CN110026689A - 一种开放式激光打标装调实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开放式激光打标装调实验平台，其包括工控机、工作台、升降台、设置在所述工作台上的Q开光驱动、打标卡、直流电源、激光电源，以及设置在所述升降台上的激光发射器、扩束镜、振镜以及场镜，所述激光发射器通过所述扩束镜与所述振镜连接，所述工控机、激光发射器、Q开光驱动、直流电源、激光电源、振镜均与所述打标卡连接，所述激光电源与所述激光发射器电连接，所述直流电源与所述振镜电连接。所述开放式激光打标装调实验平台容易分辨出平台中各器件的相互连接关系，便于观察整套***运转时的工作机理；并且采用桌面式的布局替代传统工业立体布局，减少各零部件的连接关系受到空间的遮挡，也方便安装调试激光打标机。

Description

一种开放式激光打标装调实验平台

技术领域

本发明涉及激光打标领域，尤其涉及一种开放式激光打标装调实验平台。

背景技术

激光技术应用几乎覆盖国民经济的所有行业，是高端装备制造业的重要内容，已成为世界各国产业布局的重点。2018年工业激光与相关产品市场规模达855亿元，同比增长18.6%，但相关人才总数只有数十万人，人才短缺已成为我国激光智能装备发展中的最大短板。因此国内一些高校也开设激光智能装备相关课程，甚至建设专门的激光智能装备学院，希望以激光加工设备为载体,培养激光加工设备的设计、制造、使用、维修与客户服务领域的高级人才。主要涉及激光产业链的中、下游产业,即激光装备制造和激光装备应用两大产业集群。因此，研究和探索面向学生的激光加工装备装调实验平台就具有非常重要的现实意义。

激光打标是以激光光束照射被加工工件，使工件表面瞬间发生气化、熔化、相变等物理或化学的变化，从而在工件表面留下文字、图案刻痕的标记方式，是激光技术应用和激光加工装备的核心课程。具体来说，就是以常见激光打标为实验设备对学生进行技能训练，通过激光设备安装调试专业课程的学习，掌握激光技术应用和加工设备专业技能，为满足将来的职业岗位需求打下基础。

但是目前市面上的激光打标机都设计用于工业应用，不管从器件连接的便捷性、设备关键器件的可视性、装调操作的复杂性等方面都不适合现场教学和学生技能训练的要求。

因此，现有技术还有待于改进。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种开放式激光打标装调实验平台，旨在解决现有激光打标机装调操作复杂，不适合现场教学和技能训练的问题。

本发明的技术方案如下：

一种开放式激光打标装调实验平台，其中，包括工控机、工作台、升降台、设置在所述工作台上的Q开光驱动、打标卡、直流电源、激光电源，以及设置在所述升降台上的激光发射器、扩束镜、振镜以及场镜，所述激光发射器通过所述扩束镜与所述振镜连接，所述工控机、激光发射器、Q开光驱动、直流电源、激光电源、振镜均与所述打标卡连接，所述激光电源与所述激光发射器电连接，所述直流电源与所述振镜电连接。

所述的开放式激光打标装调实验平台，其中，所述激光发射器、振镜、Q开关驱动、打标卡以及激光电源的上方均设置有开放式透明上盖。

所述的开放式激光打标装调实验平台，其中，所述开放式透明上盖的材料为PMMA。

所述的开放式激光打标装调实验平台，其中，所述激光发射器包括依次排布的泵浦源、耦合镜、激光晶体、全反镜、Q开关以及输出镜，所述Q开关与所述Q开关驱动电连接；所述泵浦源、耦合镜、激光晶体、全反镜、Q开关以及输出镜均为独立模块。

