激光设备的校准方法及系统与流程

1.本发明实施例涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光设备的校准方法及系统。


背景技术：

2.目前激光焊接已经广泛应用，可以对工件任意部位、角度进行激光焊接加工。连续型激光焊接模式，焊缝过渡平滑，无鱼鳞纹，焊缝牢固；焊接热影响区小，焊缝两侧发黄发黑区域小，工件整体变形量小；焊缝表面堆高小，无需进行二次打磨处理，减少人工和时间成本。手持式激光焊接机在薄不锈钢板、铁板、镀锌板等金属材料方面焊接，可完美取代传统氩弧焊、电焊等工艺。
3.手持式激光焊接机由激光器（带有手持式激光焊接机主控制板）及手持式焊接头组成。激光从激光器的光纤发出，通过qcs转接头传输给手持式焊接头。手持式焊接头里面设置振镜电机及振镜，通过振镜电机带动振镜摆动，振镜反射激光。主控制板控制振镜电机带动振镜摆动不同的幅度，就可以让激光偏转不同的角度，从而产生不同宽度的焊缝。由于电机个体的差异和电机驱动板的电子器件性能差异，主控制板给同样的控制信号，振镜的摆动幅度会有差异，导致激光打偏烧到焊接头内壁或者达不到需要的焊接效果，所以需要对振镜摆动幅度进行校准。此外，由于激光器控制板电子器件性能及激光泵和光路的差异影响，主控制板给同样的控制信号，输出的激光功率也会产生偏差，所以需要对激光器的输出功率进行校准。


技术实现要素：

4.本发明实施例旨在提供一种激光设备的校准方法及系统。
5.本发明实施例解决其技术问题采用以下技术方案：
6.一种激光设备的校准方法，包括以下步骤：
7.s01、设定激光设备待校准参数的理论值，控制该激光设备以该理论值输出第一激光；
8.s02、获取所述第一激光的实测数据作为实际值，比对所述理论值与实际值计算补偿误差值；
9.s03、将该误差补偿值写入激光设备，并控制激光设备输出对所述理论值进行误差补偿后的第二激光；
10.s04、获取所述第二激光的实测数据作为校准值，比对所述校准值与所述理论值计算两者偏差；
11.s05、若所述偏差在设计范围内，则完成校准，若超出设计范围则返回步骤s02。
12.作为优选方案，步骤s01中，所述待校准参数包括功率和/或摆幅。
13.作为优选方案，步骤s01中，设定至少一组所述待校准参数。
14.作为优选方案，所述待校准参数包括摆幅时，设定一组最大摆幅参数进行校准。
15.作为优选方案，所述待校准参数包括功率和摆幅两种参数时，先设定其中一种参数进行校准，然后再设定另一种参数进行校准；或者，同时设定两种参数进行校准。
16.本发明还提供了一种实现上述校准方法的校准系统，包括与所述激光设备通讯连接的上位机及与所述上位机电连接的至少一个测量装置；所述上位机将处理的数据发送给所述激光设备，所述激光设备接收所述数据，并按照所述数据输出激光，所述测量装置测量所述激光的参数，并将测量的数据发送给所述上位机处理。
17.作为优选方案，所述测量装置包括用于测量所述激光的摆幅及一部分功率的位置传感功率计和用于测量所述激光另一部分功率的激光功率计。
18.作为优选方案，所述上位机为电脑、单片机或plc控制器。
19.本发明的有益效果是：本发明实施例提供的校准方法，可以简便快捷的实现对激光设备的输出功率和/或摆幅的参数校准，方法步骤简单易实现，并且校准的准确率较高。可单独对激光设备的输出功率或摆幅进行校准，也可同时对激光设备的输出功率及摆幅进行校准。
21.【附图说明】
22.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
23.图1为本发明一实施例的激光设备的校准方法的流程示意图。
24.图2为实现图1所述方法的校准系统的结构示意图。
25.图3为实现图1所述方法的激光设备的校准装置。
26.【具体实施方式】
27.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”/“固接于”/“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。
28.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
30.如图1所示，本发明实施例提供了一种激光设备的校准方法，包括以下步骤：
31.s01、设定待校准激光设备输出激光的理论值，控制该激光设备以该理论值输出第一激光；
