一種用于皮革切割的激光器及其實(shí)現(xiàn)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種超短脈沖射頻C02激光器，尤其涉及激光器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在市面上用于皮革切割的氣體激光器，一般都是用二氧化碳射頻激光器，一般使用激光器平均功率在200?400?之間，調(diào)制頻率I?10KHz，占空比在O?40%，例如相干公司的Diamond J3功率在10?250w間為占空比O?60%，Rofin公司的SR 25i系列激光器功率在10?250w占空比為O?60%，能量要達(dá)到最大的激光平均功率就需要一個(gè)工作脈沖周期的60%。以上所述的激光器峰值功率在平均功率的兩倍左右，峰值功率不高，激光照射被切割物時(shí)材料氣化不明顯。激發(fā)占空比60%，激光照射時(shí)間長，對(duì)切縫邊緣的熱影響大，所以在切割皮革的時(shí)候會(huì)發(fā)生碳化現(xiàn)象，皮革的切割邊緣會(huì)發(fā)黃或者發(fā)黑，從而影響產(chǎn)品的外觀，主要原因就是激光器需要達(dá)到60%脈沖周期的時(shí)間才能達(dá)到平均功率，所以熱量就傳導(dǎo)到邊緣的皮革上使之被燒焦。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題本發(fā)明提供了一種用于切割皮革的射頻⑶2激光器，該激光器主要通過一個(gè)高峰值的射頻電源，使激光器能在很小的占空比就能達(dá)到最大功率值，能在很短的時(shí)間內(nèi)就把被加工物氣化，減少被切割材料熱傳導(dǎo)，使皮革切縫新鮮沒有明顯碳化焦黑。此種激光器的脈沖占空比最大25%，時(shí)間短了近2?4倍。
【附圖說明】
:
[0004]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)連接示意圖；
[0005]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)內(nèi)部模塊示意圖；
[0006]圖3為本發(fā)明的控制模塊內(nèi)部連接圖；
[0007]圖4為本發(fā)明的高峰值射頻模塊連接圖；
[0008]圖5為本發(fā)明的PffM與功率關(guān)系圖；
[0009]圖6為本發(fā)明的空氣微帶線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]具體工作原理說明
[0011]激光皮革切割加工主要的原理是通過聚焦激光光束到被加工的皮革上，激光聚焦點(diǎn)上的功率非常高，能把皮革瞬間氣化，而再配合機(jī)床的運(yùn)動(dòng)就能將皮革切成所需要的形狀，因?yàn)槎加糜谙M(fèi)品市場(chǎng)，所以切割工藝的要求切邊要平整，并不能有燒焦發(fā)黑，為了達(dá)到這個(gè)工藝要求，就需要激光能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大的脈沖峰值功率，才能達(dá)到所需要的功率氣化皮革。射頻激光器以脈沖調(diào)制的方式發(fā)射激光，一個(gè)脈沖周期內(nèi)激光平均功率的大小是高電平時(shí)激光功率與低電平時(shí)激光功率的平均值，激光器輸出平均功率一定的時(shí)候，占空比大的時(shí)候說明激光器的脈沖峰值功率相對(duì)較低，反之當(dāng)占空比小的時(shí)候說明激光器的脈沖峰值功率相對(duì)較高，本發(fā)明解決的就是在平均功率不變的情況下提高脈沖峰值功率，同時(shí)縮短占空比。通過調(diào)制占空比來確定激光平均功率的大小，當(dāng)占空比達(dá)到設(shè)定的最大值時(shí)就能達(dá)到所需的平均功率值，比如目前市場(chǎng)中的激光器均以占空比40%以上，也就是說激光器要達(dá)到平均功率就需要把占空比調(diào)到占空比40%以上。