二氧化碳激光器功率特性智能在線檢測裝置研究

摘要：本文介紹了一種二氧化碳激光器功率特性智能在線測試裝置，是一種智能化程度高且實時在線測試激光器功率特性的裝置。該裝置以工作波長為10.6μmCO2激光器功率特性測試為研究對象，研制專門測試裝置，利用激光諧振腔低透射率介質膜全反射的特性，采用尾鏡進行激光取樣對激光器進行在線檢測而不需要停機重新布置后在激光器前端測試，并且提高取樣的準確度與精度，確保測試的可靠性，并設置多通道，同時開展多路檢測工作，采用程序化設定，自動的對功率特性相關參數自動檢測。

關鍵詞： 激光器 功率特性 尾鏡取樣 在線檢測

中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1 引言

激光功率是激光器中最主要的參量，激光輸出功率嚴重地影響著激光加工的質量，因此，在加工過程中， 如果能實時監控激光功率的變化，提高激光功率的穩定精度，對于提高產品合格率有著極其重要的作用。然而，在國內，無論是激光器生產廠家，還是激光設備應用廠家，大部分都沒有激光器功率特性檢測裝置，激光器質量好壞只有在使用時才能發現，影響了激光加工的質量和連續型，如果在使用時發現問題，還會造成制造成本的增加。而部分廠家依據自己企業標準進行相關簡單測試，也不符合激光器工業化應用的要求。并且少量激光器功率特性測試方法，也是傳統的測試方法，往往采用逐一測試方式，不同的參數測試存在“排隊等待”時間，降低了激光器功率特性測試的效率。另外，不同時段測試的數據本身存在一定的假定差異，測量精度和準確度不高。同時，激光設備大都需要連續化作業，而現有部分功率特性測試方法在測試激光功率時，需要激光設備停止工作，影響了激光加工的連續性。因此，研究開發激光器連續性工作參數檢測裝置，顯得尤為迫切。

2 全反鏡輸出取樣

以工作波長為10.6μmCO2激光器功率特性測試為研究對象，研制專門測試裝置，利用激光諧振腔低透射率介質膜全反射的特性，采用尾鏡進行激光取樣，提高取樣的準確度與精度，確保測試的可靠性。并在此基礎上進行測試方法與標準研究，使得未來激光器功率特性測試有據可依。

激光功率是激光器中最主要的參量，激光輸出功率嚴重地影響著激光加工的質量，因此，在加工過程中， 如果能實時監控激光功率的變化，提高激光功率的穩定精度，對于提高產品合格率有著極其重要的作用。然而，在國內，無論是激光器生產廠家，還是激光設備應用廠家，大部分都沒有激光器功率特性檢測裝置，激光器質量好壞只有在使用時才能發現，影響了激光加工的質量和連續型，如果在使用時發現問題，還會造成制造成本的增加。而部分廠家依據自己企業標準進行相關簡單測試，也不符合激光器工業化應用的要求。并且少量激光器功率特性測試方法，也是傳統的測試方法，測量精度和準確度不高，具體如下：

傳統的激光功率檢測方法是將激光照射到激光功率計或激光能量計上進行檢測。這種測量技術對激光計探頭的要求很高，通常以石墨為材料，探頭響應很慢，且通常需要水冷，測量功率時必須停止加工，從而影響了加工的連續性，不能實時檢測功率。另一種檢測技術是在輸出激光束的光路中，利用快速旋轉的細針采樣來測量激光功率。由于制作工藝和受環境的影響，造成采樣不穩定，可引起檢測偏差和系統不穩定，同時不可避免地使激光束傳輸和調整變得更復雜。

為了解決現有激光器與激光設備功率特性無檢測或者檢測精度與穩定性不高等缺陷，本文以工作波長為10.6μmCO2激光器功率特性測試為研究對象，研制專門測試裝置，如圖1所示，利用激光諧振腔低透射率介質膜全反射的特性，采用尾鏡進行激光取樣，通過激光全反鏡線性輸出論證分析，提高取樣的準確度與精度，確保測試的可靠性。

利用介質全反鏡的微量透射光進行激光功率采樣，透射光由探測器進行接收或經過光強衰減后到達探測器的光強為毫瓦量級，低于探測器的損傷閾值。探測器將光功率信號轉變為電信號，經模數轉換，送單片機處理后，有效保證了采集到的電流值和功率值的準確性，用戶就可以得到準確的功率測量值。在研究激光器功率特性測試方法及測試裝置的基礎上進行測試方法與標準研究，使得未來激光器功率特性測試有據可依。

3 多通道多項目自動化檢測

設置多通道，同時開展多路檢測工作，采用程序化設定，自動的對閥值功率、閥值電壓、功率曲線、功率穩定度、電流穩定度、功率電流特性等項目進行測試并記錄數據，通過后臺處理，將數據發送給主機，給出合格與否的判定，實現了整個過程的自動化智能檢測。

激光器功率特性測試包括多種參數測試，在以往的測試方法中，往往采用逐一測試或者一一測試的方式，不同的參數測試存在“排隊等待”時間，降低了激光器功率特性測試的效率。另外，在某些時候，可能需要用到幾個相關聯的測試數據進行分析與計算，而采用傳統的測試方法需要一一翻看測試記錄，不同時段測試的數據本身存在一定的差異，因此，這種情況下，邏輯關系計算結果不準確的概率也隨著上升，而且人工測試也存在比較大的誤差。

為了解決傳統激光器功率特性測試方法存在的上述缺陷，項目智能在線測試裝置設置多通道，同時多路開展檢測工作，采用程序化設定，自動的對閥值功率、閥值電壓、功率曲線、功率穩定度、電流穩定度、功率電流特性等項目進行測試并記錄數據，通過后臺處理，將數據發送給主機，給出合格與否的判定，實現了整個過程的自動化智能檢測。

采用程序化設定，可根據需要設置相應的優先級別，提高測試的智能化程度，多通道檢測，多個測試數據可通過數值、圖形的方式顯示，可方便操作者對某些具有邏輯關聯的測試參數進行計算與分析，提高了測試結果的可靠性與準確性。

4 裝置的研究

二氧化碳激光器功率特性智能在線測試裝置研究的研制過程圖如圖2所示。

5 結束語

激光功率特性智能在線檢測裝置可在各二氧化碳激光器生產企業和檢測機構中得到普及，為企業進行質量控制提供有力手段，具有一定的社會經濟效益。也可以作為使用二氧化碳激光器作為激光類產品應用的企業進貨檢驗控制產品質量的有效的方法。若本檢測方法能提升為聯盟標準或行業標準，將會提升二氧化碳激光器行業整體質量，也具有一定的社會效益。

檢測裝置能夠實現“機代人”，大幅度節約勞動力成本，解決企業日益嚴峻的“招工難”、“用工貴”問題，努力實現產業的自動制造、智能制造、綠色制造和安全制造。同時本裝置還能大幅提高檢測數據的精確程度，滿足生產企業和檢測機構對產品質量控制和檢測精度的要求。

參考文獻

[1] 楊照金，王雷.激光功率和能量計量技術的現狀與展望[J].應用光學，2004，25（3）：1-4.

[2] 李適民.激光器件原理與設計.北京：國防工業出版社。1998：220—2=56.

[3] 《關于進一步加大企業技術改造力度促進機器換人的實施意見》溫政發〔2013〕78號

[4] 張銳.窄脈沖半導體激光器功率測量及校準技術研究[D].秦皇島：燕山大學，2009.

[5] 楊照金，南瑤，黎高平，等.激光參數計量測試[J].應用光學，2002，23（1）：44-49.計量技術，1995，10：3O-31.