32.s02、获取第一激光的实测数据作为实际值，比对理论值与实际值计算补偿误差值；
33.s03、将该误差补偿值写入激光设备，并控制激光设备输出对所述理论值进行误差
补偿后的第二激光；
34.s04、获取第二激光的实测数据作为校准值，并将该校准值与理论值进行比对；
35.s05、若偏差在容许范围，则完成校准；若偏差超出容许范围，则返回步骤s02。
36.本发明实施例提供的校准方法，可以简便快捷的实现对激光设备的输出功率和/或摆幅的参数校准，方法步骤简单易实现，并且校准的准确率较高。可单独对激光设备的输出功率或摆幅进行校准，也可同时对激光设备的输出功率及摆幅进行校准。
37.若只是对激光设备输出功率或摆幅进行校准，步骤s01中在设定激光设备的待校准参数时，设定对应的输出功率值或摆幅值即可。若激光设备的输出功率及摆幅都需要校准时，步骤s01中在设定激光设备的待校准参数时，可以先设定输出功率值，执行该方法，对激光设备的输出功率进行校准；然后再设定摆幅值，执行该方法，再对激光设备的摆幅进行校准。也可在步骤s01中，同时设定输出功率值及摆幅值，执行该方法，对激光设备的输出功率及摆幅进行同时校准。因此，本发明实施例提供的校准方法，步骤s01设定的待校准参数包括功率和/或摆幅。
38.为了提高本方法的校准精度，在步骤s01中，待校准参数可以设置多组，通过多次循环校准不同参数下的功率和/或摆幅，不断的优化步骤s02中的补偿误差值，使得误差补偿更加准确，有利于提高本方法的校准精度。
39.在进行摆幅校准时，为了避免最大摆幅的偏差过大导致激光打偏烧到加工头的内壁，需要在步骤s01的待校准参数中设定一组最大摆幅参数进行校准。
40.如图2所示，本发明实施例公开的激光设备的校准方法可以通过以下系统来实现：一种激光设备的校准系统，包括与该激光设备的主控制板02通讯连接的上位机01及与该上位机01电连接的至少一个测量装置。
41.上述实施例中的校准方法通过写入上位机01内的控制程序来执行，上位机01主要用于设定待校准参数及对接收的数据进行处理，并发送处理后的数据给激光加工设备的主控制板02，上位机01可以是电脑、单片机或plc控制器。
42.校准方法的步骤s01中，在进行校准参数设定时，在上位机01中输入的校准参数为理论的输出功率值和/或摆幅值，上位机01将这些设定的校准参数转化为对应的dac理论值，然后将dac理论值以数据通讯的方式传输给激光设备的主控制板02，主控制板02接收到理论值数据后，发出第一控制指令给对应的执行单元03，执行单元03按照第一控制指令驱动对应的执行元件（例如激光器和/或振镜电机）工作，使激光设备根据第一控制指令输出第一激光。测量装置对第一激光的相关参数进行测量，并将测量到的第一数据以数据通讯的方式传输给上位机01，上位机01将接收到的第一数据作为实际值进行记录。
43.其中，测量装置为位置传感功率计5和/或激光功率计4，位置传感功率计5主要用于测试激光设备输出激光的摆幅，激光功率计4主要用于测试激光设备的输出激光的输出功率。
44.上位机01将接收到的实际值与之前理论值比对计算出误差补偿值，并将误差补偿值以数据通讯的方式传输给激光设备的主控制板02，主控制板02对补偿误差值进行存储，并发出第二控制指令给对应的驱动板，驱动板按照第二控制指令驱动对应的执行元件工作，使激光设备根据第二控制指令输出对理论值进行误差补偿后的第二激光。
45.激光设备输出的第二激光的相关参数经过位置传感功率计5及激光功率计4实测
后，分别将读取到的第二数据以数据通讯的方式传输给上位机01，上位机01将接收到的第二数据作为校准值进行记录。
46.上位机01再将校准值与之前设定的理论值进行比对，若偏差在容许范围则完成校准，若偏差超出容许范围，则上位机01重新计算误差补偿值，并将误差补偿值以数据通讯的方式传输给激光设备的主控制板02，直至校准值与之前设定的理论值的偏差在容许范围内为止。
47.如图3所示，本发明实施例公开的校准方法可以通过以下校准装置实现：一种激光设备的校准装置，包括上位机、柜体1及安装在柜体1上的第一夹具2、分光镜3、激光功率计4及位置传感功率计5，其中分光镜3位于第一夹具2的正前方，位置传感功率计5位于分光镜3的正前方，激光功率计4位于分光镜3的正下方，位置传感功率计5及激光功率计4均与上位机电连接。
48.其中，第一夹具2主要用于快速安装固定待测激光设备的加工头，并对加工头进行定位，加工头例如可以是手持焊枪、清洗枪等，本实施例中主要以手持焊枪进行举例说明，但是并不排除与手持焊枪的功能及用途相类似的其他加工头，也可使用本装置进行校准。
