阅读说明：本技术 一种自动调光的系统及其使用方法 (Automatic dimming system and use method thereof ) 是由 孙会 魏星斌 游安清 潘文武 罗俊 于 2020-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种自动调光的系统,包括能源单元、总控单元、元器件库单元、支撑单元和环控单元；总控单元包括总控单元控制部、用于与用户交互信息的上位机、用于调整功率的功率调整控制部以及用于实时监测输出光功率的功率监测部；元器件库单元包括用于库存管理的元器件库单元控制部、用于摆放元器件的元器件库存储部和用于实时统计库存的元器件库统计部；支撑单元包括用于支撑调光过程的平台和用于调节光路的自动调节镜架。本发明通过多个维度的反馈控制与判断,实现固体激光器的自动化装配、调试和参数测试与判别,并附加一些保护、通讯的功能,实现激光器的全流程自动化、系统化和智能化。(The invention discloses an automatic dimming system, which comprises an energy unit, a master control unit, a component library unit, a supporting unit and an environment control unit, wherein the energy unit is connected with the master control unit; the master control unit comprises a master control unit control part, an upper computer used for information interaction with a user, a power adjustment control part used for adjusting power and a power monitoring part used for monitoring output optical power in real time; the component library unit comprises a component library unit control part for inventory management, a component library storage part for placing components and a component library counting part for counting the inventory in real time; the support unit includes a platform for supporting a dimming process and an automatically adjustable mirror mount for adjusting a light path. The invention realizes the automatic assembly, debugging and parameter test and discrimination of the solid laser through the feedback control and judgment of multiple dimensions, adds some functions of protection and communication, and realizes the full process automation, systematization and intellectualization of the laser.)

一种自动调光的系统及其使用方法

技术领域

本发明属于激光器光路控制领域，具体地说涉及一种自动调光的系统及其使用方法。

背景技术

激光器系统是一个精密的复杂综合性光学系统，激光器的调试目前主要依赖有经验的工程人员的调试，根据激光器的复杂程度，以及激光器的功率、波长等特征参数的成熟度，通常需要多人合作长时间反复调试，以达到激光器的设计指标。这将严重影响激光器的调试速度和量产化，在各行各业逐步走向智能化、机械化的进程中，激光器的安装、调试的智能化对于提高激光器产业的效率和产量，以及降低激光器的成本，推进激光器在以加工为主导的民用领域发挥重要作用。

因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种自动调光的系统。本发明提供如下技术方案：

一种自动调光的系统，包括能源单元、总控单元、元器件库单元、支撑单元和环控单元；

所述总控单元包括总控单元控制部、用于与用户交互信息的上位机、用于调整功率的功率调整控制部以及用于实时监测输出光功率的功率监测部，所述总控单元与系统内部各单元双向信号连接；

所述元器件库单元包括用于库存管理的元器件库单元控制部、用于摆放元器件的元器件库存储部和用于实时统计库存的元器件库统计部，所述元器件库单元控制部分别与所述元器件库存储部和元器件库统计部信号连接；

所述支撑单元包括用于支撑调光过程的平台和用于调节光路的自动调节镜架。

进一步的，所述能源单元包括用于系统供电的电网输入输出部、用于监测电网输入输出部电路故障的监测部以及用于输出监测部故障信息的报警部，所述能源单元与系统内部各单元电气连接；所述电网输入输出部与系统内部各单元电气连接，将交流电转接到系统内部并分别对应系统中各单元转换为恒压源或恒流源，所述监测部和所述报警部信号连接，所述监测部发送电路故障信号，所述报警部接收相应的电路故障信号并给出相应的报警指示。

进一步的，所述上位机包括用于显示工作状态信息的显示模块、用于设置工作参数的输入设置模块以及用于辅助用户选择元器件型号的模拟计算模块，所述上位机与所述总控单元控制部双向信号连接，所述总控单元控制部分别与所述功率调整控制部和所述功率监测部双向信号连接。

进一步的，所述平台包括自下而上依次设置的支撑层、底层、中间层和表面层，所述支撑层为高度可调节的支撑柱，所述支撑柱底部设有用于移动平台的滚轮，所述中间层设有环控单元的流道及泵浦源的供电走线，所述表面层设有用于移动元器件的沟道。

进一步的，所述自动调节镜架包括用于移动镜架位置的镜架移动部、用于调节镜子高度的镜架伸缩部、用于调节镜子角度的镜架偏转部以及镜架控制部，所述镜架移动部、镜架伸缩部和镜架偏转部均与镜架控制部信号连接，所述镜架控制部与所述总控单元双向信号连接，所述镜架移动部滑动连接于平台上，所述镜架移动部顶部固定连接有镜架伸缩部，所述镜架伸缩部顶部固定连接有镜架偏转部，所述镜架偏转部上固定连接有镜子，其中，所述镜子为反射镜或输出镜。

