CN114131204A - 一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器，涉及激光器技术领域，包括控制器、模型导入模块、模型转化模块、数据采集模块、数据处理模块、激光调节模块、预览模块、执行模块、存储模块；在进行激光打标时，通过设置模型导入模块，将所要打印的激光打标模型导入至计算机终端，再通过模型转化模块将其转化成点阵图，然后将数据采集模块获取到的打标数据上传至数据处理模块中进行处理，激光调节模块根据数据处理模块的处理结果对激光发射端进行调整，最后由执行模块完成打印；在进行激光切割时，自动获得被切割物品是否在有效切割范围内，然后通过预览模块将切割线投射在被切割物品的表面，由用户确认后完成切割。
Description
技术领域
本发明属于激光器技术领域，具体是一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器。
背景技术
脉冲激光器因其具有功率高、体积小、可靠性高等特点，已被广泛应用于民用测距、民用探测等领域，另外在激光引信、激光制导等军事领域也有重大作用。
公开号为CN109088304A的专利文件公开了一种光纤脉冲激光器，包括激光发生模块、第一级放大模块、及第二级放大模块；激光发生模块包括808nm泵浦激光器、激光晶体、被动调Q晶体、空间耦合器、及连接空间耦合器的尾纤；激光晶体靠近808nm泵浦激光器的一端作为激光晶体的输入端，镀808nm增透以及1064nm高反膜；被动调Q晶体远离808nm泵浦激光器的一端作为被动调Q晶体的输出端，镀1064nm部分反射透射膜。通过激光晶体的输入端的镀膜及被动调Q晶体的输出端的镀膜构成谐振腔；被动调Q晶体放置在谐振腔内，实现激光的脉冲运转，空间耦合器将1064nm脉冲光耦合进尾纤，从而利用价格较低的808nm泵浦激光器实现1064nm脉冲光的光纤输出；
在现有的技术中，脉冲激光器在进行激光打印或激光切割的过程中，仍旧需要人为的进行参数设置，无法根据实际情况进行自动调整，为了解决上述问题，现提供一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器。
本发明所要解决的技术问题为：如何根据实际情况，并在不同的功能下自动对脉冲激光器进行相应的调节。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器，包括控制器、模型导入模块、模型转化模块、数据采集模块、数据处理模块、激光调节模块、预览模块、执行模块、存储模块；
脉冲激光器与计算机终端相连接，通过模型导入模块向计算机终端内导入激光打标模型，并生成激光打标模型原文件，将激光打标模型原文件上传至存储模块；
所述数据处理模块用于对数据采集模块获取到的切割数据和打标数据进行处理，具体处理过程包括以下步骤：
步骤S1：将点阵图中每个圆点的圆形进行标记，并将相邻圆点的圆心进行连接，进而获得激光打标参考路线；
步骤S2：将每个圆点直径与激光器环形光斑的直径范围进行匹配，并将圆点直径满足HLMIN≤Li≤HLMAX的圆点标记为单次打印圆点；当圆点直径满足Li＜HLMIN的圆点标记为可忽略打印圆点；当圆点直径满足Li＞HLMAX的圆点标记为多次打印圆点；
步骤S3：获取每个多次打印圆点的直径Li，则通过公式Li＝n×HLMAX+HLi将多次打印圆点分解成n个直径为HLMAX的圆点和一个直径为HLi的圆点，将n个直径为HLMAX的圆点和一个直径为HLi的圆点的圆心沿着激光打标参考路线，且位于多次打印圆点内进行排列，其中n≥1；
步骤S4：将SL代入公式
获得功率调整系数WD，其中SL0为***预设最大有效打印距离，α为***因数，且α≥0；
步骤S5：当功率调整系数WD≤1时，则向激光调节模块发送“打印调节指令”，否则发出“被打印面未在有效范围内”的预警信息；
步骤Q1：将QL代入公式
