激光能量控制方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種激光能量控制方法，包括以下步驟：向激光器輸出第一脈沖信號，使所述激光器處于預熱狀態(tài)；在經過延遲時間t后，向所述激光器輸出第二脈沖信號，所述激光器開始發(fā)光；在經過發(fā)光時間t2后，停止向所述激光器輸出第二脈沖信號，使所述激光器處于預熱狀態(tài)；在經過預熱時間t1后，停止向所述激光器輸出第一脈沖信號；其中，t1＝2t+t2；因此，在加工材料的過程中，只有在第一脈沖信號與第二脈沖信號同時作用時，激光器發(fā)光，且激光器此時的功率最高。而在只有第一脈沖信號時，激光器只處于預熱狀態(tài)，不會對加工材料造成影響。從而能夠避免因功率不高影響加工效率，并造成加工材料加工邊緣燒焦炭化的現象。此外還提供一種激光能量控制系統(tǒng)。
【專利說明】激光能量控制方法和系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光能量控制，特別是涉及一種高效、高功率的激光能量控制方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在目前的激光能量控制中，一般的控制方法是調制脈沖輸出時激光器開始發(fā)光，調制脈沖結束時激光器停止發(fā)光。整個激光器發(fā)光周期內的激光功率很低，需要重復在一個位置加工，導致加工材料加工邊緣燒焦炭化，滿足不了不斷進步的加工工藝要求。如附圖1所示，發(fā)光周期中包含高斯光能量上升速度緩慢的開始階段和能量下降緩慢的停止階段，這兩個階段在整個激光器發(fā)光周期內所占的時間比例相當大，造成了激光功率低下，嚴重影響加工效率，造成加工材料加工邊緣燒焦炭化。

【發(fā)明內容】

[0003]基于此，有必要提供一種聞效、聞功率的激光能量控制方法。
[0004]一種激光能量控制方法，包括以下步驟:
[0005]向激光器輸出第一脈沖信號，使所述激光器處于預熱狀態(tài)；
[0006]在經過延遲時間t后，向所述激光器輸出第二脈沖信號，所述激光器開始發(fā)光；
[0007]在經過發(fā)光時間&后，停止向所述激光器輸出第二脈沖信號，使所述激光器處于預熱狀態(tài)；
[0008]在經過預熱時間&后，停止向所述激光器輸出第一脈沖信號；其中，t1 = 2t+t2 ;所述第一脈沖信號與所述第二脈沖信號的頻率f、周期T相同，預熱狀態(tài)為所述激光器積聚能量的狀態(tài)。
[0009]在其中一個實施例中，所述第一脈沖信號的占空比δ I = tyTMOOl
[0010]在其中一個實施例中，所述第二脈沖信號的占空比δ2 = t2/T*100%。
[0011]在其中一個實施例中，所述第一脈沖信號相對所述第二脈沖信號上升沿和下降沿的延遲時間均為t。
[0012]在其中一個實施例中，所述激光器在同時接收到第一脈沖信號與第二脈沖信號時發(fā)光。
[0013]上述激光能量控制方法通過第一脈沖信號對激光器進行預熱，使激光器積聚能量。然后再對激光器輸出第二脈沖信號，使得激光器的能量積聚達到“雪崩”效應，即激光器開始發(fā)光。而在停止輸出第二脈沖信號時，激光器的能量減弱，停止發(fā)光。因此，在加工材料的過程中，只有在第一脈沖信號與第二脈沖信號同時作用時，激光器發(fā)光，且激光器此時的功率最高，能在印刷電路板基材上形成“爆炸”式的材料氣化加工效果。而在只有第一脈沖信號時，激光器只處于預熱狀態(tài)，不會對加工材料造成影響。從而能夠避免因功率不高影響加工效率，并造成加工材料加工邊緣燒焦炭化的現象。
[0014]此外還提供一種聞效、聞功率的激光能量控制系統(tǒng)。[0015]一種激光能量控制系統(tǒng)，包括工控機單元、激光控制單元及激光器單元；所述激光控制單元分別連接所述工控機單元及所述激光器單元；所述激光控制單元用于向所述激光器單元輸出第一脈沖信號，使所述激光器單元處于預熱狀態(tài)；所述工控機單元用于在經過延遲時間t后，向所述激光控制單元發(fā)出控制指令，使所述激光控制單元向所述激光器單元在持續(xù)t2時間內輸出第二脈沖信號，所述激光器單元發(fā)光；所述工控機單元還用于在經過預熱時間h后，向所述激光控制單元發(fā)出控制指令，使所述激光控制單元停止向所述激光器單元輸出第一脈沖信號；其中，h = 2t+t2 ;所述第一脈沖信號與所述第二脈沖信號的頻率f、周期T相同，預熱狀態(tài)為所述激光器積聚能量的狀態(tài)。