进一步的，所述环控单元包括用于控制环控单元正常运行的环控单元控制部、用于给系统散热的泵及散热板、液冷板和风扇，所述风扇设置于平台的底层上，所述泵及散热板、液冷板设置于平台的中间层上，所述环控单元控制部分别与所述泵及散热板、液冷板和风扇信号连接，所述环控单元控制部与所述总控单元双向信号连接。

一种自动调光系统的使用方法，包括：

启动系统；

平台调水平；

模拟计算选择输出镜、反射镜和泵浦源的型号；

基于激光器的出光阈值和最高输出功率所对应的电流参数，在控制单元中设置环控单元的工作温度以及泵浦源输入输出的上下限参数；

将控制单元选好的输出镜、反射镜和泵浦源摆放在平台上的器件入口区，安装好电气接口和液冷接口，然后总控单元控制自动可调式镜架和泵浦源进行滑动，滑动到总控软件模拟后给出的具体的位置；

运动到模拟位置后，总控单元控制部通过功率监测部实时获得最终的输出光功率，并通过功率调整控制部的闭环算法来调整功率；

所有的输出参数达到给定的参数后，系统自动固化所有的参数，其中，给定的参数为根据不同的加载电流对应的激光输出功率，根据所需激光功率的大小对应的加载电流所固化的参数。

进一步的，所述启动系统过程为：根据激光器出光条件进行系统自检，主要包括环境温湿度、冷却水循环和供电检测，然后根据激光器的输出功率大小，对激光器进行加载。

进一步的，模拟计算选择输出镜、反射镜和泵浦源的型号的方法为：在控制单元输入给定的输出功率、激光器的波长和激光器的光路，控制单元通过模拟软件进行相应的计算后，参照预先测量并输入的实验数据，计算输出镜、反射镜和泵浦源的相应参数，计算后控制单元根据元器件库的存储情况给出现有库存条件下可供使用的输出镜、反射镜和泵浦源的规格型号。

进一步的，所述功率调整控制部的闭环算法具体为：功率调整控制部控制泵浦源的输入电压、电流逐步实现功率的梯度加载，直至设定的满功率；若功率变低，调节输出镜的俯仰角度，直到功率出现最大值并开始出现下降趋势的节点时停止调节，然后调节输出镜的偏置角度，直到功率出现最大值并开始出现下降趋势的节点时停止调节。

有益效果：

本发明主要通过多个维度的反馈控制与判断，实现固体激光器的自动化装配、调试和参数测试与判别，并附加一些保护、通讯的功能，实现激光器的全流程自动化、系统化和智能化。

附图说明

图1是本发明具体实施例中自动调光的系统总控单元连接结构示意图；

图2是本发明具体实施例中自动调光的能源单元连接结构示意图；

图3是本发明具体实施例中自动调光的系统中平台表面分区及沟道结构示意图；

图4是本发明具体实施例中自动调光系统使用方法流程图；

附图中：100、总控单元；110、总控单元控制部；111、上位机；112、功率调整控制部；113、功率监测部；200、元器件库单元；210、元器件库单元控制部；211、元器件库存储部；212、元器件库统计部；300、支撑单元；310、平台单元控制部；311、平台单元可变支撑柱控制器；312、平台单元表面控制器；320、镜架控制部；321、镜架移动部；322、镜架伸缩部；323、镜架偏转部；400、环控单元；410、环控单元控制部；411、泵及散热板；412、液冷板；413、风扇。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

如图1-2所示，一种自动调光的系统，包括能源单元、总控单元100、元器件库单元200、支撑单元300和环控单元400；

总控单元100包括总控单元控制部110、用于与用户交互信息的上位机111、用于调整功率的功率调整控制部112以及用于实时监测输出光功率的功率监测部113，总控单元100与系统内部各单元双向信号连接；

元器件库单元200包括用于库存管理的元器件库单元控制部210、用于摆放元器件的元器件库存储部211和用于实时统计库存的元器件库统计部212，元器件库单元控制部210分别与元器件库存储部211和元器件库统计部212信号连接；

支撑单元300包括用于支撑调光过程的平台和用于调节光路的自动调节镜架。

元器件库单元控制部210负责元器件库存反射镜、输出镜、泵浦源的库存管理，将元器件库存反射镜、输出镜、泵浦源的库存管理情况实时传送给总控单元100，并且负责总控单元100在模拟计算后缺少元器件(反射镜、输出镜、泵浦源)的网络搜索，网络搜索功能放在此处不占用总控的网络资源和本地资源，然后将搜索后的结果反馈给总控单元100。