获得功率调整系数WQD，其中QL0为***预设最大有效切割距离，β为***因数，且β≥0；
步骤Q2：当功率调整系数WQD≤1时，则向激光调节模块发送“切割调节指令”，否则发出“被切割物品未在有效切割范围内”的预警信息；
并将处理结果发送至激光调节模块，所述激光调节模块完成激光发射端的调整后，通过执行模块完成激光打标或激光切割。
进一步地，所述模型转化模块用于对激光打标模型原文件进行转化，具体转化过程包括以下步骤：
步骤Z1：将激光打标模型原文件转化为图片文件，并进一步获取图片文件中的激光打标图案；
步骤Z2：扫描激光打标图案，将激光打标图案转化为点阵图，并将点阵图中的每个圆点进行标记，且点阵图中的每个圆点与相邻的圆点相切；
步骤Z3：将步骤Z2中点阵图发送至数据采集模块。
进一步地，所述数据采集模块包括第一采集单元、第二采集单元以及第三采集单元；所述数据采集模块用于在进行激光打标前获取打标数据，所述打标数据的具体获取过程包括以下步骤：
步骤C1：通过第一采集单元获取激光打标图案的点阵图圆点数量，并将圆点数量标记为a；
步骤C2：获取每个圆点直径，并将每个圆点直径标记为Li，其中i＝1,2，……，a；
步骤C3：将步骤C1-C2获取到的点阵图数据发送至数据处理模块；
步骤C4：通过第二采集单元获取打印环境信息，打印环境信息的具体获取过程包括以下步骤：
步骤CC1：获取激光发射端到被打印面的水平直线距离，并将激光发射端到被打印面的水平直线距离标记为SL；
步骤CC2：获取激光发射端到被打印面之间的光照强度，并将激光发射端到被打印面之间的光照强度标记为GQ；
步骤CC3：将步骤CC1-CC2获取到的打印环境信息发送至数据处理模块；
步骤C5：通过第三采集单元获取激光器的基本参数信息，获取激光器的最大打标功率，并将激光器的最大打标功率标记为WMAX；获取激光器环形光斑的调直径范围，并将激光器环形光斑的直径范围标记为[HLMIN，HLMAX]，其中HLMIN为激光器环形光斑的最小直径，HLMAX为激光器环形光斑的最大直径；
所述数据采集模块用于在进行激光切割前获取切割数据，所述切割数据的具体获取过程包括以下步骤：
步骤G1：通过第二采集单元获取切割环境信息，切割环境信息的具体获取过程包括以下步骤：
步骤GG1：获取激光发射端到被切割物品的水平直线距离，并将激光发射端到被切割物品的水平直线距离标记为QL；
步骤GG2：获取激光发射端到被切割物品之间的光照强度，并将激光发射端到被切割物品之间的光照强度标记为QQ；
步骤GG3：将步骤GG1-GG2获取到的切割环境信息发送至数据处理模块；
步骤G2：通过第三采集单元获取激光器的基本参数信息，获取激光器的最大切割功率，并将激光器的最大切割功率标记为QWMAX。
进一步地，所述激光调节模块用于调节激光发射端的位置，当激光调节模块接收到“打印调节指令”后，根据数据处理模块获得的结果，对激光发射端的位置进行调节，将激光发射端的中心移动至某一个单次打印圆点或多次打印圆点的圆心，完成激光发射端的位置调节，然后向执行模块发送“打印指令”；当激光调节模块接收到“切割调节指令”后，根据数据处理模块获得的结果，对激光发射端的位置进行调节，将激光发射端的中心移动至切割线的一端作为切割起点，并向执行模块发送“切割指令”。
进一步地，所述执行模块用于对激光打标图案进行打印，当执行模块接收到“打印指令”，当用户选择打印预览后，则预览模块向被打印面的表面投射打印区域，并根据激光发射端到被打印面之间的光照强度调节打印区域的亮度；用户对打印预览进行确认后，执行模块立即向控制器发送“立即打印指令”，完成激光打标图案的打印。
进一步地，所述执行模块用于对被切割物品进行切割，当执行模块接收到“切割指令”后，通过预览模块在被切割物品的表面投射切割线，用户在预览模块进行确认后，执行模块向控制器发送“立即切割指令”，从而对被切割物品直接进行切割。