[0016]在其中一個實施例中，所述第一脈沖信號的占空比δ I = h/I^lOO^。
[0017]在其中一個實施例中，所述第二脈沖信號的占空比δ2 = t2/T*100%。
[0018]在其中一個實施例中，所述第一脈沖信號相對所述第二脈沖信號上升沿和下降沿的延遲時間均為t。
[0019]在其中一個實施例中，所述激光器在同時接收到第一脈沖信號與第二脈沖信號時發(fā)光。 [0020]上述激光能量控制系統(tǒng)通過第一脈沖信號對激光器單元進行預熱，使激光器單元積聚能量。然后再對激光器單元輸出第二脈沖信號，使得激光器單元的能量積聚達到“雪崩”效應，即激光器單元開始發(fā)光。而在停止輸出第二脈沖信號時，激光器單元的能量減弱，停止發(fā)光。因此，在加工材料的過程中，只有在第一脈沖信號與第二脈沖信號同時作用時，激光器單元發(fā)光，且激光器單元此時的功率最高，能在印刷電路板基材上形成“爆炸”式的材料氣化加工效果。而在只有第一脈沖信號時，激光器單元只處于預熱狀態(tài)，不會對加工材料造成影響。從而能夠避免因功率不高影響加工效率，并造成加工材料加工邊緣燒焦炭化的現象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為傳統(tǒng)激光能量控制方法的脈沖周期圖；
[0022]圖2為一實施例的激光能量控制方法的流程圖；
[0023]圖3為激光能量控制方法的脈沖周期圖；
[0024]圖4為激光能量控制系統(tǒng)的模塊圖。
【具體實施方式】
[0025]如圖2所示，為激光能量控制方法的流程圖。
[0026]一種激光能量控制方法，包括以下步驟:
[0027]步驟S110，向激光器輸出第一脈沖信號，使所述激光器處于預熱狀態(tài)。
[0028]第一脈沖信號的占空比δ I = L/I^lOO^。
[0029]步驟S120，在經過延遲時間t后，向所述激光器輸出第二脈沖信號，所述激光器開始發(fā)光。
[0030]第二脈沖信號的占空比δ2 = t2/T*100%。
[0031]步驟S130，在經過發(fā)光時間&后，停止向所述激光器輸出第二脈沖信號，使所述激光器處于預熱狀態(tài)。[0032]步驟S140，在經過預熱時間&后，停止向所述激光器輸出第一脈沖信號；其中，&=2t+t2 ;所述第一脈沖信號與所述第二脈沖信號的頻率f、周期T相同，預熱狀態(tài)為所述激光器積聚能量的狀態(tài)。
[0033]在本實施例中，激光器發(fā)出紅外激光光束。
[0034]延遲時間t可以隨兩路脈沖調制信號周期不同而變化，延遲時間t與兩路脈沖調制信號的關系是固定的。
[0035]第一脈沖信號相對所述第二脈沖信號上升沿和下降沿的延遲時間均為t。
[0036]激光器在同時接收到第一脈沖信號與第二脈沖信號時發(fā)光。
[0037]現有的激光器發(fā)光方式為:在激光器是以CO2氣體為媒介的射頻激光器中，CO2氣體屬于惰性化學物質，化學性質穩(wěn)定，收到外部高頻激勵時，開始活躍，產生“雪崩”式的能量釋放，發(fā)出激光，發(fā)光持續(xù)時間為tn。當高頻激勵結束時停止發(fā)光，整個發(fā)光周期內的紅外激光光束功率為Pi。
[0038]而在本實施例中，激光器接收到外部輸入信號第一脈沖信號Laser-1時(第一脈沖信號Laser-1由低電平O翻轉為高電平I)并不立即發(fā)光，而是處于“預熱”狀態(tài)，即一種假發(fā)光狀態(tài)。此時激光腔內能量不斷累積，只有當激勵達到一定程度，內部能量積聚到可以產生質變式的“雪崩”效應，也即當收到外部輸入信號第二脈沖信號Laser-2時(第二脈沖信號Laser-2由低電平O翻轉為高電平I)開始發(fā)光。整個能量積聚消耗的時間為t，發(fā)光持續(xù)時間為h。外部輸入信號第二脈沖信號Laser-2結束時(第二脈沖信號Laser-2由低電平I翻轉為高電平O)停止發(fā)光。進入假發(fā)光狀態(tài)，直到外部輸入信號第一脈沖信號Laser-1結束時(第一脈沖信號Laser-1由低電平I翻轉為高電平O)，一個發(fā)光周期完成。紅外激光光束功率為P2。兩種不同控制方法得到的紅外激光光束功率關系為P2AP1 (兩種不同控制方法出光時第一脈沖信號Laser-1的周期T相同，占空比δ相同)。因而，能夠提高激光的加工功率，避免了因加工功率強度不夠而造成加工材料的加工邊緣燒焦炭化，從而實現激光能量的控制。
