本发明涉及激光指示器的激光能量，尤其涉及一种激光指示器整机输出激光能量调试的工艺方法。
背景技术：
1、激光是受激辐射的光，是受泵浦光源激励而发射的光。本激光指示器的激光器采用了半导体巴条泵浦的工作方式。半导体泵浦固态激光器，具有光-光转换效率高，光束质量好，结构紧凑，重量轻，寿命长的特点。
2、激光指示器整机输出的激光能量是激光指示器最重要的技术指标。
3、涉及到本激光指示器整机输出激光能量方面的指标，具体体现在以下四个方面：
4、1、激光连续照射时间：重复频率20hz。单照：一次照射时间不小于17s，间隔10s，连续照射8个周期；快照：一次照射时间不小于47s，间隔30s，连续照射4个周期。
5、2、每个周期中，激光脉冲能量的平均值必须大于60mj。
6、3、每个周期中，激光脉冲能量必须相对稳定。激光脉冲能量(激光刚发射的前2s的能量除外)的波动量≤8％。
7、4、在整个环境温度-40℃到+60℃范围以内，本激光指示器整机输出的激光能量均必须达到以上要求。
8、半导体巴条的发光效率受温度影响较大，而且这种受温度影响的变化各不相同，没有一定的规律可循。
9、整机输出的激光能量如何才能够在整个环境温度-40℃到+60℃范围以内均能够满足技术指标要求？调试的理论依据是什么？整机输出激光能量的调试有哪些主要内容，怎么实施调试？调试过程是个动态过程，调试人员应采取怎样具体的调试方法，如何通过对相关项目进行操作，实施对本激光指示器整机输出能量的调试以及调试中有哪些注意事项等。
10、查阅了涉及相关激光指示器的生产制造方面的资料，激光指示器整机输出激光能量的调试尚没有一个比较完善的工艺方法，没有查阅到符合批量生产需求的、全温度范围内整机输出激光能量调试的工艺技术。
11、本发明，结合本激光指示器的生产实际，比较完整地叙述了整机输出激光能量的调试工艺，生产过程，操作步骤，制造方法，调试注意事项等，突破了现有技术，符合本激光指示器批量生产的需求，该方法对一般激光指示器的生产具有普遍的指导意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种工艺技术，一种激光指示器整机输出激光能量调试的工艺方法。
2、全温度范围内整机调试的理论依据是：随着温度的升高和泵浦光源本身温升的影响，半导体巴条的电光转换效率会下降，需要通过对应加大半导体巴条的注入电能量进行调试补偿。调试的方法主要有两种：一种是增强半导体巴条的发光强度，即增大注入的放电电流；另一种是增加半导体巴条的发光时间，即增加注入的放电脉冲的宽度。注入补偿的量值要恰当，要与相应的环境温度相适应，跟随环境温度变化而变化。
3、本激光指示器除了设计上采用相应的措施以外，工艺上采取全温度范围内(-40℃～+60℃)分点分区的调试方法，通过改变泵浦光源注入电能量的方法，弥补激光器输出能量随温度变化的不足，达到全温度范围内输出的动态激光能量能够满足大于60mj的要求。
4、本激光指示器的激光器，设计上采用了主动调q的工作方式。这就带来了封锁电压、延时时间和退压的概念。主动调q都有一个封锁、延时、退压的过程。这一过程是：电路在充电期间，q开关一直处于关闭状态，这需要在q晶体两端一直施加高压，这就是封锁电压。放电期间，激光产生。但谐振腔中的激光能量又有一个增长的过程，从放电到激光产生到谐振腔中激光能量达到最大值，从而打开q开关让激光释放出去之间的时间，就是延时时间。延时结束，立即打开q开关，封锁电压瞬间下降到零，让激光迅速发射出去，这就是退压。
5、从充电到输出激光之间的工作原理是：充电完成后1ms开始放电，放电脉宽100us～200us，放电期间一直施加封锁电压，并延时，待到激光器中能量储存到最大时，进行退压，封锁电压在20ns内下降到0v，打开q开关，输出激光。
6、封锁电压调试的理论依据是：每台激光器都有自己的封锁电压和封锁电压的区间，封锁电压的实际值必须落在封锁电压区间之内，高于上限电压a，或者低于下限电压b都不能将谐振腔里的激光封锁住，都会产生漏光。常温，通常应该将封锁电压调试到封锁电压区间的中间值，即(a+b)/2。这样，才能够做到任何温度下使得实际封锁电压始终落在封锁电压的区间之内。