本发明的有益效果：在进行激光打标时，通过设置模型导入模块，能够将所要打印的激光打标模型导入至计算机终端，然后再通过模型转化模块将其转化成点阵图，通过数据采集模块获取点阵图中的圆点位置和圆点直径，并将其上传至数据处理模块中，然后对打标数据进行处理，激光调节模块根据数据处理模块的处理结果对激光发射端进行调整，最后由执行模块完成打印；在进行激光切割时，自动获得被切割物品是否在有效切割范围内，然后通过预览模块将切割线投射在被切割物品的表面，由用户确认后完成切割；本发明中的脉冲激光器在进行激光打标和切割的过程中，能够根据外界环境自动对激光器进行调整，减少了传统激光器在使用过程中依旧需要不断进行微调的弊端。
附图说明
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。
图1为一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器，包括控制器、模型导入模块、模型转化模块、数据采集模块、数据处理模块、激光调节模块、预览模块、执行模块、存储模块；
实施例1
脉冲激光器与计算机终端相连接，通过模型导入模块向计算机终端内导入激光打标模型，并生成激光打标模型原文件，将激光打标模型原文件上传至存储模块；
所述模型转化模块用于对激光打标模型原文件进行转化，具体转化过程包括以下步骤：
步骤Z1：将激光打标模型原文件转化为图片文件，并进一步获取图片文件中的激光打标图案；
步骤Z2：扫描激光打标图案，将激光打标图案转化为点阵图，并将点阵图中的每个圆点进行标记，且点阵图中的每个圆点与相邻的圆点相切；
步骤Z3：将步骤Z2中点阵图发送至数据采集模块。
所述数据采集模块用于在进行激光打标前获取打标数据，所述数据采集模块包括第一采集单元、第二采集单元以及第三采集单元；所述打标数据的具体获取过程包括以下步骤：
步骤C1：通过第一采集单元获取激光打标图案的点阵图圆点数量，并将圆点数量标记为a；
步骤C2：获取每个圆点直径，并将每个圆点直径标记为Li，其中i＝1,2，……，a；
步骤C3：将步骤C1-C2获取到的点阵图数据发送至数据处理模块；
步骤C4：通过第二采集单元获取打印环境信息，打印环境信息的具体获取过程包括以下步骤：
步骤CC1：获取激光发射端到被打印面的水平直线距离，并将激光发射端到被打印面的水平直线距离标记为SL；
步骤CC2：获取激光发射端到被打印面之间的光照强度，并将激光发射端到被打印面之间的光照强度标记为GQ；
步骤CC3：将步骤CC1-CC2获取到的打印环境信息发送至数据处理模块；
步骤C5：通过第三采集单元获取激光器的基本参数信息，获取激光器的最大打标功率，并将激光器的最大打标功率标记为WMAX；获取激光器环形光斑的调直径范围，并将激光器环形光斑的直径范围标记为[HLMIN，HLMAX]，其中HLMIN为激光器环形光斑的最小直径，HLMAX为激光器环形光斑的最大直径。
所述数据处理模块用于对数据采集模块获取到的打标数据进行处理，具体处理过程包括以下步骤：
步骤S1：将点阵图中每个圆点的圆形进行标记，并将相邻圆点的圆心进行连接，进而获得激光打标参考路线；
步骤S2：将每个圆点直径与激光器环形光斑的直径范围进行匹配，并将圆点直径满足HLMIN≤Li≤HLMAX的圆点标记为单次打印圆点；当圆点直径满足Li＜HLMIN的圆点标记为可忽略打印圆点；当圆点直径满足Li＞HLMAX的圆点标记为多次打印圆点；
步骤S3：获取每个多次打印圆点的直径Li，则通过公式Li＝n×HLMAX+HLi将多次打印圆点分解成n个直径为HLMAX的圆点和一个直径为HLi的圆点，将n个直径为HLMAX的圆点和一个直径为HLi的圆点的圆心沿着激光打标参考路线，且位于多次打印圆点内进行排列，其中n≥1；
步骤S4：将SL代入公式
获得功率调整系数WD，其中SL0为***预设最大有效打印距离，α为***因数，且α≥0；
步骤S5：当功率调整系数WD≤1时，则向激光调节模块发送“打印调节指令”，否则发出“被打印面未在有效范围内”的预警信息；