所述的开放式激光打标装调实验平台，其中，所述耦合镜由两片透镜组成，所述两片透镜上均镀有增透膜。

所述的开放式激光打标装调实验平台，其中，还包括设置在工作台旁边的冷水机，所述冷水机与所述激光晶体连通。

所述的开放式激光打标装调实验平台，其中，所述冷水机通过气动快插接头与所述激光晶体连通。

所述的开放式激光打标装调实验平台，其中，所述扩束镜包括一个凹透镜和一个凸透镜，所述凹透镜用于将需焦点光束传输给凸透镜，所述凹透镜和凸透镜的两面均镀有增透膜。

所述的开放式激光打标装调实验平台，其中，所述振镜包括伺服电机、电机驱动板以及反射镜，所述电机驱动板与所述直流电源电连接。

所述的开放式激光打标装调实验平台，其中，所述电连接方式均为安全卡扣式插拔方式。

有益效果：本发明通过将激光打标机中的激光电源、打标卡、直流电源、Q开关驱动等关键零部件安装于同一平台上，可以容易分辨出各器件的相互连接关系，便于观察整套***运转时的工作机理；并且本发明采用桌面式的布局替代传统工业立体布局，减少各零部件的连接关系受到空间的遮挡，也方便安装调试激光打标机、维护和排除常见的故障，完成技能训练项目任务来实现教学目标。

附图说明

图1为本发明一种开放式激光打标装调实验平台较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明一种开放式激光打标装调实验平台中各零部件的电路连接示意图。

具体实施方式

本发明提供一种开放式激光打标装调实验平台，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。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。

本发明实施例提供一种开放式激光打标装调实验平台，如图1和图2所示，所述开放式激光打标装调实验平台包括工控机10、工作台20、升降台30、设置在所述工作台20上的Q开光驱动40、打标卡50、直流电源60、激光电源70，以及设置在所述升降台30上的激光发射器80、扩束镜90、振镜100以及场镜110，所述激光发射器80通过所述扩束镜90与所述振镜100连接，所述工控机10、激光发射器80、Q开光驱动40、直流电源60、激光电源70、振镜100均与所述打标卡50电连接，所述激光电源70与所述激光发射器80电连接，所述直流电源60与所述振镜100电连接。

在本实施例中，所述激光电源、打标卡、直流电源、Q开关驱动等关键零部件安装于同一工作台上，便于分辨出各器件的相互连接关系，以及观察整套***运转时的工作机理；并且本发明采用桌面式的布局替代传统工业立体布局，减少各零部件的连接关系受到空间的遮挡，也方便安装调试激光打标机、以及维护和排除常见的故障，完成技能训练项目任务来实现教学目标。

在一些实施方式中，所述激光发射器、振镜、Q开关驱动、打标卡以及激光电源的上方均设置有开放式透明上盖。所述开放式透明上盖的设计，使得激光打标机无需拆装就可以了解内部各器件的构成和其他器件的连接关系，直观的了解各关键器件的结构，便于教学过程中的讲解。特别对于演示性的课程中，无需拆装设备就能很好的展示设备的结构，从而节约宝贵的课间时间。在一些具体的实施方式中，所述开放式透明上盖的材料为PMMA。

在一些实施方式中，所述开放式激光打标装调实验平台中的各器件电连接方式均为安全卡扣式插拔方式，所述安全卡扣式插拔方式便于拆卸和连接，可有效减少实验过程中花费在电路焊接的时间以及电路连接错误造成的设备损坏。

在一些实施方式中，如图1所示，所述激光发射器80采用导轨式光路，其包括依次排布的泵浦源81、耦合镜82、激光晶体83、全反镜84、Q开关85以及输出镜86，所述Q开关85与所述Q开关驱动40电连接；所述泵浦源81、耦合镜82、激光晶83、全反镜84、Q开关85以及输出镜86均为独立模块化设计，各部件和升降台固定在一起作为一个整体模块，可快速拆卸、替换，便于教学拆解和多次调试。

在本实施例中，所述泵浦源产生的泵浦光经耦合镜对激光晶体进行泵浦，激光振荡于由全反镜及输出镜构成的谐振腔中；所述泵浦源输出功率为30W，中心波长为808nm，所述耦合镜由两片透镜组成，所述两片透镜上均镀有808nm增透膜，其将泵浦光聚焦到激光晶体上，放大比例为1:2；所述激光晶体采用Nd:YAG晶体，掺杂浓度0.3%，规格为3*3*10mm，两面镀有1064nm增透膜；所述全反镜为平面镜，它的左面镀有808nm增透膜，右面镀有808nm、1064nm高反膜；所述输出镜为平面输出镜，镀有1064nm透过率30%的膜；所述Q开关的超声频率40.68MHz，射频功率20W，双面镀有1064nm增透膜，激光在Q开关的调制作用下产生脉冲激光，并由输出镜输出。本实施例中的激光发射器采用导轨式的光路，所有器件均独立模块化设计，可快速拆卸、替换，便于教学拆解和多次调试。