49.本发明实施例的校准装置通过将第一夹具2、分光镜3、激光功率计4及位置传感功率计5通过一定的位置关系安装在柜体1上，并使激光功率计4及位置传感功率计5与上位机电连接，搭建了一个通过位置传感功率计5及激光功率计4来测试获取激光设备输出激光的相关参数（输出功率和/或摆幅）的平台，以给上位机的控制程序对激光设备参数校准提供实测数据支撑。
50.柜体1的中部设有水平设置的安装板6，第一夹具2、分光镜3及位置传感功率计5均间隔的安装在该安装板6上，其中，安装板6上设置有第一调节装置61，位置传感功率计5设置在该第一调节装置61上，通过该第一调节装置61可以改变位置传感功率计5与分光镜3之间的距离，以适应不同条件下的校准需求。
51.具体的，位置传感功率计5通过第一支架62与第一调节装置61实现安装连接，第一调节装置61为间隔分布在安装板6上的至少一排安装孔，第一支架62的底座通过第一紧固件与安装孔紧固连接。第一夹具2及分光镜3通过第二支架63连接在安装板6上，安装板6上位于分光镜3的正下方的位置设有通孔64，激光功率计4的检测口位于通孔64的正下方，从加工头输出的激光经过分光镜3分成两股，其中一股激光水平射向位置传感功率计5，另一股激光向下穿过通孔64射向激光功率计4。
52.其中，第二支架63包括立柱631和支撑板632，立柱631分别设在支撑板632相对的两个侧边上，支撑板632通过立柱631安装在安装板6上，使支撑板632处于悬空，第一夹具2及分光镜3均安装在支撑板632上，分光镜3位于第一夹具2的正前方，支撑板632上设有第二调节装置，第一夹具2通过第二调节装置与支撑板632连接，通过第二调节装置可以调节第一夹具2在支撑板632上的位置，加工头装配到第一夹具2上时，可以通过微调第一夹具2的位置来调节加工头与分光镜和/或位置传感功率计的相对位置，以适应不同条件下的校准需求。
53.第二调节装置为设置在支撑板上的长条状滑槽，第一夹具2的底部通过第二紧固件与该滑槽实现紧固连接，松开紧固件后，推动第一夹具2，可使第一夹具2沿着滑槽移动，以此来微调第一夹具2的位置。
54.激光功率计4通过第二夹具7安装在柜体1的底部，第二夹具7包括两个相对设置的夹头，激光功率计4夹紧在两个夹头之间，以此实现激光功率计4的定位安装。
55.以下为具体的实施例：
56.实施例1
57.结合图2及图3所示，本实施例主要以校准激光设备的输出功率进行展开说明，激光设备的加工头安装在校准装置的第一夹具2上，分别将位置传感功率计5及激光功率计4通过有线或无线方式与上位机01实现通讯连接，激光设备的主控制板02也通过有线或无线方式与上位机01实现通讯连接。上位机01内编写有控制程序，上位机01通过运行该控制程序来发出控制指令及接收和处理相应的反馈数据。
58.在对激光设备进行功率校准时，启动上位机01，进入控制程序操作界面，首先对位置传感功率计5及激光功率计4进行初始化，以对位置传感功率计5及激光功率计4进行调零。在上位机01的控制程序操作界面设定好激光设备需要输出功率的理论值，控制程序通过运算将输出功率的理论值推算成对应的dac理论值，上位机01将dac理论值传输给激光设备的主控制板02，激光设备的主控制板02根据接收到的dac理论值，发送第一控制指令给激光器，控制激光器输出与dac理论值相对应的第一激光，第一激光从加工头射出经分光镜3分成两股，其中一股水平射出到达位置传感功率计5，另一股垂直向下射出到达激光功率计4。位置传感功率计5及激光功率计4分别读取对应的功率值，作为功率的实测数据的实测值，并将实测值反馈给上位机01。
59.上位机01的控制程序将反馈的实测值与理论值进行比对计算出补偿误差值，再将该补偿误差值推算成dac补偿误差值，并将dac补偿误差值发送给激光设备的主控制板02，主控制板02对该dac补偿误差值进行存储，并发送第二控制指令给激光器，控制激光器输出对dac理论值进行dac误差补偿校准后的第二激光，第二激光从加工头射出经分光镜3分成两股，其中一股水平射出到达位置传感功率计5，另一股垂直向下射出到达激光功率计4。位置传感功率计5及激光功率计4分别读取对应的功率值，作为功率实测数据的校准值，并将校准值反馈给上位机01。上位机01的控制程序将反馈的校准值与理论值进行比对，若偏差在容许范围内，则校准完成，若偏差超出设定范围，则需要按照上述的方式重复多次的计算dac补偿误差值，直到校准值与理论值的偏差在设定范围内为止。