元器件库存储部211负责元器件库存反射镜、输出镜、泵浦源的库存摆放，光学件的存放主要依靠人工，通常存放于干燥柜中，以防止光学元器件的性能下降。

进一步的，能源单元包括用于系统供电的电网输入输出部、用于监测电网输入输出部电路故障的监测部以及用于输出监测部故障信息的报警部，能源单元与系统内部各单元电气连接；电网输入输出部与系统内部各单元电气连接，将交流电转接到系统内部并分别对应系统中各单元转换为恒压源或恒流源，监测部和报警部信号连接，监测部发送电路故障信号，报警部接收相应的电路故障信号并给出相应的报警指示。

如图2所示，电网输入输出部包括将交流电网的交流电转接到系统内的输入部分和将电网输入的交流电转换为相应的恒压源或恒流源的输出部分，其中，恒压源包括恒压源一、恒压源二、恒压源三、恒压源四、恒压源五，分别为支撑单元300中的平台、总控单元100、元器件库单元200、支撑单元300中的自动调节镜架以及环控单元400供电，恒流源主要为元器件中的泵浦源供电。

监测部包括监测一和监测二，监测一对电网输入的交流电的进行相应的监测，如欠压、过压、短路、断路进行监测，探测到相应的故障后给出相应的报警指示；监测二对每一路恒压源和恒流源进行相应的监测，如欠压、过压、短路、断路进行监测，探测到相应的故障后给出相应的报警指示。

报警部接收监测部发出的故障信号对应发出特定的声光电信息报警。

进一步的，上位机111包括用于显示工作状态信息的显示模块、用于设置工作参数的输入设置模块以及用于辅助用户选择元器件型号的模拟计算模块，上位机111与总控单元控制部110双向信号连接，总控单元控制部110分别与功率调整控制部112和功率监测部113双向信号连接。

显示模块显示环控单元400当前的温湿度、压力、风扇413的转速等；实时显示输出的光功率；实时显示每个镜架的XYZ轴的实时数据以及在平台上的位置；显示所使用的的输出镜、反射镜和泵浦源的规格型号；显示平台单元、环控单元400、总控单元100、自动可调式镜架、元器件库单元200、泵浦源的功耗关系及报警显示。

设置模块设置环控单元400的工作温度和温度上下限；环控单元400的报警信息形式(如声光电的形式)；最终的光的输出功率及上限、输出波长、激光器的光路形式；元器件库单元200库存量报警的上下限；功率调整控制部112的工作方式。

模拟计算模块通过模拟软件计算，例如内嵌的软件LasCad，结合系统以前的设计参数，例如激光器的增益模块、谐振腔的类型和参数、反射镜的反射率等，给出库存单元中相应的输出镜、反射镜和泵浦源的规格型号。

功率调整控制部112智能调整泵浦源的输出参数、调整反射镜、输出镜的镜架参数，例如位置以及XYZ轴的方向。

功率监测部113实时显示输出的光功率并将实时的光功率发送给上位机111显示，当输出的光功率大于上限阈值后，发送相应的报警信息给总控单元控制部110。

进一步的，平台包括自下而上依次设置的支撑层、底层、中间层和表面层，支撑层为高度可调节的支撑柱，支撑柱底部设有用于移动平台的滚轮，中间层设有环控单元400的流道及泵浦源的供电走线，表面层设有用于移动元器件的沟道。

平台单元结构上由支撑层、底层、中间层和表面层构成。功能上由平台单元控制部310分，平台单元可变支撑柱控制器311和平台单元表面控制器312构成。支撑柱内包含电动可升降支撑柱，表面层内包含电子水平仪，根据平台单元可变支撑柱控制器311发出的相应指令来自动调节平台的平衡度和高度。底层为平台的散热风扇413的安装部位。中间层安装环控单元400的泵及散热板411、液冷板412以及泵浦源的供电线。表面层被划分为A区和B区两部分，如图3所示，A区为器件入口区，B区为调光区，调光前将所选择的安装在镜架上的反射镜、安装在镜架上的输出镜以及泵浦源放置在此区域，然后连接电气接口和液冷接口，设置A区和B区两部分可以减少环控单元400的流道设计，A区可以不用设计散热流道，B区可以设计比较多的流道利于散热。平台表面层遍布沟道，反射镜和输出镜的镜架可以通过沟道在前后左右方向移动。

进一步的，自动调节镜架包括用于移动镜架位置的镜架移动部321、用于调节镜子高度的镜架伸缩部322、用于调节镜子角度的镜架偏转部323以及镜架控制部320，镜架移动部321、镜架伸缩部322和镜架偏转部323均与镜架控制部320信号连接，镜架控制部320与总控单元100双向信号连接，镜架移动部321滑动连接于平台上，镜架移动部顶部固定连接有镜架伸缩部322，镜架伸缩部322顶部固定连接有镜架偏转部323，镜架偏转部323上固定连接有镜子，其中，镜子为反射镜或输出镜。