[0039]其中，S為高斯光束面積，激光加工功率的計算公式如下:P = S/t。
[0040]上述激光能量控制方法通過第一脈沖信號對激光器進行預熱，使激光器積聚能量。然后再對激光器輸出第二脈沖信號，使得激光器的能量積聚達到“雪崩”效應，即激光器開始發(fā)光。而在停止輸出第二脈沖信號時，激光器的能量減弱，停止發(fā)光。因此，在加工材料的過程中，只有在第一脈沖信號與第二脈沖信號同時作用時，激光器發(fā)光，且激光器此時的功率最高，能在印刷電路板基材上形成“爆炸”式的材料氣化加工效果。而在只有第一脈沖信號時，激光器只處于預熱狀態(tài)，不會對加工材料造成影響。從而能夠避免因功率不高影響加工效率，并造成加工材料加工邊緣燒焦炭化的現象。
[0041]如圖4所示，為激光能量控制系統(tǒng)的模塊圖。
[0042]一種激光能量控制系統(tǒng)，包括工控機單元210、激光控制單元212及激光器單元214 ;所述激光控制單元212分別連接所述工控機單元210及所述激光器單元214 ;所述激光控制單元212用于向激光器單元214輸出第一脈沖信號，使所述激光器單元214處于預熱狀態(tài)；所述工控機單元210用于在經過延遲時間t后，向所述激光控制單元212發(fā)出控制指令，使所述激光控制單元212向所述激光器單元214在持續(xù)t2時間內輸出第二脈沖信號，所述激光器單元214發(fā)光；所述工控機單元210還用于在經過預熱時間后，向所述激光控制單元212發(fā)出控制指令，使所述激光控制單元212停止向所述激光器單元214輸出第一脈沖信號；其中，h = 2t+t2 ;所述第一脈沖信號與所述第二脈沖信號的頻率f、周期T相同，預熱狀態(tài)為所述激光器積聚能量的狀態(tài)。
[0043]激光能量控制系統(tǒng)還包括直流電源單元216，直流電源單元216同時連接激光控制單元212與激光器單元214，用于為激光控制單元212與激光器單元214供電。
[0044]在本實施方式中，直流電源單元216供給激光器單元214的是電源為48V的直流。供給激光控制單元212的是電壓為5V的直流電源。在其它實施方式中，供給激光控制單元212可以是電壓為10V、12V或24V等直流電源。
[0045]第一脈沖信號的占空比δ I = L/I^lOO^。
[0046]第二脈沖信號的占空比δ2 = t2/T*100%。
[0047]第一脈沖信號相對所述第二脈沖信號上升沿和下降沿的延遲時間均為t。
[0048]激光器單元214在同時接收到第一脈沖信號與第二脈沖信號時發(fā)光。
[0049]基于上述實施例，激光能量控制系統(tǒng)的工作原理如下:
[0050]工控機單元210執(zhí)行算法程序命令，激光控制單元212執(zhí)行發(fā)光指令，激光控制單元212收到發(fā)光命令后向激光器單元214先后發(fā)出兩路脈沖調制信號(第一脈沖信號Laser-1和第二脈沖信號Laser-2)。激光器單元214接收到外部輸入信號第一脈沖信號Laser-1時(第一脈沖信號Laser-1由低電平O翻轉為高電平I)并不立即發(fā)光,而是處于“預熱”狀態(tài)，一種假發(fā)光狀態(tài)。此時激光腔內能量不斷累積，只有當激勵達到一定程度，內部能量積聚到可以產生質變式的“雪崩”效應。也即當收到外部輸入信號第二脈沖信號Laser-2時(第二脈沖Laser-2由低電平O翻轉為高電平I)開始發(fā)光。整個能量積聚消耗的時間為t，發(fā)光持續(xù)時間為t2，外部輸入信號第二脈沖信號Laser-2結束時(第二脈沖信號Laser-2由低電平I翻轉為高電平O)停止發(fā)光,進入假發(fā)光狀態(tài)。直到外部輸入信號第一脈沖信號Laser-1結束時(第一脈沖信號Laser-1由低電平I翻轉為高電平O)，一個發(fā)光周期完成。
[0051]綜上所述，激光能量控制系統(tǒng)實現了激光器單元214接收到外部輸入脈沖調制信號Laser-1時，激光腔內能量不足以產生質變式的“雪崩”效應，激光器單元214處于“預熱”狀態(tài)，不發(fā)光；當經過延遲時間t，激光器單元214接收到外部輸入脈沖調制信號Laser-2時，激光腔內能量積聚到能夠產生質變式“雪崩”，開始發(fā)光。從而實現了脈沖調制信號對激光光束能量的控制，同時也提高了激光光束的功率大小，提升了加工效率，有效的避免了加工材料加工邊緣燒焦炭化。
