一种用于皮革切割的射频CO2激光器制造技术

本申请涉及一种用于皮革切割的射频CO2激光器。CO2激光器的脉冲功率是平均功率的至少三倍，使得射频电源工作占空比在25％以内就能达到最大的平均功率，所述射频CO2激光器包括激光器与射频电源；其中，射频电源包括控制模块，高峰值射频模块；高峰值射频模块由前级微带分配板，功率放大板，高峰值功率合成板组成；高峰值功率合成板是由若干根空气微带线组成。该激光器使激光器能在很小的占空比就能达到最大功率值，能在很短的时间内就把被加工物气化，减少被切割材料热传导，使皮革切缝新鲜没有明显碳化焦黑。此种激光器的脉冲占空比最大25％，时间短了近2～4倍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超短脉冲射频CO2激光器，尤其涉及激光器领域。
技术介绍
现在市面上用于皮革切割的气体激光器，一般都是用二氧化碳射频激光器，一般使用激光器平均功率在200～400瓦特之间，调制频率1～100千赫兹，占空比在0～40％，例如相干公司的Diamond J3功率在10～250瓦特间为占空比0～60％，Rofin公司的SR 25i系列激光器功率在10～250瓦特占空比为0～60％，能量要达到最大的激光平均功率就需要一个工作脉冲周期的60％。以上所述的激光器峰值功率在平均功率的两倍左右，峰值功率不高，激光照射被切割物时材料气化不明显。激发占空比60％，激光照射时间长，对切缝边缘的热影响大，所以在切割皮革的时候会发生碳化现象，皮革的切割边缘会发黄或者发黑，从而影响产品的外观，主要原因就是激光器需要达到60％脉冲周期的时间才能达到平均功率，所以热量就传导到边缘的皮革上使之被烧焦。
技术实现思路
为了解决上述问题本专利技术提供了一种用于切割皮革的射频CO2激光器，该激光器主要通过一个高峰值的射频电源，使激光器能在很小的占空比就能达到最大功率值，能在很短的时间内就把被加工物气化，减少被切割材料热传导，使皮革切缝新鲜没有明显碳化焦黑。此种激光器的脉冲占空比最大25％，时间短了近2～4倍。本技术提供一种用于皮革切割的射频CO2激光器，其特征在于：射频CO2激光器的脉冲功率是平均功率的至少三倍，使得射频电源工作占空比在25％以内就能达到最大的平均功率；所述射频CO2激光器包括激光器(1)与射频电源(2)；其中，射频电源(2)包括控制模块(3)、高峰值射频模块(4)；高峰值射频模块(4)由前级微带分配板(9)、功率放大板(10)、高峰值功率合成板(11)组成；高峰值功率合成板(11)是由若干根空气微带线组成。其中空气微带线是由铜箔(12)、固定柱(13)、PCB接地表面(14)组成。所述铜箔是由厚0.3～0.8mm宽12～16mm的紫铜镀金而成，总长度是550～580mm，铜箔与PCB接地表面(14)之间的间距是4.6～4.9mm，铜箔两端固定在的固定柱上，而铜箔与PCB接地表面(14)之间是悬空不接触的，而空气的介电常数是1，结合铜箔的厚度、宽度与长度就能起到功率合成的作用。其中，CO2激光器的控制模块(3)包括输入模块(6)，单片机模块(7)，PWM输出模块(8)； 单片机模块(7)接收到外部的PWM后通过内部的一个输入捕捉模块，捕捉到PWM的上升沿与下降沿时定时器的时间值，再通过上升沿与下降沿之间的时间计算出PWM的频率与占空比，然后根据所计算出的值计算出功率所需的PWM的值，再经过单片机内部的输出比较模块输出所需要的PWM值到所述PWM输出模块(8)。附图说明图1为本专利技术的系统连接示意图；图2为本专利技术的系统内部模块示意图；图3为本专利技术的控制模块内部连接图；图4为本专利技术的高峰值射频模块连接图；图5为本专利技术的PWM与功率关系图；图6为本专利技术的空气微带线结构示意图；具体实施方式激光皮革切割加工主要的原理是通过聚焦激光光束到被加工的皮革上，激光聚焦点上的功率非常高，能把皮革瞬间气化，而再配合机床的运动就能将皮革切成所需要的形状，因为都用于消费品市场，所以切割工艺的要求切边要平整，并不能有烧焦发黑，为了达到这个工艺要求，就需要激光能在短时间内达到最大的脉冲峰值功率，才能达到所需要的功率气化皮革。射频激光器以脉冲调制的方式发射激光，一个脉冲周期内激光平均功率的大小是高电平时激光功率与低电平时激光功率的平均值，激光器输出平均功率一定的时候，占空比大的时候说明激光器的脉冲峰值功率相对较低，反之当占空比小的时候说明激光器的脉冲峰值功率相对较高，本专利技术解决的就是在平均功率不变的情况下提高脉冲峰值功率，同时缩短占空比。通过调制占空比来确定激光平均功率的大小，当占空比达到设定的最大值时就能达到所需的平均功率值，比如目前市场中的激光器均以占空比40％以上，也就是说激光器要达到平均功率就需要把占空比调到占空比40％以上。