，本发明的一种光功率自动调节方法，包括以下步骤：
[0033] S1、通过加速度传感器检测激光器运动速度矢量，通过温度探测仪测量激光器输出光束在被测工件移动轨迹附近的温度值，建立激光器运动速度矢量与激光器输出功率之间的第一关系式，以及被测工件移动轨迹附近的温度值与激光器运动速度矢量的第二关系式；
[0034] S2、预设灼烧被测工件的温度取值区间，根据第二关系式和温度取值区间，得出激光器运动速度矢量的取值区间，再根据第一关系式得出激光器输出功率；
[0035] S3、激光器根据激光器输出功率调节其输出功率。
[0036] 本实施例中，设激光器运动速度矢量为V，激光器输出功率为P，被测工件移动轨迹附近的温度值为T，其中，激光器运动速度矢量与激光器输出功率之间的第一关系式为：
[0037] P＝AeV；
[0038] 其中，P为激光器输出功率；V为激光器运动速度矢量；A为常数，且A大于0。由第一关系式可知，激光器输出功率P与激光器运动速度矢量V成正比关系。
[0039] 现有技术中，一般都是通过第一关系式调节激光器输出功率，但是，由于激光器加工过程中，被测工件的材质不同，导致激光器输出光束在被测工件上产生的温度不同，而有些材料耐温性能好，有些材料耐温性能差，如果只以激光器运动速度矢量调节激光器输出功率，不考虑被测工件材料本身耐温性能，即使激光器输出能量恒定，也会存在被测工件烧蚀不足或者烧蚀过足的问题。因此，为解决上述问题，本实施例增设了被测工件上激光束移动轨迹附近的温度值作为激光器输出功率调节的参考参数，进而使得激光器输出功率调节精度更精确，被测工件烧蚀均匀。
[0040] 本实施例中，通过激光加工表面温度测量装置检测激光束在被测工件上移动轨迹附近的温度值。在激光器输出功率恒定的前提下，激光器移动速度越快，单位面积内激光器输出光束打在被测工件的能量越少，被测工件上移动轨迹附近的温度值越低，可以看出被测工件移动轨迹附近的温度值与激光器运动速度矢量之间成反比关系。在数学函数中，用于表示反比的关系式很多，本实施例中，通过多组实验数据拟合，最终选用指数函数作为被测工件移动轨迹附近的温度值与激光器运动速度矢量之间的函数关系式。具体的，被测工件移动轨迹附近的温度值与激光器运动速度矢量之间的第二关系式为：
[0041] T＝αexp(-V)；
[0042] 其中，T为温度值；V为激光器运动速度矢量；α为热扩散率。本实施例中，根据第二关系式可以看出温度和速度的呈反比。在求解上式之前还需得知被测工件的最高耐温值以及常温下的表面温度，求解上式可以得出某一功率下，被测工件上移动轨迹的温度。
[0043] 通过第一关系式可以求出激光器在某速度下的输出功率，第二关系式可以根据灼烧被测工件的温度取值区间得出激光器运动速度矢量的取值区间。为了同时兼顾激光器运动速度矢量、被测工件上移动轨迹的温度以及激光器输出功率的平衡，本实施例通过综合评价运动速度矢量和温度值得出激光器输出功率。
[0044] 具体如下：
[0045] 当激光器的运动速度矢量V变化，且被测工件移动轨迹附近的温度值T满足T∈[Tmin,Tmax]，其中，Tmin为灼烧被测工件的最低温度，该温度下对应的激光器运动速度矢量V最大，Tmax为切断被测工件的最大温度值，该温度下对应的激光器运动速度矢量V最小，此时，根据第二关系式得出温度值T为Tmin时，对应的运动速度矢量V为Vmax，温度值T为Tmax时，对应的运动速度矢量V为Vmin，因此，可以得出运动速度矢量V取值范围为[Vmin,Vmax]，再根据第一关系式得出激光器输出功率。
[0046] 本实施例的有益效果为：通过测量激光器运动速度矢量以及激光器输出光束在被测工件移动轨迹附近的温度值，建立激光器运动速度矢量与激光器输出功率之间的第一关系式，以及被测工件移动轨迹附近的温度值与激光器运动速度矢量之间的第二关系式，根据预设的温度值取值区间以及第二关系式，得出激光器运动速度矢量的取值区间，根据第一关系式得出激光器输出功率。以被测工件移动轨迹附近的温度值取值范围作为限定值，防止激光器输出功率过大或不足导致被测工件灼烧不均匀。
[0047] 实施例2
[0048] 在实施例1的基础上，本实施例提供一种光功率自动调节系统，如图2所示，其包括顺次电性连接的加速度检测电路、控制器、功率调节电路和激光器，以及与控制器的I/O口电性连接的温度检测电路和聚焦镜驱动电路，与控器通信口电性连接的无线传输模块。
[0049] 加速度检测电路检测激光器移动的运动速度矢量，并将运动速度矢量传输给控制器；
[0050] 温度检测电路检测激光器发出的激光束在被测工件上的表面温度值，并将温度值传输给控制器；
[0051] 聚焦镜驱动电路驱动激光器中聚焦镜的偏移
角度。本实施例中，聚焦镜驱动电路接收控制器下发的控制指令，控制偏心聚焦镜的旋转速度，快速、精确的改变激光束的传播路径，在模切平面上形成聚焦光斑，高精度、高速度地实现宽焊缝工件的焊接。
[0052] 控制器根据运动速度矢量和温度值按照预设的温度、速度和功率的关系式计算出相应的功率值，根据该功率值控制功率调节电路输出相应的PWM信号，该PWM信号驱动激光器调节激光器输出功率。本实施例中，控制器采用STM32系列芯片，其中，STM32系列芯片包含一路DA
接口以及多路PWM接口。
[0053] 功率调节电路，根据控制器输出的PWM信号调节激光器的功率。在本实施例中，功率调节电路包括PWM控制电路、激光器使能控制电路和激光器功率控制电路；具体的连接关系为：控制器的PWM输出端通过PWM控制电路与激光器电性连接；控制器的使能端通过激光器使能控制电路与激光器的使能端电性连接；控制器的数字输出端通过激光器功率控制电路与激光器的开关量输入端电性连接。
[0054] 其中，激光器使能控制电路产生电压开关量控制激光器使能，本实施例中，激光器使能控制电路控制激光器输入使能。
[0055] 激光器功率控制电路产生控制激光器输出功率的电压模拟量，PWM控制电路产生控制激光器输出电流的PWM信号，通过PWM信号与电压模拟量的电压来控制激光器中激光电源产生高压直流电来驱动激光器发光，功率的大小由PWM信号与电压模拟量来控制，主要作用是实现激光的产生并对功率大小进行调节。
[0056] 本实施例的有益效果为：通过设置激光器功率控制电路产生控制激光器输出功率的电压模拟量，设置PWM控制电路产生控制激光器输出电流的PWM信号，进而控制激光器中激光电源产生高压直流电来驱动激光器发光，功率的大小由PWM信号与电压模拟量来控制，主要作用是实现激光的产生并对功率大小进行调节；
[0057] 通过设置聚焦镜驱动电路控制偏心聚焦镜的旋转速度，快速、精确的改变激光束的传播路径，在模切平面上形成聚焦光斑，高精度、高速度地实现宽焊缝工件的焊接。
[0058] 以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