在一些实施方式中，所述升降台在不工作的时候与工作台处于同一平面，所述升降台可在垂直工作台的工作面方向做上下升降，所述升降台采用铝制材料，具有运行平稳、定位准确的优点；所述升降台的最大行程为350mm，最低位置与工作台的工作平面重合，最高位置在高于工作台350mm处。所述升降台可带动激光发射器、扩束镜、振镜以及场镜上下移动，所述升降台的使用可以满足经常打不同幅面产品的需求，升高升降台，光路就升高，可以使用打标范围更大的场镜，光路降低一些，可以使用打标幅面小一点的场镜，打出的线条更精细。

在一些实施方式中，所述扩束镜由二个镜片组成，包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜，输入镜将虚焦点光束传输给输出镜，二镜片两面镀有1064nm窄带增透膜，增加激光的透光率。扩束镜的作用是将激光发射器发出的激光束转变成符合钻石激光加工需要的激光光斑形状，即对激光进行准直，减小激光束的发散角，使得聚焦后的光斑有更小的聚焦光斑，更高的功率密度，更高的加工质量光斑。同时扩束镜的外壳还是激光发射器和振镜的连接件，通过螺钉将三者连接起来。

在一些实施方式中，所述振镜包括伺服电机、电机驱动板以及反射镜，所述电机驱动板与所述直流电源电连接。在本实施例中，所述经过扩束镜准直的光束入射到振镜的反射镜上，所述反射镜由伺服电机控制器偏转角度，而伺服电机的偏转则由工控机通过D/A卡来控制，D/A芯片转换后输出-5V—5V的模拟电压驱动伺服电机，使聚光斑按照计算机设定的图案、文字轨迹运行。

在一些实施方式中，所述场镜类似于一个聚焦镜，是指在其焦距位置一个规定的平面内的每个点都是聚焦点的透镜。场镜有一个参数，叫入射光瞳，也叫入瞳，对于入瞳，要求场镜的入瞳≥振镜的光斑，如果场镜入瞳小于振镜的光斑，那么就有可能出现，打标到场镜边缘的时候，边缘会打标明显浅于中间位置，甚至出现能打到的范围会小于场镜标称的范围。在一种具体的实施方式中，当使用焦距为130mm场镜情况下，标刻范围达到110mmX110mm，也可以采用其他焦距的场镜，标刻范围随着焦距变化而变化，激光束在整个打标平面内形成均匀大小的聚焦光斑。

在一些实施方式中，所述工作台是激光打标装调实验平台的载体，其固定在高刚度、不易受环境温度等影响的基座上，基座腿部有减振机床垫块垫底，为整个装置提供平稳基座。所述Q开关驱动、打标卡、直流电源、激光电源均安装在所述工作台上，便于观察整套***运转时的工作机理，同时也方便拆卸。

具体的，所述Q开关驱动与所述Q开关电连接，所述Q开关驱动用于给Q开关提供驱动能量和调制信号，其输出的最大射频功率25W，输出的超声频率40.68MHz。所述打标卡通过USB接口与所述工控机电连接，所述打标卡主要功能是将工控机处理好的信号按要求输出到激光发射器、振镜和Q开关驱动等控制对象输入端口上。所述直流电源为振镜、打标卡提供电源，使得它们能够运转起来，主要包括±15V和5V两种电源。所述激光电源则是为激光发射器提供相关的能量和调制信号，由稳压电路、激光电源脉冲控制电路、脉冲产生电路、保护电路组成，输出恒流0-30A可调，最大输出电压为24V。

在一些实施方式中，所述工控机是专为工业控制而设计的计算机，主要连接打标卡，是激光打标的控制中心，工控机中安装了标刻软件，软件将字符和图形处理成大量的标刻数据,包括每一个需要标刻的振镜X轴和Y轴的坐标、激光功率信号、激光器开/关和延时信号等。