[0052]上述激光能量控制系統(tǒng)通過第一脈沖信號對激光器單元進行預熱，使激光器單元積聚能量。然后再對激光器單元輸出第二脈沖信號，使得激光器單元的能量積聚達到“雪崩”效應，即激光器單元開始發(fā)光。而在停止輸出第二脈沖信號時，激光器單元的能量減弱，停止發(fā)光。因此，在加工材料的過程中，只有在第一脈沖信號與第二脈沖信號同時作用時，激光器單元發(fā)光，且激光器單元此時的功率最高，能在印刷電路板基材上形成“爆炸”式的材料氣化加 工效果。而在只有第一脈沖信號時，激光器單元只處于預熱狀態(tài)，不會對加工材料造成影響。從而能夠避免因功率不高影響加工效率，并造成加工材料加工邊緣燒焦炭化的現象。
[0053]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種激光能量控制方法，包括以下步驟: 向激光器輸出第一脈沖信號，使所述激光器處于預熱狀態(tài)； 在經過延遲時間t后，向所述激光器輸出第二脈沖信號，所述激光器開始發(fā)光； 在經過發(fā)光時間t2后，停止向所述激光器輸出第二脈沖信號，使所述激光器處于預熱狀態(tài)； 在經過預熱時間&后，停止向所述激光器輸出第一脈沖信號；其中，t1 = 2t+t2 ;所述第一脈沖信號與所述第二脈沖信號的頻率f、周期T相同，預熱狀態(tài)為所述激光器積聚能量的狀態(tài)。
2.根據權利要求1所述的激光能量控制方法，其特征在于，所述第一脈沖信號的占空KS1 = 1^/1^100%。
3.根據權利要求1所述的激光能量控制方法，其特征在于，所述第二脈沖信號的占空比 δ 2 = Ι^/ΤΦΙΟΟ1^。
4.根據權利要求1所述的激光能量控制方法，其特征在于，所述第一脈沖信號相對所述第二脈沖信號上升沿和下降沿的延遲時間均為t。
5.根據權利要求1所述的激光能量控制方法，其特征在于，所述激光器在同時接收到第一脈沖信號與第二脈沖信號時發(fā)光。
6.一種激光能 量控制系統(tǒng)，其特征在于，包括工控機單元、激光控制單元及激光器單元；所述激光控制單元分別連接所述工控機單元及所述激光器單元；所述激光控制單元用于向所述激光器單元輸出第一脈沖信號，使所述激光器單元處于預熱狀態(tài)；所述工控機單元用于在經過延遲時間t后，向所述激光控制單元發(fā)出控制指令，使所述激光控制單元向所述激光器單元在持續(xù)t2時間內輸出第二脈沖信號，所述激光器單元發(fā)光；所述工控機單元還用于在經過預熱時間后，向所述激光控制單元發(fā)出控制指令，使所述激光控制單元停止向所述激光器單元輸出第一脈沖信號；其中，^ = 2t+t2 ;所述第一脈沖信號與所述第二脈沖信號的頻率f、周期T相同，預熱狀態(tài)為所述激光器積聚能量的狀態(tài)。
7.根據權利要求6所述的激光能量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一脈沖信號的占空KS1 = 1^/1^100%。
8.根據權利要求6所述的激光能量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二脈沖信號的占空比 δ 2 = Ι^/ΤΦΙΟΟ1^。
9.根據權利要求6所述的激光能量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一脈沖信號相對所述第二脈沖信號上升沿和下降沿的延遲時間均為t。
10.根據權利要求6所述的激光能量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器在同時接收到第一脈沖信號與第二脈沖信號時發(fā)光。
【文檔編號】H01S3/10GK104009385SQ201410245615
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權日:2014年6月4日
【發(fā)明者】方志鑫, 吳建平, 吳超森, 李強, 翟學濤, 楊朝輝, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳市大族數控科技有限公司