安装镜子的镜架可以高精度角度转动，自带各个方向的限位信号，可以进行俯仰角和倾斜角的调节。

进一步的，环控单元400包括用于控制环控单元400正常运行的环控单元控制部410、用于给系统散热的泵及散热板411、液冷板412和风扇413，风扇413设置于平台的底层上，泵及散热板411、液冷板412设置于平台的中间层上，环控单元控制部410分别与泵及散热板411、液冷板412和风扇413信号连接，环控单元控制部410与总控单元100双向信号连接。

如图4所示，一种自动调光系统的使用方法，包括：

S100、启动系统；进一步的，启动系统过程为：根据激光器出光条件进行系统自检，主要包括环境温湿度、冷却水循环和供电检测，然后根据激光器的输出功率大小，对激光器进行加载。

S200、平台调水平；利用平台的电子水平仪和可调节的支撑柱将平台调平衡，具体的实现方式为：通过电子水平仪判断并测量出平台的偏移角度，并将具体数值反馈给平台单元控制部310，平台单元控制部310再向平台单元可变支撑柱控制器311发送调节信号，平台单元可变支撑柱控制器311控制可调节的支撑柱进行升降调节，通过反复调试，直到电子水平仪显示平台已经水平。

S300、模拟计算选择输出镜、反射镜和泵浦源的型号；在控制单元的上位机111界面中给出输入条件，如输出功率≥100W，激光器的波长1064nm，激光器的光路直线腔，控制单元进行相应的计算后，计算出输出镜、反射镜、泵浦源的相应参数，计算后控制单元根据元器件库的情况给出现有库存条件下可供使用的实物规格型号，反射镜的泵浦源为自主研发的激光二极管侧面泵浦的模块，作为一个独立器件，通过加电和通水进行激光增益产生，反射镜由1064nm的高反镜和部分反射镜组成，其中，高反镜即对1064nm激光的反射率大于99％，部分反射即对1064nm激光的反射率为50％。进一步的，模拟计算选择输出镜、反射镜和泵浦源的型号的方法为：在控制单元输入给定的输出功率、激光器的波长和激光器的光路，控制单元通过模拟软件进行相应的计算后，参照预先测量并输入的实验数据，计算输出镜、反射镜和泵浦源的相应参数，计算后控制单元根据元器件库的存储情况给出现有库存条件下可供使用的输出镜、反射镜和泵浦源的规格型号。

S400、设置参数；基于激光器的出光阈值和最高输出功率所对应的电流参数，在控制单元中设置环控单元400的工作温度以及泵浦源输入输出的上下限参数；也可以根据客户定制低、中、高功率输出的档数进行泵浦源电流的设置。

S500、物品摆放运动到位；将控制单元选好的输出镜、反射镜和泵浦源摆放在平台上的器件入口区，安装好电气接口和液冷接口，然后总控单元100控制自动可调式镜架和泵浦源进行滑动，滑动到总控软件模拟后给出的具体的位置；将电气接口和液冷接口通过标准航插接头安装到平台上，然后总控单元100控制自动可调式镜架和泵浦源进行滑动，滑动到总控软件模拟后给出的具体的位置。

S600、功率逐步加载并监测输出功率，通过闭环算法调节镜架；运动到模拟位置后，总控单元控制部110通过功率监测部113实时获得最终的输出光功率，并通过功率调整控制部112的闭环算法来调整功率；进一步的，功率调整控制部112的闭环算法具体为：功率调整控制部112控制泵浦源的输入电压、电流逐步实现功率的梯度加载，直至设定的满功率；若功率变低，调节输出镜的俯仰角度，直到功率出现最大值并开始出现下降趋势的节点时停止调节，然后调节输出镜的偏置角度，直到功率出现最大值并开始出现下降趋势的节点时停止调节。如果向上调节时，输出功率成上升趋势，一直向上调节，直到功率出现最大值并开始出现下降趋势时，如果向上调节时，输出功率成下降趋势，则需要迅速改变方向，向下调节直到功率出现最大值。

S700、所有的输出参数达到给定的参数后，系统自动固化所有的参数，其中，给定的参数为根据不同的加载电流对应的激光输出功率，根据所需激光功率的大小对应的加载电流所固化的参数。例如，需要满功率输出，即满电流加载(这个电流是固化的)，系统通过检测输出功率可以间接判断加载的电流或输出的功率是否达到了设定参数。

系统的启动和停止、撤收，按照一定的流程完成。激光器出光时间结束后，激光器电源停止加载，即激光器停止出光；在激光器出光过程中，出现报警，激光器停止加载。在水路环节加入测压、测流量的探测器，偏离正常值范围，随即报警，等待系统作出停水停电措施，并在水路易出现渗水、漏水的环节安装漏水、渗水检测装置(如贴变色试纸等)，定期对检测装置进行检查。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。