所述激光调节模块用于调节激光发射端的位置，当激光调节模块接收到“打印调节指令”后，根据数据处理模块获得的结果，对激光发射端的位置进行调节，将激光发射端的中心移动至某一个单次打印圆点或多次打印圆点的圆心，完成激光发射端的位置调节，然后向执行模块发送“打印指令”。
所述执行模块用于对激光打标图案进行打印，当执行模块接收到“打印指令”，用户选择直接打印后，则执行模块立即向控制器发送“立即打印指令”，从而完成激光打标图案的打印。
实施例2
所述数据处理模块用于对数据采集模块获取到的打标数据进行处理，具体处理过程包括以下步骤：
步骤S1：将点阵图中每个圆点的圆形进行标记，并将相邻圆点的圆心进行连接，进而获得激光打标参考路线；
步骤S2：将每个圆点直径与激光器环形光斑的直径范围进行匹配，并将圆点直径满足HLMIN≤Li≤HLMAX的圆点标记为单次打印圆点；当圆点直径满足Li＜HLMIN的圆点标记为可忽略打印圆点；当圆点直径满足Li＞HLMAX的圆点标记为多次打印圆点；
步骤S3：获取每个多次打印圆点的直径Li，则通过公式Li＝n×HLMAX+HLi将多次打印圆点分解成n个直径为HLMAX的圆点和一个直径为HLi的圆点，将n个直径为HLMAX的圆点和一个直径为HLi的圆点的圆心沿着激光打标参考路线，且位于多次打印圆点内进行排列，其中n≥1；
步骤S4：将SL代入公式
获得功率调整系数WD，其中SL0为***预设最大有效打印距离，α为***因数，且α≥0；
步骤S5：当功率调整系数WD≤1时，则向激光调节模块发送“打印调节指令”，否则发出“被打印面未在有效范围内”的预警信息；。
所述激光调节模块用于调节激光发射端的位置，当激光调节模块接收到“打印调节指令”后，根据数据处理模块获得的结果，对激光发射端的位置进行调节，将激光发射端的中心移动至某一个单次打印圆点或多次打印圆点的圆心，完成激光发射端的位置调节，然后向执行模块发送“打印指令”。
所述执行模块用于对激光打标图案进行打印，当执行模块接收到“打印指令”，当用户选择打印预览后，则预览模块向被打印面的表面投射打印区域，并根据激光发射端到被打印面之间的光照强度调节打印区域的亮度；用户对打印预览进行确认后，执行模块立即向控制器发送“立即打印指令”，完成激光打标图案的打印。
实施例3
所述数据采集模块用于在进行激光切割前获取切割数据，所述数据采集模块包括第一采集单元、第二采集单元以及第三采集单元；所述切割数据的具体获取过程包括以下步骤：
步骤G1：通过第二采集单元获取切割环境信息，切割环境信息的具体获取过程包括以下步骤：
步骤GG1：获取激光发射端到被切割物品的水平直线距离，并将激光发射端到被切割物品的水平直线距离标记为QL；
步骤GG2：获取激光发射端到被切割物品之间的光照强度，并将激光发射端到被切割物品之间的光照强度标记为QQ；
步骤GG3：将步骤GG1-GG2获取到的切割环境信息发送至数据处理模块；
步骤G2：通过第三采集单元获取激光器的基本参数信息，获取激光器的最大切割功率，并将激光器的最大切割功率标记为QWMAX。
所述数据处理模块用于对数据采集模块获取到的切割数据进行处理，具体处理过程包括以下步骤：
步骤Q1：将QL代入公式
获得功率调整系数WQD，其中QL0为***预设最大有效切割距离，β为***因数，且β≥0；
步骤Q2：当功率调整系数WQD≤1时，则向激光调节模块发送“切割调节指令”，否则发出“被切割物品未在有效切割范围内”的预警信息；
所述激光调节模块用于调节激光发射端的位置，当激光调节模块接收到“切割调节指令”后，根据数据处理模块获得的结果，对激光发射端的位置进行调节，将激光发射端的中心移动至切割线的一端作为切割起点，并向执行模块发送“切割指令”。
所述执行模块用于对被切割物品进行切割，当执行模块接收到“切割指令”后，通过预览模块在被切割物品的表面投射切割线，用户在预览模块进行确认后，执行模块向控制器发送“立即切割指令”，从而对被切割物品直接进行切割。