在一些实施方式中，所述开放式激光打标装调实验平台还包括设置在工作台旁边的冷水机，所述冷水机与所述激光晶体连通。所述冷水机的制冷量可达1400W，温控精度可达到±0.3℃，而且体积小巧，为激光器中的激光晶体提供冷却，减小激光热效应造成器件效率下降和运转不稳定，提高输出激光的光束质量。

在一些具体的实施方式中，所述冷水机通过气动快插接头与所述激光晶体连通。本实施例采用气动快插接头将冷水机与激光晶体连通，便于快速插拔，减少实验过程中的重复插拔的困难，以及大量上课时间浪费在水路连接引起的问题上。

在一些实施方式中，所述开放式激光打标装调实验平台中的各个零部件名称和详细参数指标均设置有标示，便于学生能够快速准确的熟悉和了解各个器件名称，并理解各个部件之间的关系，同时也保证装调过程中不会弄混器件，从而造成设备的损坏。

综上所述，本发明通过将激光打标机中的激光电源、打标卡、直流电源、Q开关驱动等关键零部件安装于同一平台上，可以容易分辨出各器件的相互连接关系，便于观察整套***运转时的工作机理；并且本发明采用桌面式的布局替代传统工业立体布局，减少各零部件的连接关系受到空间的遮挡，也方便安装调试激光打标机、维护和排除常见的故障，完成技能训练项目任务来实现教学目标。本发明通过桌面式结构、透明外壳，安全卡扣式插拔接口、气动快插接头、模块化器件底座、器件标示等措施的使用，使得该设备能够贴近激光打标装调实验教学和技能训练，有助于学生掌握振镜式中小型激光设备在安装调试过程中的基本知识和基本技能。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种开放式激光打标装调实验平台，其特征在于，包括工控机、工作台、升降台、设置在所述工作台上的Q开光驱动、打标卡、直流电源、激光电源，以及设置在所述升降台上的激光发射器、扩束镜、振镜以及场镜，所述激光发射器通过所述扩束镜与所述振镜连接，所述工控机、激光发射器、Q开光驱动、直流电源、激光电源、振镜均与所述打标卡连接，所述激光电源与所述激光发射器电连接，所述直流电源与所述振镜电连接。

2.根据权利要求1所述的开放式激光打标装调实验平台，其特征在于，所述激光发射器、振镜、Q开关驱动、打标卡以及激光电源的上方均设置有开放式透明上盖。

3.根据权利要求2所述的开放式激光打标装调实验平台，其特征在于，所述开放式透明上盖的材料为PMMA。

4.根据权利要求1所述的开放式激光打标装调实验平台，其特征在于，所述激光发射器包括依次排布的泵浦源、耦合镜、激光晶体、全反镜、Q开关以及输出镜，所述Q开关与所述Q开关驱动电连接；所述泵浦源、耦合镜、激光晶体、全反镜、Q开关以及输出镜均为独立模块。

5.根据权利要求4所述的开放式激光打标装调实验平台，其特征在于，所述耦合镜由两片透镜组成，所述两片透镜上均镀有增透膜。

6.根据权利要求4所述的开放式激光打标装调实验平台，其特征在于，还包括设置在工作台旁边的冷水机，所述冷水机与所述激光晶体连通。

7.根据权利要求6所述的开放式激光打标装调实验平台，其特征在于，所述冷水机通过气动快插接头与所述激光晶体连通。

8.根据权利要求1所述的开放式激光打标装调实验平台，其特征在于，所述扩束镜包括一个凹透镜和一个凸透镜，所述凹透镜用于将需焦点光束传输给凸透镜，所述凹透镜和凸透镜的两面均镀有增透膜。

9.根据权利要求1所述的开放式激光打标装调实验平台，其特征在于，所述振镜包括伺服电机、电机驱动板以及反射镜，所述电机驱动板与所述直流电源电连接。

10.根据权利要求1-9任一所述的开放式激光打标装调实验平台，其特征在于，所述电连接方式均为安全卡扣式插拔方式。