7、延时时间调试的理论依据是：谐振腔中的激光能量有一个增长的过程，放电时刻，激光产生并进行增长，待谐振腔中激光能量达到最大值时让其瞬间释放出去，这一延时时间，每个激光器都不尽相同，需要调试。
8、本激光指示器由箱体、连接电缆、操作控制软件组成。箱体内部，涉及到整机输出激光能量调试工艺相关的部件主要有：激光部件，充电电源模块，放电电源模块，调q高压电源模块，控制电路板部件，温度稳定部件等。
9、连接电缆的一端通过插头与激光指示器箱体上的插座相连；另一端通过28v电源线、rs422双向转换器等与上位机(计算机)相连。
10、调试人员通过对上位机操作界面的相关项目进行操作，经控制软件，对激光指示器实施电源的开与关，整机自检，测距、照射、激光编码等全部工作过程的控制……并通过对上位机操作界面的操作，实施对本激光指示器整机输出能量的调试。
11、影响激光指示器整机输出激光能量的主要因素有四种：1、放电电流；2、放电脉冲宽度；3、封锁电压；4、延时时间。
12、调试人员通过在计算机操作界面上分别改变这四种数据，达到对注入泵浦光源的电能量和整机控制参数的改变，逐步完成对整机输出激光能量的调试。
13、激光指示器的控制电路、软件具有记忆功能。调试时，在不同的环境温度下，输入以上不同的四种数据，只要运行一次，软件就会将四种数据连同环境温度一起记忆下来，下一次再遇到相同的温度控制区间，上位机运行，工作界面进行自检后，计算机就会自动显示并读取该温度控制区间的四种数据并进行执行。
14、所述的一种激光指示器整机输出激光能量调试的工艺方法分为六个步骤：步骤1、整机常温输出能量的调试；步骤2、四种参数独立作用的实验；步骤3、极限温度点调试试验；步骤4、极限温度点验证试验；步骤5、全温度范围分点分区调试试验；步骤6、全温度范围分点分区验证试验。
15、步骤1：整机常温输出能量的调试(“初始基本数据”的建立)
16、本激光指示器整机常温调试是在激光器部件输出激光能量调试并合格以后的基础上进行的。
17、激光器部件的独立调试是利用ldd-3000型半导体激光器驱动电源作为能源，给激光器部件提供充电和放电电源，对激光器注入一定的放电电流、放电电压和放电脉宽，在额定重复频率下驱动激光器工作并调校激光器各零件，使得激光器部件在环境温度-40℃到+60℃范围以内，输出的重复频率激光的静态能量达到60mj。
18、激光器部件的独立调试还利用rk2672am型耐压测试仪和相关退压电路板，提供可调的高压电源并进行退压，对激光器进行封锁区间的检测和调试，使得封锁电压的区间在1600v～2200v范围之内(封锁电压的区间越宽越好)。
19、激光器部件独立调试时，其输出能量必须全数达到整机输出能量的技术指标。
20、整机常温初步测试的特征是：用本激光指示器产品内部的电路系统，代替半导体激光器驱动电源和耐压测试仪等设备和退压电路板，对本激光指示器整机输出激光能量进行调试。
21、首先，整机调试人员要在常温下对激光器部件的性能指标进行复检，即采用该整机的电子部件代替激光器部件调试的仪器，对整机输出的激光能量进行调试，其方法和过程与激光器部件单独调试和检验的方法基本相同，目的是验证该整机的各电子部件联合工作时所达到的输出激光能量的结果。通过复检，可以充分了解并掌握所用激光器部件的现状。
22、整机调试人员应参照该机安装的激光器部件的常温调试数据，确定整机的放电电流、放电脉冲宽度、封锁电压、延时时间这四种参数，在计算机操作界面对应输入数据，用该整机内部的电路进行系统控制和发射激光，进行整机的自检，测距、照射、激光编码等工作。
23、调试人员在计算机操作界面上输入的四种数据通常是16进制的数。这些16进制的数与实际的电流、脉宽、电压、时间之间存在着对应关系。例如，放电电流的0820对应实际电流180a，放电脉冲宽度的0055对应实际脉宽110us，封锁电压的0800对应实际电压1920v，延时时间的000c对应实际时间8us等等。