本发明的工作原理：在进行激光打标过程中，脉冲激光器与计算机终端相连接，通过模型导入模块向计算机终端内导入激光打标模型，并生成激光打标模型原文件，将激光打标模型原文件上传至存储模块；通过模型转化模块对激光打标模型原文件进行转化；然后通过数据采集模块获取打标数据，将获取到的打标数据发送至数据处理模块；数据处理模块将数据采集模块获取到的打标数据进行处理，当功率调整系数WD≤1时，则向激光调节模块发送“打印调节指令”；当激光调节模块接收到“打印调节指令”后，根据数据处理模块获得的结果，对激光发射端的位置进行调节，将激光发射端的中心移动至某一个单次打印圆点或多次打印圆点的圆心，完成激光发射端的位置调节，然后向执行模块发送“打印指令”；当执行模块接收到“打印指令”，用户选择直接打印后，则执行模块立即向控制器发送“立即打印指令”，从而完成激光打标图案的打印。
在进行激光切割过程中，脉冲激光器与计算机终端相连接，然后通过数据采集模块将获取到的切割数据发送至数据处理模块进行处理，当功率调整系数WQD≤1时，则向激光调节模块发送“切割调节指令”，否则发出“被切割物品未在有效切割范围内”的预警信息；当激光调节模块接收到“切割调节指令”后，根据数据处理模块获得的结果，对激光发射端的位置进行调节，将激光发射端的中心移动至切割线的一端作为切割起点，并向执行模块发送“切割指令”；当执行模块接收到“切割指令”后，通过预览模块在被切割物品的表面投射切割线，用户在预览模块进行确认后，执行模块向控制器发送“立即切割指令”，从而对被切割物品直接进行切割。
上述公式均是去量化取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况设定。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
Claims (5)
1.一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器，其特征在于，包括控制器、模型导入模块、模型转化模块、数据采集模块、数据处理模块、激光调节模块、预览模块、执行模块、存储模块；
脉冲激光器与计算机终端相连接，通过模型导入模块向计算机终端内导入激光打标模型，并生成激光打标模型原文件，将激光打标模型原文件上传至存储模块；
所述数据处理模块用于对数据采集模块获取到的切割数据和打标数据进行处理，并将处理结果发送至激光调节模块，包括以下步骤：
步骤S1：将点阵图中每个圆点的圆形进行标记，并将相邻圆点的圆心进行连接，进而获得激光打标参考路线；
步骤S2：将每个圆点直径与激光器环形光斑的直径范围进行匹配，并将圆点直径满足HLMIN≤Li≤HLMAX的圆点标记为单次打印圆点；当圆点直径满足Li＜HLMIN的圆点标记为可忽略打印圆点；当圆点直径满足Li＞HLMAX的圆点标记为多次打印圆点；
步骤S3：获取每个多次打印圆点的直径Li，则通过公式Li＝n×HLMAX+HLi将多次打印圆点分解成n个直径为HLMAX的圆点和一个直径为HLi的圆点，将n个直径为HLMAX的圆点和一个直径为HLi的圆点的圆心沿着激光打标参考路线，且位于多次打印圆点内进行排列，其中n≥1；
步骤S4：将SL代入公式
获得功率调整系数WD，其中SL0为***预设最大有效打印距离，α为***因数，且α≥0；
步骤S5：当功率调整系数WD≤1时，则向激光调节模块发送“打印调节指令”，否则发出“被打印面未在有效范围内”的预警信息；
所述模型转化模块用于对激光打标模型原文件进行转化，具体转化过程包括以下步骤：
步骤Z1：将激光打标模型原文件转化为图片文件，并进一步获取图片文件中的激光打标图案；
步骤Z2：扫描激光打标图案，将激光打标图案转化为点阵图，并将点阵图中的每个圆点进行标记，且点阵图中的每个圆点与相邻的圆点相切；
步骤Z3：将步骤Z2中点阵图发送至数据采集模块。
