脈沖光纖激光器系統在發動機制造的應用研究

區云鋒　於雙月　蒙旭喜

摘 要：脈沖光纖激光器作為目前汽車行業激光合成的光源技術，它是激光領域的前沿技術，廣泛應用于汽車制造發動機缸體、缸蓋、曲軸金屬3C件的二維碼打碼。用于追溯產品的過線記錄、類型識別、質量門等。本文主要解析脈沖光纖激光器與智能化生產設備的控制原理、信號控制對接、故障診斷。

關鍵詞：激光器 控制原理 信號對接 故障診斷

Research of Pulsed Fiber Laser System In Engineer Manufacturing

Ou Yunfeng，Yu Shuangyue，Meng Xuxi

Abstract：Pulsed Fiber Laser （PFL）， as the light source technology of laser synthesis in automobile industry， is the frontier technology in laser field， widely used in automobile manufacturing engine cylinder block， cylinder head， crankshaft metal 3C pieces of two-dimensional code to trace product line records， type identification， quality gate， etc. This paper mainly analyzes the signal control docking， function setting， fault diagnosis and working characteristics of pulse fiber laser and intelligent production equipment.

Key words：laser， control principle， signal docking， fault diagnosis

1 概述

脈沖光纖激光器是免維護調鏡光纖激光器，專為標記應用而設計。激光器通過一根柔軟的金屬護套光纜將高功率激光束直接傳送到打標頭，基于光纖的光學設計和堅固的機械設計使脈沖光纖激光器能夠在工業環境中運行，在工業環境中，沖擊、振動和灰塵是一個問題;而脈沖光纖激光器獨特的設計允許遠程光束傳輸，檢測組件通過遠程激光發動機連接到光纖傳輸系統，從而使得整個元器件輕量化及模塊化，廣泛使用于汽車領域。

2 脈沖光纖激光器的安裝與信號分配

2.1 激光器安裝

在所有系統連接完成之前，不要將任何電源線連接到電源。

（1）設備應保持斷電和關閉狀態，直到安裝完成。

（2）將電腦、顯示器、鍵盤和激光放在所需位置，控制器應盡可能靠近激光打標頭（通常在5米以內）;確保激光控制器側面有足夠的間隙（約100mm），以允許空氣循環，不要堵塞激光控制器上的通風孔;激光控制器后部的最小距離應為200mm，以便光纖電纜具有適當的彎曲半徑。

（3）將激光打標頭放在選定的安裝面上。

①不要彎曲或扭結光纜，光纖電纜應能承受直徑約為300 mm的彎曲而不會損壞。②在激光打標頭后部留出至少200 mm的距離，這將為光纖電纜的適當彎曲半徑提供足夠的空間。③確保激光打標頭各側（約100 mm）有足夠的間隙，以便空氣流通。④安裝孔是公制螺紋的螺紋，安裝螺栓不得伸入激光打標頭，以免干擾內部部件。⑤安裝板的前緣不得超過9.5 mm，以留出光束輸出透鏡的間隙。⑥從激光打標頭背面看，輸出光束的中心在第一組安裝孔的前面，從左側安裝孔組向內安裝。

⑦將激光打標頭固定到安裝夾具上，擰緊至（約9 N-m），不要過度擰緊螺栓。

⑧最后連接所有剩余的電纜。

2.2 激光器內部信號連接

在汽車發動機制造中，激光器與生產智能化設備進行連接。完成同步脈沖、PLC開關信號、PC軟件的信號對接，實現二維碼打標追溯功能。激光器內部原理圖及信號對接如下：

2.3 控制電源連接

激光器的電源線示意圖，如下圖所示：

其中：棕色線——+24V電源輸入：

黃綠線——PE電源保護地，即大地;

藍色線——GND，24VDC電源的接地端。

2.4 控制電路連接

在激光控制電路中，電氣連接非常重要。保證電路安全的同時，還要保證運行可靠性及穩定性。電氣連接要點如下：

2.5 控制信號對接

控制管腳使用TTL信號。設計控制電路時，應當著重考慮TTL標準的電平范圍。

激光器通過DB25接口進行控制，其管腳功能和控制電平參照上表的接口描述。

3 激光器打標故障診斷分析

激光控制系統硬件主要包含：掃描振鏡，激光發生器，激光控制卡，激光透鏡，工控機等組成。激光器打標控制系統圖如下：

（1）掃描振鏡：掃描振鏡在打標過程中通過擺動振鏡X和振鏡Y來實現二維碼的間距及跳行，以輸出所需的二維碼。掃描振鏡出現故障時，會影響二維碼質量。且手動執行紅光指示時，紅框線條是波浪形（正常情況為直線）。

（2）激光控制卡：掃描振鏡X、Y的擺動通過激光控制卡的USBLMC控制卡來驅動完成指定動作。控制板卡與掃描振鏡之間通過串口線進行信號的交互傳遞。LMC激光控制卡采用PCI總線形式，通過37芯接口與I/O卡進行通訊。通過控制激光的輸出功率、時間及掃描振鏡的擺動來實現二維碼的成形。當激光控制板出現問題時，激光打標機打標時會出現亂碼。

（3）激光發生器：出光要滿足：獨立的24V供電電源、供電電纜為帶屏蔽層的電源、急停輸入針腳23為H、激光器狀態反饋針腳16為L/21為H、主振蕩器針腳18為為H、激光調制輸入為H。激光發生器使用久后激光會衰減，可以通過調大功率或者調整振鏡來調整激光的焦距方法來保證打碼的質量。

（4）激光透鏡/工控機：激光系統硬件中的透鏡起到聚焦作用，透鏡鏡片刮花或黏附污漬會導致打碼缺角或不清晰;工控機為打標軟件及追溯軟件載體。

4 結語

脈沖光纖激光器的連接與控制原理比較復雜，又是發動機生產線二維碼打碼的關鍵工位，因此，理解激光器的工作原理，利于質量追溯及控制，有效保證產品的穩定輸出。

參考文獻：

[1]《金屬加工世界》2010年.