24、输入的四种数据中：
25、放电脉冲宽度每个数之间步距2us。例如0055对应110us，则0056对应112us，0057对应114us……
26、延时时间每个数之间步距1us。例如000c对应8us，则000d对应9us，000e对应10us……
27、放电电流的每个数之间的步距没有完全的比例关系，但是，它们也是同样随着16进制数的增加而递增。
28、封锁电压则不同，封锁电压的每个数之间的变化没有完全的比例关系，其规律是：每个数随着16进制数的增加而递减。
29、激光器采用25根半导体巴条进行泵浦，每根巴条工作电压为2v，实际工作电压50v。在整机调试之前，充电电压应预先调试，通常将充电模块的充电电压通过模块上的电位器，调节到70v。
30、四种调试参数的确定：
31、依据“施加在半导体激光器巴条上的工作电流越大，其热阻越小，光转化效率越高”的理论，工艺上采取相对优先固定放电电流，调节放电脉冲宽度的方法，即首先让放电电流处于较大的值，例如180a，通过调节脉冲宽度来调节注入泵浦光源的能量。这样，两种变量相当于暂时减少了一种变量，给调试带来了方便。
32、常温首次用整机内部的电路系统驱动激光器工作时：
33、放电电流取较大的值：180a(对应输入0820)。
34、放电脉冲宽度则取中间的值：120us(对应输入005a)。
35、封锁电压则直接参照激光器部件封锁电压的区间，将封锁电压调试到封锁电压区间的中间值，即(a+b)/2。例如：激光器部件检测的封锁电压是1400v～2200v，封锁区间是800v就将封锁电压调试在1800v(对应输入0a00)。
36、在四种参数中，延时时间对输出能量的影响较小，可直接取一定的微秒数。例如：取5us(对应输入0009)。
37、用激光能量计检测激光指示器整机输出的动态激光能量，应在65mj～75mj之间，如果能量太高，则减少放电脉冲宽度的时间，反之则增加放电脉冲宽度的时间。例如：将放电电流的0820，放电脉冲宽度的005a，封锁电压的0a00，延时时间的0009输入计算机操作界面对应的方框中操作以后，用20hz工作，探测整机输出的激光能量为89mj，大于65mj～75mj，则将放电脉冲宽度的数据修改为0055(对应从120us减小为110us)。再测，输出能量为72mj(在65mj～75mj之间)。
38、我们把以上经过调整后，使得激光指示器输出的激光能量在65mj～75mj之间的四种数据，即放电电流0820，放电脉冲宽度0055，封锁电压0a00，延时时间0009，叫做“初始基本数据”。
39、步骤2：四种参数独立作用的实验
40、影响整机输出激光能量的因素有四种，单独改变一种数据，其它三种不变，利用步骤1中的“初始基本数据”分别进行实验，分别得出在操作界面上输入的16进制四种数据与实际施加的放电电流、放电脉宽、封锁电压、延时时间之间的对应关系，先后采用下列方法：
41、a、单独改变放电电流输入数据的检测方法
42、波形检测的方法是：用示波器的一根探头测放电信号，一根测退压信号，并以退压信号作同步，以机壳为地进行检测。放电模块内部，放电电流经过10mω电阻接地，故在该电阻的上端可以同时检测放电电流(幅度1v对应100a)和放电脉冲宽度，这就是放电信号。退压波形用导线在封锁电压线上绕1～2圈，取其感应信号进行检测即可。这样，在一幅图上同时检测放电电流、放电脉宽和延时时间。
43、输入不同的放电电流16进制数据，检测其对应的实际输出的电流值并测试整机输出的激光能量。方法是：
44、在计算机操作界面上对应项目输入数据，其中放电脉冲宽度、封锁电压、延时时间都与初始基本数据相同，即放电脉冲宽度0055、封锁电压0a00、延时时间0009，单独改变放电电流的输入数据。放电电流输入数据从0300到0c00递增，相邻间隔50，即：0300，0350，0400……直到0c00，每个放电电流的数据与放电脉冲宽度0055、封锁电压0a00、延时时间0009组成一组，这样，共组成20组数据，分别启动整机工作，同时用示波器检测放电电流，用激光能量探测器检测整机输出的激光能量。