2.根据权利要求1所述的一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器，其特征在于，所述数据采集模块包括第一采集单元、第二采集单元以及第三采集单元；所述数据采集模块用于在进行激光打标前获取打标数据以及在进行激光切割前获取切割数据。
3.根据权利要求1所述的一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器，其特征在于，所述激光调节模块用于调节激光发射端的位置，当激光调节模块接收到“打印调节指令”后，根据数据处理模块获得的结果，对激光发射端的位置进行调节，将激光发射端的中心移动至某一个单次打印圆点或多次打印圆点的圆心，完成激光发射端的位置调节，然后向执行模块发送“打印指令”；当激光调节模块接收到“切割调节指令”后，根据数据处理模块获得的结果，对激光发射端的位置进行调节，将激光发射端的中心移动至切割线的一端作为切割起点，并向执行模块发送“切割指令”。
4.根据权利要求1所述的一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器，其特征在于，所述执行模块用于对激光打标图案进行打印，当执行模块接收到“打印指令”，当用户选择打印预览后，则预览模块向被打印面的表面投射打印区域，并根据激光发射端到被打印面之间的光照强度调节打印区域的亮度；用户对打印预览进行确认后，执行模块立即向控制器发送“立即打印指令”，完成激光打标图案的打印。
5.根据权利要求1所述的一种环形光斑输出可调节的脉冲激光器，其特征在于，所述执行模块用于对被切割物品进行切割，当执行模块接收到“切割指令”后，通过预览模块在被切割物品的表面投射切割线，用户在预览模块进行确认后，执行模块向控制器发送“立即切割指令”，从而对被切割物品直接进行切割。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050158107A1 (en) * | 2003-01-28 | 2005-07-21 | Olivier Acher | Peripheral which can be used to print and cut sheets of paper using a low-power laser source |
| US20140182933A1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Halliburton Energy Services, Inc. | Optical feedback to monitor and control laser rock removal |
| US20140339207A1 (en) * | 2011-09-16 | 2014-11-20 | Amada Company, Limited | Laser cutting method and apparatus |
| CN107030403A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-08-11 | 中南大学 | 金属或合金产品微孔加工*** |
-
2021
- 2021-11-26 CN CN202111423163.7A patent/CN114131204A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
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| 殷年伟;卢立波;陈锐;禹权;丁超;: "黑色PBT材料激光打标工艺研究及数学模型的建立", 塑料工业, no. 03, 20 March 2018 (2018-03-20) * |
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