所述占空比40％意义是在一个脉冲周期内，那么激光器40％的时间出激光，剩下60％时间不出激光，因此如此长的时间热量传导到皮革切开内，切口就有可能发黄烧焦，因此现在我们开发一款激光器同样放电空间的射频注入功率远远高于现有的射频激光器，提高射频电源功率的目的是提高激光器瞬间脉冲的峰值功率，才能使25％的占空比以内就能达到射频能量的注入饱和，也就是说一个脉冲周期内用25％的时间就能实 现激光器最高能量瞬间输出，缩短了对被切割物的热影响时间，降低被切割物切缝边缘的烧焦和发黑的情况，这种占空比越短脉冲功率越高，对皮革切缝热影响越小，对越厚的皮革需要的占空比越小，所需的脉冲功率就越高，对切缝质量越有利。总之，针对皮革切割来说脉冲功率越高，时间越短越有利于切缝的质量。比如输出激光能量350瓦的激光器，放电等离子体积是61200立方毫米，射频最大注入能量是6000瓦，占空比60％能输出350瓦的激光，超过60％的占空比激光输出功率就饱和了，350除以60％就是583瓦的激光脉冲峰值功率。而本专利技术同样输出激光能量350瓦的激光器，放电等离子体积是61200立方毫米，射频最大注入能量是24000瓦，占空比15％能输出350瓦的激光，超过15％的占空比激光输出功率就饱和了，350除以15％就是2333瓦的激光脉冲峰值功率。可以看出增加射频注入能量，脉冲峰值功率明显提高，有利于被激光照射物表面瞬间气化的速度，提高气化效果降低碳化现象。缩短占空比是为了在一个工作脉冲周期内减少热传导的时间，从而降低了边缘因发热所产生的发黄烧焦现象。所述激光器主要由两个部分组成，激光器1与射频电源2，激光器1的作用是把输入的射频能量转化为光能，射频电源2的作用是把工频电流，经过频率变换转变成射频电流以供给激光器，起到一个泵浦的作用，所述射频电源有一个比较重要的参数就是脉冲功率是平均功率的三倍多，平均功率是指激光器达到饱和时的功率值，而峰值功率是指射频电源2能输出的最大功率值，如果峰值功率等于平均功率也就是说射频电源2工作占空比为100％时，激光器功率才能达到饱和，而如果峰值功率是三倍多就是说射频电源2工作占空比为25％或更少的时候就能达到激光器功率的饱和值，因而能让激光器在很短的周期内产生很高的光峰值功率。而整个激光器系统也可以看成由控制模块3，高峰值射频模块4，激光管1组成。控制模块3与高峰值射频模块4组成了射频电源2，控制模块3接收到外部控制pwm信号，运算后输出PWM信号到高峰值射频模块4，所述高峰值射频模块4把信号放大后将射频能量发送到激光管1。所述控制模块3由3个模块组成，输入模块6，单片机模块7，PWM输出模块8，所述输入模块6起到了隔离外部电路与调理输入信号的作用，防止外部输入信号损坏单片机，单片机模块7使用的是PIC单片机dspic30f5013，此单片机内部有输入检测模块，可以检测外部输入的PWM的脉宽与频率，经过运算后输出到PWM输出模块，输出的PWM信号为0-25％，PWM输出模块对单片机的信号进行调理后输出到高峰值射频模块，所述控制模块的控制方法如下所述，单片机接收到外部的PWM后通过内部的一个输入捕捉模块，捕捉到PWM的上升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于皮革切割的射频CO2激光器，其特征在于：射频CO2激光器的脉冲功率是平均功率的至少三倍，使得射频电源工作占空比在25％以内就能达到最大的平均功率；所述射频CO2激光器包括激光器(1)与射频电源(2)；其中，射频电源(2)包括控制模块(3)、高峰值射频模块(4)；高峰值射频模块(4)由前级微带分配板(9)、功率放大板(10)、高峰值功率合成板(11)组成；高峰值功率合成板(11)是由若干根空气微带线组成。

【技术特征摘要】
1.一种用于皮革切割的射频CO2激光器，其特征在于：射频CO2激光器的脉冲功率是平均功率的至少三倍，使得射频电源工作占空比在25％以内就能达到最大的平均功率；所述射频CO2激光器包括激光器(1)与射频电源(2)；其中，射频电源(2)包括控制模块(3)、高峰值射频模块(4)；高峰值射频模块(4)由前级微带分配板(9)、功率放大板(10)、高峰值功率合成板(11)组成；高峰值功率合成板(11)是由若干根空气微带线组成。2.一种如权利要求1所述的用于皮革切割的射频CO2激光器，其中空气微带线是由铜箔(12)、固定柱(13)、PCB接地表面(14)组成。3.一种如权利要求2所述的用于皮革切割的射频CO2激光器，所述铜箔是由厚0.3～0.8mm宽12～16mm的紫铜镀金而成，总长度是...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海军，
申请(专利权)人：北京热刺激光技术有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京;11