區(qū)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(yè)激光合成的光源技術(shù)，它是激光領(lǐng)域的前沿技術(shù)，廣泛應(yīng)用于汽車制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、曲軸金屬3C件的二維碼打碼。用于追溯產(chǎn)品的過線記錄、類型識(shí)別、質(zhì)量門等。本文主要解析脈沖光纖激光器與智能化生產(chǎn)設(shè)備的控制原理、信號(hào)控制對(duì)接、故障診斷。

關(guān)鍵詞：激光器 控制原理 信號(hào)對(duì)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(hù)調(diào)鏡光纖激光器，專為標(biāo)記應(yīng)用而設(shè)計(jì)。激光器通過一根柔軟的金屬護(hù)套光纜將高功率激光束直接傳送到打標(biāo)頭，基于光纖的光學(xué)設(shè)計(jì)和堅(jiān)固的機(jī)械設(shè)計(jì)使脈沖光纖激光器能夠在工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行，在工業(yè)環(huán)境中，沖擊、振動(dòng)和灰塵是一個(gè)問題;而脈沖光纖激光器獨(dú)特的設(shè)計(jì)允許遠(yuǎn)程光束傳輸，檢測(cè)組件通過遠(yuǎn)程激光發(fā)動(dòng)機(jī)連接到光纖傳輸系統(tǒng)，從而使得整個(gè)元器件輕量化及模塊化，廣泛使用于汽車領(lǐng)域。

2 脈沖光纖激光器的安裝與信號(hào)分配

2.1 激光器安裝

在所有系統(tǒng)連接完成之前，不要將任何電源線連接到電源。

（1）設(shè)備應(yīng)保持?jǐn)嚯姾完P(guān)閉狀態(tài)，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(yīng)盡可能靠近激光打標(biāo)頭（通常在5米以內(nèi)）;確保激光控制器側(cè)面有足夠的間隙（約100mm），以允許空氣循環(huán)，不要堵塞激光控制器上的通風(fēng)孔;激光控制器后部的最小距離應(yīng)為200mm，以便光纖電纜具有適當(dāng)?shù)膹澢霃健?/p>

（3）將激光打標(biāo)頭放在選定的安裝面上。

①不要彎曲或扭結(jié)光纜，光纖電纜應(yīng)能承受直徑約為300 mm的彎曲而不會(huì)損壞。②在激光打標(biāo)頭后部留出至少200 mm的距離，這將為光纖電纜的適當(dāng)彎曲半徑提供足夠的空間。③確保激光打標(biāo)頭各側(cè)（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(biāo)頭，以免干擾內(nèi)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(biāo)頭背面看，輸出光束的中心在第一組安裝孔的前面，從左側(cè)安裝孔組向內(nèi)安裝。

⑦將激光打標(biāo)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(nèi)部信號(hào)連接

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，激光器與生產(chǎn)智能化設(shè)備進(jìn)行連接。完成同步脈沖、PLC開關(guān)信號(hào)、PC軟件的信號(hào)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)二維碼打標(biāo)追溯功能。激光器內(nèi)部原理圖及信號(hào)對(duì)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(hù)地，即大地;

藍(lán)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(shí)，還要保證運(yùn)行可靠性及穩(wěn)定性。電氣連接要點(diǎn)如下：

2.5 控制信號(hào)對(duì)接

控制管腳使用TTL信號(hào)。設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)著重考慮TTL標(biāo)準(zhǔn)的電平范圍。

激光器通過DB25接口進(jìn)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(biāo)故障診斷分析

激光控制系統(tǒng)硬件主要包含：掃描振鏡，激光發(fā)生器，激光控制卡，激光透鏡，工控機(jī)等組成。激光器打標(biāo)控制系統(tǒng)圖如下：

（1）掃描振鏡：掃描振鏡在打標(biāo)過程中通過擺動(dòng)振鏡X和振鏡Y來實(shí)現(xiàn)二維碼的間距及跳行，以輸出所需的二維碼。掃描振鏡出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)影響二維碼質(zhì)量。且手動(dòng)執(zhí)行紅光指示時(shí)，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(dòng)通過激光控制卡的USBLMC控制卡來驅(qū)動(dòng)完成指定動(dòng)作?？刂瓢蹇ㄅc掃描振鏡之間通過串口線進(jìn)行信號(hào)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(jìn)行通訊。通過控制激光的輸出功率、時(shí)間及掃描振鏡的擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)二維碼的成形。當(dāng)激光控制板出現(xiàn)問題時(shí)，激光打標(biāo)機(jī)打標(biāo)時(shí)會(huì)出現(xiàn)亂碼。

（3）激光發(fā)生器：出光要滿足：獨(dú)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(tài)反饋針腳16為L(zhǎng)/21為H、主振蕩器針腳18為為H、激光調(diào)制輸入為H。激光發(fā)生器使用久后激光會(huì)衰減，可以通過調(diào)大功率或者調(diào)整振鏡來調(diào)整激光的焦距方法來保證打碼的質(zhì)量。

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

4 結(jié)語

脈沖光纖激光器的連接與控制原理比較復(fù)雜，又是發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線二維碼打碼的關(guān)鍵工位，因此，理解激光器的工作原理，利于質(zhì)量追溯及控制，有效保證產(chǎn)品的穩(wěn)定輸出。

參考文獻(xiàn)：

[1]《金屬加工世界》2010年.