45、b、单独改变放电脉冲宽度输入数据的检测方法。
46、输入不同的放电脉冲宽度16进制数据，检测其对应的实际输出的脉冲宽度并测试整机输出的激光能量。
47、波形检测的方法与单独改变放电电流输入数据的检测方法相同。
48、在计算机操作界面上对应项目输入数据，其中放电电流、封锁电压、延时时间都与初始基本数据相同，即放电电流0820、封锁电压0a00、延时时间0009，单独改变放电脉宽的输入数据。放电脉宽输入数据从0050到0077递增，相邻间隔1，即：0050，0051，0052……直到0077，每个放电脉宽数据与放电电流0055、封锁电压0a00、延时时间0009组成一组，这样，共组成40组数据，分别启动整机工作，同时用示波器检测放电脉宽，用激光能量探测器检测整机输出的激光能量。
49、c、单独改变延时时间输入数据的检测方法
50、输入不同的延时时间16进制数据，检测其对应的实际输出的延时时间并测试整机输出的激光能量。
51、波形检测的方法与单独改变放电电流输入数据的检测方法相同。
52、在计算机操作界面上对应项目输入数据，其中放电电流、放电脉宽、封锁电压都与初始基本数据相同，即放电电流0820、放电脉冲宽度0055、封锁电压0a00，单独改变延时时间的输入数据。延时时间输入数据从0001到000f递增，相邻间隔1，即：0001，0002，0003……每个放电脉宽数据与放电电流0055、放电脉冲宽度0055、封锁电压0a00组成一组，这样，共组成15组数据，分别启动整机工作，同时用示波器检测延时时间，用激光能量探测器检测整机输出的激光能量。
53、延时时间的确定：按照以上单独改变延时时间输入数据的检测方法，从15组数据中，选择输出激光能量最大的延时时间，作为修改后的延时时间。例如，修改为0002。
54、d、单独改变封锁电压输入数据的检测方法。
55、在计算机操作界面上的当前模式一栏中，有整机的三种工作模式可以供选择：静态光；动态无退压；动态，正常退压。
56、静态光的模式是：不给产品施加封锁电压，即产品不经过封锁、延时、退压的过程，无封锁电压，让激光直接发射出去的模式。这时，整机输出的激光叫静态光。
57、动态无退压的模式是：封锁电压处于封锁区间之内并一直给调q晶体施加封锁电压，但不进行退压。这是独立考核激光(在延时时间之内)能否被可靠封锁住，不漏光的模式。
58、动态，正常退压模式，即正常工作模式。这时整机输出的激光叫动态光。通常，动态激光与静态激光的能量之比，应大于1.2∶1。
59、封锁电压的修正与输入方法：在计算机操作界面上对应输入以下数据：放电电流0820，放电脉冲宽度0055，封锁电压0800，延时时间0002。在当前模式一栏中选择动态无退压模式。这时，调q晶体会一直被封锁。用高压探头直接在调q模块的输出端检测0800所对应的封锁电压，调节封锁电压模块上的电位器，使封锁电压为1920v。这样可以做到本激光指示器的每一台16进制的0800都对应实际封锁电压均为1920v。
60、在计算机操作界面上先后输入封锁电压0100、0200、0300……直到0f00，共15个数，用高压探头在调q模块的输出端同步检测15个数各对应的封锁电压值。记录下在计算机界面输入不同的16进制封锁电压数据与调q模块输出的封锁电压值之间的这15组数据之间的对应关系。
61、通过以上四种调试参数独立作用于整机的实验，分别得出了在操作界面上输入的16进制四种数据，得出了与实际施加的放电电流、放电脉宽、封锁电压、延时时间与输出的激光能量之间的对应关系。
62、以上共90组数据，是调试本激光指示器的基本参考数据。这种可以将其命名为“×××激光指示器四种调试参数独立作用实验结果的卷宗”，是调试和维修人员需要经常查阅的调试技术档案，是进行有目的地调试出整机合格产品的必要条件。
63、步骤3：极限温度点调试试验
64、a、高温+60℃极限温度下的调试方法