所述占空比40%意義是在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，那么激光器40%的時(shí)間出激光，剩下60%時(shí)間不出激光，因此如此長的時(shí)間熱量傳導(dǎo)到皮革切開內(nèi)，切口就有可能發(fā)黃燒焦，因此現(xiàn)在我們開發(fā)一款激光器同樣放電空間的射頻注入功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的射頻激光器，提高射頻電源功率的目的是提高激光器瞬間脈沖的峰值功率，才能使25%的占空比以內(nèi)就能達(dá)到射頻能量的注入飽和，也就是說一個(gè)脈沖周期內(nèi)用25%的時(shí)間就能實(shí)現(xiàn)激光器最高能量瞬間輸出，縮短了對(duì)被切割物的熱影響時(shí)間，降低被切割物切縫邊緣的燒焦和發(fā)黑的情況，這種占空比越短脈沖功率越高，對(duì)皮革切縫熱影響越小，對(duì)越厚的皮革需要的占空比越小，所需的脈沖功率就越高，對(duì)切縫質(zhì)量越有利。總之，針對(duì)皮革切割來說脈沖功率越高，時(shí)間越短越有利于切縫的質(zhì)量。比如輸出激光能量350瓦的激光器，放電等離子體積是61200立方毫米，射頻最大注入能量是6000瓦，占空比60%能輸出350瓦的激光，超過60 %的占空比激光輸出功率就飽和了，350除以60 %就是583瓦的激光脈沖峰值功率。而本發(fā)明同樣輸出激光能量350瓦的激光器，放電等離子體積是61200立方毫米，射頻最大注入能量是24000瓦，占空比15%能輸出350瓦的激光，超過15 %的占空比激光輸出功率就飽和了，350除以15 %就是2333瓦的激光脈沖峰值功率。可以看出增加射頻注入能量，脈沖峰值功率明顯提高，有利于被激光照射物表面瞬間氣化的速度，提高氣化效果降低碳化現(xiàn)象?？s短占空比是為了在一個(gè)工作脈沖周期內(nèi)減少熱傳導(dǎo)的時(shí)間，從而降低了邊緣因發(fā)熱所產(chǎn)生的發(fā)黃燒焦現(xiàn)象。
[0012]所述激光器主要由兩個(gè)部分組成，激光器I與射頻電源2，激光器I的作用是把輸入的射頻能量轉(zhuǎn)化為光能，射頻電源2的作用是把工頻電流，經(jīng)過頻率變換轉(zhuǎn)變成射頻電流以供給激光器，起到一個(gè)栗浦的作用，所述射頻電源有一個(gè)比較重要的參數(shù)就是脈沖功率是平均功率的三倍多，平均功率是指激光器達(dá)到飽和時(shí)的功率值，而峰值功率是指射頻電源2能輸出的最大功率值，如果峰值功率等于平均功率也就是說射頻電源2工作占空比為100 %時(shí)，激光器功率才能達(dá)到飽和，而如果峰值功率是三倍多就是說射頻電源2工作占空比為25%或更少的時(shí)候就能達(dá)到激光器功率的飽和值，因而能讓激光器在很短的周期內(nèi)產(chǎn)生很高的光峰值功率。而整個(gè)激光器系統(tǒng)也可以看成由控制模塊3，高峰值射頻模塊4，激光管I組成?？刂颇K3與高峰值射頻模塊4組成了射頻電源2，控制模塊3接收到外部控制pwii^t號(hào)，運(yùn)算后輸出PWM信號(hào)到高峰值射頻模塊4，所述高峰值射頻模塊4把信號(hào)放大后將射頻能量發(fā)送到激光管I。所述控制模塊3由3個(gè)模塊組成，輸入模塊6，單片機(jī)模塊7，PWM輸出模塊8，所述輸入模塊6起到了隔離外部電路與調(diào)理輸入信號(hào)的作用，防止外部輸入信號(hào)損壞單片機(jī)，單片機(jī)模塊7使用的是PIC單片機(jī)dspic30f 5013，此單片機(jī)內(nèi)部有輸入檢測(cè)模塊，可以檢測(cè)外部輸入的PWM的脈寬與頻率，經(jīng)過運(yùn)算后輸出到PWM輸出模塊，輸出的HVM信號(hào)為0-25%，PWM輸出模塊對(duì)單片機(jī)的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后輸出到高峰值射頻模塊，所述控制模塊的控制方法如下所述，單片機(jī)接收到外部的PWM后通過內(nèi)部的一個(gè)輸入捕捉模塊，捕捉到PWM的上升沿與下降沿時(shí)定時(shí)器的時(shí)間值，再通過上升沿與下降沿之間的時(shí)間計(jì)算出PWM的頻率與占空比，然后根據(jù)所計(jì)算出的值通過公式計(jì)算出功率所需的PWM的值，再經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部的輸出比較模塊輸出所需要的PWM值到所述PWM輸出模塊8，所述高峰值射頻模塊4為功率放大作用，為了達(dá)到短脈沖高功率，高峰值射頻模塊4峰值功率為平均功率的3倍或更多，可以讓電源在更快的時(shí)間內(nèi)達(dá)到平均功率值。同樣激光器諧振腔放電面積下，提高射頻電源