脉冲光纤激光器系统在发动机制造的应用研究

区云锋　於双月　蒙旭喜

摘 要：脉冲光纤激光器作为目前汽车行业激光合成的光源技术，它是激光领域的前沿技术，广泛应用于汽车制造发动机缸体、缸盖、曲轴金属3C件的二维码打码。用于追溯产品的过线记录、类型识别、质量门等。本文主要解析脉冲光纤激光器与智能化生产设备的控制原理、信号控制对接、故障诊断。

关键词：激光器 控制原理 信号对接 故障诊断

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

脈冲光纤激光器是免维护调镜光纤激光器，专为标记应用而设计。激光器通过一根柔软的金属护套光缆将高功率激光束直接传送到打标头，基于光纤的光学设计和坚固的机械设计使脉冲光纤激光器能够在工业环境中运行，在工业环境中，冲击、振动和灰尘是一个问题;而脉冲光纤激光器独特的设计允许远程光束传输，检测组件通过远程激光发动机连接到光纤传输系统，从而使得整个元器件轻量化及模块化，广泛使用于汽车领域。

2 脉冲光纤激光器的安装与信号分配

2.1 激光器安装

在所有系统连接完成之前，不要将任何电源线连接到电源。

（1）设备应保持断电和关闭状态，直到安装完成。

（2）将电脑、显示器、键盘和激光放在所需位置，控制器应尽可能靠近激光打标头（通常在5米以内）;确保激光控制器侧面有足够的间隙（约100mm），以允许空气循环，不要堵塞激光控制器上的通风孔;激光控制器后部的最小距离应为200mm，以便光纤电缆具有适当的弯曲半径。

（3）将激光打标头放在选定的安装面上。

①不要弯曲或扭结光缆，光纤电缆应能承受直径约为300 mm的弯曲而不会损坏。②在激光打标头后部留出至少200 mm的距离，这将为光纤电缆的适当弯曲半径提供足够的空间。③确保激光打标头各侧（约100 mm）有足够的间隙，以便空气流通。④安装孔是公制螺纹的螺纹，安装螺栓不得伸入激光打标头，以免干扰内部部件。⑤安装板的前缘不得超过9.5 mm，以留出光束输出透镜的间隙。⑥从激光打标头背面看，输出光束的中心在第一组安装孔的前面，从左侧安装孔组向内安装。

⑦将激光打标头固定到安装夹具上，拧紧至（约9 N-m），不要过度拧紧螺栓。

⑧最后连接所有剩余的电缆。

2.2 激光器内部信号连接

在汽车发动机制造中，激光器与生产智能化设备进行连接。完成同步脉冲、PLC开关信号、PC软件的信号对接，实现二维码打标追溯功能。激光器内部原理图及信号对接如下：

2.3 控制电源连接

激光器的电源线示意图，如下图所示：

其中：棕色线——+24V电源输入：

黄绿线——PE电源保护地，即大地;

蓝色线——GND，24VDC电源的接地端。

2.4 控制电路连接

在激光控制电路中，电气连接非常重要。保证电路安全的同时，还要保证运行可靠性及稳定性。电气连接要点如下：

2.5 控制信号对接

控制管脚使用TTL信号。设计控制电路时，应当着重考虑TTL标准的电平范围。

激光器通过DB25接口进行控制，其管脚功能和控制电平参照上表的接口描述。

3 激光器打标故障诊断分析

激光控制系统硬件主要包含：扫描振镜，激光发生器，激光控制卡，激光透镜，工控机等组成。激光器打标控制系统图如下：

（1）扫描振镜：扫描振镜在打标过程中通过摆动振镜X和振镜Y来实现二维码的间距及跳行，以输出所需的二维码。扫描振镜出现故障时，会影响二维码质量。且手动执行红光指示时，红框线条是波浪形（正常情况为直线）。

（2）激光控制卡：扫描振镜X、Y的摆动通过激光控制卡的USBLMC控制卡来驱动完成指定动作。控制板卡与扫描振镜之间通过串口线进行信号的交互传递。LMC激光控制卡采用PCI总线形式，通过37芯接口与I/O卡进行通讯。通过控制激光的输出功率、时间及扫描振镜的摆动来实现二维码的成形。当激光控制板出现问题时，激光打标机打标时会出现乱码。

（3）激光发生器：出光要满足：独立的24V供电电源、供电电缆为带屏蔽层的电源、急停输入针脚23为H、激光器状态反馈针脚16为L/21为H、主振荡器针脚18为为H、激光调制输入为H。激光发生器使用久后激光会衰减，可以通过调大功率或者调整振镜来调整激光的焦距方法来保证打码的质量。

（4）激光透镜/工控机：激光系统硬件中的透镜起到聚焦作用，透镜镜片刮花或黏附污渍会导致打码缺角或不清晰;工控机为打标软件及追溯软件载体。

4 结语

脉冲光纤激光器的连接与控制原理比较复杂，又是发动机生产线二维码打码的关键工位，因此，理解激光器的工作原理，利于质量追溯及控制，有效保证产品的稳定输出。

参考文献：

[1]《金属加工世界》2010年.