65、参考激光器部件高温+60℃的调试数据和四种调试参数独立作用的实验结果，四种参数，在放电电流0820，放电脉冲宽度0055，封锁电压0800，延时时间0002的基础上，逐步修改完成。
66、起初，工作频率可选1hz或5hz，先修改放电脉宽数据，改变放电时间，直到输出动态激光能量达到65mj～75mj。例如，修改为0062。
67、放电电流0820对应180a，已经较大，暂不修改。
68、单独修改延时时间16进制数据，通过比较，找出高温+60℃对应最大能量的数据。例如，修改为0004。
69、封锁电压修改判断方法有两种：能量波形判断法和漏能量判断法。
70、能量波形判断法：
71、输入封锁电压的16进制数，从0800，以步距100向0100减，分别启动整机工作，并用能量计检测一个周期内输出能量的波形。波形应平整，无大幅波动。如果能量波形抖动厉害，波动大，界面上的检测结果出现乱数，那就是封锁电压的上限。再从0800，以步距100向0f00加，分别启动整机工作，并用能量计检测一个周期内输出能量的波形。如果能量波动大，检测结果出现乱数，那就是封锁的下限。找出上限a和下限b后，取其中间值即可，例如，修改为0900。
72、漏能量判断法：
73、选择工作模式为动态无退压。输入封锁电压的16进制数，从0800，以步距100向0100减，分别启动整机工作，并用能量计3mj量程档检测输出能量，封锁区间应检测不到能量，如果出现漏能量，那就是封锁的上限。输入封锁电压的16进制数，从0800，以步距100向0f00加，分别启动整机工作和用能量计3mj量程档检测输出能量，如果出现漏能量，那就是封锁的下限。同样，知道上限a和下限b后，取其中间值。例如，修改为0900。
74、这样，我们找出了极限高温+60℃下的四种参数。例如：放电电流0820，放电脉冲宽度0062，封锁电压0900，延时时间0004。
75、在极限高温下的检测中，影响能量输出的四种参数都是可以视情修改的，修改后，产品将自动保存+60℃下最后一次修改好的数据。
76、将工作频率修改为20hz，启动整机工作，用能量计300mj量程档检测，输出激光能量应达到65mj～75mj。
77、激光连续照射：重复频率20hz。一次照射时间17s，每个周期间隔10s，连续照射8个周期，激光脉冲动态能量的平均值应大于65mj。
78、每个周期中，激光脉冲能量(激光刚发射的前2s中的能量除外)的波动量应≤8％，即：(emax-emin)/2(eave)≤8％。
79、b、低温-40℃极限温度下的调试方法
80、低温-40℃极限温度下的调试方法及要求参照高温+60℃极限温度下的调试方法进行，直到找出了极限低温-40℃下对应的四种参数，整机输出的激光能量满足技术指标要求。
81、步骤4：极限温度点验证试验
82、验证试验在高温+60℃和低温-40℃两种极限温度下分别进行。
83、能量验证试验时的产品放置、能量计探头与产品的距离等状态应该与调试试验时的状态一致。对应采取的方法是：在高温+60℃和低温-40℃调试工作结束以后，不允许打开高、低温箱门，激光探头位置不允许改变，在调试工作结束以后应接着进行激光能量的验证试验。
84、验证过程与调试过程基本相同，调试试验中输入的调试数据都已经存储在产品中。
85、能量验证试验的作用完全是验证。不要在操作界面上对影响产品能量的参数进行改动。验证试验应按照本激光指示器整机输出的激光能量指标进行考核。如果验证试验不合格，应重新进行极限温度点的调试试验和验证试验。
86、步骤5：全温度范围分区分点调试试验
87、本激光指示器全温度范围(高温+60℃到低温-40℃)分5个测试点：+50℃、+40℃、+25℃、+5℃、-20℃；6个区间：+50℃以上、+40℃～+50℃、+25℃～+40℃、+5℃～+25℃、-20℃～+5℃、-20℃以下。高温+60℃和低温-40℃已经进行了调试和验证，实际需进行45℃、30℃、15℃、-10℃四种环境温度下的调试；
88、四种环境温度下的调试流程是：从高温到低温，先进行45℃下的调试，再分别进行30℃、15℃和-10℃下的调试。
