[发明专利]激光功率控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及一种激光功率控制方法及系统。

背景技术

激光加工由于具有非接触、工件无变形、切缝质量好、加工速度快、容易与数控技术结合等诸多特点，已广泛地应用于汽车、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。目前，工业应用中已开发出20多种激光加工技术，包括激光打标、激光雕刻、激光切割、激光焊接等。激光加工中，切缝的深度、宽度、粗糙度等与激光能量密度密切相关。

激光轨迹加工中，材料的加工质量与其单位面积接收的激光能量有关，即与激光能量密度有关。激光能量密度越大，切缝深度就越深、切缝宽度越宽、切缝越粗糙。激光能量密度与输出激光功率以及加工速度有关，如式(1)所示。

Pua=WA=PouttdFt+πd2/4=PoutdF+πd2/4t---(1)]]>

式中，P_ua为激光能量密度，W为输出激光能量，A为面积，P_out为输出激光功率，F为加工速度(加工轨迹的速度)，d为光斑直径，t为加工时间。由于d很小(一般0.2-0.5mm)，所以πd²/4t为高阶无穷小量，对计算P_ua影响微弱，故予以省略，从而可得(2)式。

Pua=PoutdF---(2)]]>

由于光斑直径d随激光功率变化微弱，为了保证一致的激光能量密度P_ua，必须根据加工速度F调节输出激光功率P_out的大小。激光器的输出激光功率P_out是可控的，如式(3)所示。

P_out＝g(u)       (3)

式中，u表示控制信号。控制信号u控制激光器发出所需功率的激光。通过调节控制信号u，可以控制输出激光功率P_out，但控制信号u与输出激光功率P_out之间的函数关系g决取于具体的激光器和加工环境。

综合式(2)与式(3)可得，

u＝g^-1(dFP_ua)    (4)

式(4)说明激光功率控制的基本原理为，根据加工速度F变化调节控制信号u，从而保证一致的激光能量密度P_ua，获得均匀一致的切割质量。但是由于输出激光功率P_out除受控制信号u控制外，还受温度等多种因素影响，波动较大，而这种开环控制策略无法补偿输出激光功率P_out的波动，因而影响了控制精度。