60.实施例2
61.结合图2及图3所示，本实施例主要以校准激光设备的摆幅来展开说明，本实施例中激光功率计可以不工作，激光设备的加工头安装在校准装置的第一夹具2上，分别将位置传感功率计5及激光功率计4通过有线或无线方式实现通讯连接，激光设备也通过有线或无线方式与上位机01实现通讯连接。上位机01内编写有校准控制程序，上位机01通过运行该控制程序来发出控制指令及接收和处理相应的反馈数据。
62.在对激光设备进行摆幅校准时，启动上位机01，进入校准控制程序操作界面，首先对位置传感功率计5及激光功率计4进行初始化，以对位置传感功率计5及激光功率计4进行调零。在控制程序操作界面设定好激光设备需要输出摆幅的理论值，控制程序通过运算将输出功率的理论值推算成对应的dac理论值，上位机01将dac理论值传输给激光设备的主控制板02，激光设备的主控制板02根据接收到的dac理论值，发送第一控制指令给激光器，控制激光器输出与dac理论值相对应的第一激光，第一激光从加工头射出经分光镜3分成两
股，其中一股水平射出到达位置传感功率计5，另一股垂直向下射出到达激光功率计4。位置传感功率计5对应的测量从加工输出的激光的实际摆幅，作为摆幅的实测数据的实测值，并将实测值反馈给上位机01。
63.上位机01的控制程序将反馈的实测值与理论值进行比对计算出补偿误差值，再将该补偿误差值推算成dac补偿误差值，并将dac补偿误差值发送给激光设备的主控制板02，主控制板02对该dac补偿误差值进行存储，并发送第二控制指令激光器，控制激光器输出对dac理论值进行dac误差补偿校准后的第二激光，第二激光从加工头射出经分光镜3分成两股，其中一股水平射出到达位置传感功率计5，另一股垂直向下射出到达激光功率计4。位置传感功率计5读取对应的摆幅值，作为摆幅的实测数据的校准值，并将校准值反馈给上位机01。上位机01的控制程序将反馈的校准值与理论值进行比对，若偏差在设定范围内，则校准完成，若偏差超出设定范围，则需要按照上述的方式重复多次的计算dac补偿误差值，直到校准值与理论值的偏差在设定范围内为止。
64.实施例3
65.结合图2及图3所示，本实施例主要以同时校准激光设备的功率及摆幅来展开说明，激光设备的加工头安装在校准装置的第一夹具3上，分别将位置传感功率计5及激光功率计4通过有线或无线方式实现通讯连接，激光设备也通过有线或无线方式与上位机01实现通讯连接。上位机01内编写有校准控制程序，上位机01通过运行该控制程序来发出控制指令及接收和处理相应的反馈数据。
66.在对激光设备进行摆幅校准时，启动上位机01，进入校准控制程序操作界面，首先对位置传感功率计5及激光功率计4进行初始化，以对位置传感功率计5及激光功率计4进行调零。在控制程序操作界面设定好激光设备需要输出摆幅的理论值，控制程序通过运算将输出功率的理论值推算成对应的dac理论值，上位机01将dac理论值传输给激光设备的主控制板02，激光设备的主控制板02根据接收到的dac理论值，发送第一控制指令给激光器，控制激光器输出与dac理论值相对应的第一激光，第一激光从加工头射出经分光镜分成两股，其中一股水平射出到达位置传感功率计5，另一股垂直向下射出到达激光功率计4。位置传感功率计5对应的测量从加工头输出的激光的实际摆幅，作为摆幅的实测数据的实测值，并将实测值反馈给上位机01。
67.上位机01的控制程序将反馈的实测值与理论值进行比对计算出补偿误差值，再将该补偿误差值推算成dac补偿误差值，并将dac补偿误差值发送给激光设备的主控制板02，主控制板02对dac补偿误差值进行存储，并发送第二控制指令激光器，控制激光器输出对dac理论值进行dac误差补偿校准后的第二激光，第二激光从加工头射出经分光镜3分成两股，其中一股水平射出到达位置传感功率计5，另一股垂直向下射出到达激光功率计4。位置传感功率计5读取对应的摆幅值，作为摆幅的实测数据的校准值，并将校准值反馈给上位机01。上位机01的控制程序将反馈的校准值与理论值进行比对，若偏差在设定范围内，则校准完成，若偏差超出设定范围，则需要按照上述的方式重复多次的计算dac补偿误差值，直到校准值与理论值的偏差在设定范围内为止。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没
有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。