89、各种环境温度下的调试方法参照高温+60℃下的调试方法进行，直到找出各温度下对应的四种参数，整机输出的激光能量满足技术指标要求。
90、以上5个温度点6个区间，根据输出能量的需要，工艺上还可以与设计软件一起，视情修改为：6个点7个区间，7个点8个区间……甚至22个点23个区间等。
91、步骤6：全温度范围分区分点验证试验
92、分别按照从从高温到低温的顺序进行45℃、30℃、15℃、-10℃共四种环境温度下的验证试验。
93、参照极限温度点的验证试验方法进行验证试验，直到找出各温度下对应的四种参数，整机输出的激光能量满足技术指标要求。
94、调试过程中的注意事项和操作方法还有：
95、a、激光指示器在环境温度试验箱内的放置方法：激光指示器发射天线中线不要与温度试验箱窗口玻璃完全垂直，略有倾斜(3°以内)。工作中应始终盖好激光指示器的接收天线罩，防止高灵敏的激光接收探测器受到损伤。
96、b、窗口玻璃的衰减系数确定方法：将产品通过连接电缆与计算机相连，常温的相关数据已经存储在计算机中，直接进行操作；在温度试验箱开门状态下，检测激光指示器平均能量e1，然后在温度试验箱关门状态下通过高低温箱玻璃窗口发射激光再检测平均能量e0，按照公式s＝e1/e0，计算出高低温箱窗口的能量衰减系数s，作为高低温下产品在箱内通过窗口玻璃对外发射激光，能量计测出激光能量后的折算依据。
97、c、电源供电限制方法：激光指示器在环境试验箱内调试过程中，只有在产品工作时，才能够打开直流供电电源，让产品通电工作；产品不工作时，都应将直流稳压电源关闭，以保持激光指示器内部环境温度的相对稳定。
98、d、整机电光转换效率的计算方法：电光转换效率＝输出激光能量/输入电能量(电流×实际电压×脉宽)。
99、例如：
100、输入电能量＝电流a×实际电压v×脉宽110us×10-6
101、＝180a×50v×110us×10-6
102、＝0.99(j)
103、电光转换效率＝输出激光能量/输入电能量
104、＝0.072(j)/0.99(j)
105、＝7.27％
106、e、输出能量变低的解决方法：调试中如果出现在同样温度和同样四种参数的条件下，输出能量比以前低7mj～10mj甚至更多，这说明激光光路出现了污染，其原因往往是安装激光器时，环境空气潮湿，清洁度不高，安装后激光器没有密封好，漏气，外部潮湿和不洁空气的侵入等。必须明白，激光光路出现了污染是会发展的，发现后应该及时打开激光器对光路进行清擦，并同步进行干燥和密封处理。保证激光能量稳定的措施是，激光光路必须要做到“三高”和“三不”：高清洁度，高干燥度，高密封度；光路不污染，器件不走动，供电的电参数不变化。
1.一种激光指示器整机输出激光能量调试的工艺方法，其特征是：包括有下列六个步骤：步骤1、整机常温输出能量的调试；步骤2、四种参数独立作用的实验；步骤3、极限温度点调试试验；步骤4、极限温度点验证试验；步骤5、全温度范围分点分区调试试验；步骤6、全温度范围分点分区验证试验。
2.根据权利要求1所述激光能量调试的工艺方法，其特征在于，所述整机常温输出能量的调试，采用下列步骤：
3.根据权利要求1所述激光能量调试的工艺方法，其特征在于，影响整机输出激光能量的因素有四种，单独改变一种数据，其它三种不变，利用步骤1中的“初始基本数据”分别进行实验，分别得出在操作界面上输入的16进制四种数据，与实际施加的放电电流、放电脉宽、封锁电压、延时时间之间的对应关系，先后采用下列方法：
4.根据权利要求1所述激光能量调试的工艺方法，其特征在于：所述极限温度点调试试验采用下列步骤：
5.根据权利要求1所述激光能量调试的工艺方法，其特征在于：所述极限极限温度点验证试验采用下列步骤：
6.根据权利要求1所述激光能量调试的工艺方法，其特征在于：所述全温度范围分点分区调试试验采用下列步骤：
7.根据权利要求1所述激光能量调试的工艺方法，其特征在于：所述全温度范围分点分区验证试验，采用下列方法：
8.根据权利要求1所述激光能量调试的工艺方法，其特征在于，调试过程中的注意事项和操作方法还有：
