高功率軸快流CO2激光器原理結(jié)構(gòu)

1、設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波1高功率高功率軸快流軸快流CO2CO2激光器激光器原理結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波2軸快流軸快流CO2激光器基本原理激光器基本原理設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波3光的受激輻射光的受激輻射設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波4CO2CO2激光器的受激輻射激光器的受激輻射設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波5激光工作物質(zhì)激光工作物質(zhì)全全反反射射鏡鏡半半反反射射鏡鏡激光工作原理激光工作原理：out光放大原理光放大原理設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波6激光的特性激光的特性單色性單色性 相干性相干性 方向性方向性設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波7激光模式激光模式TEM00 Mode4000Watts設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波8光束質(zhì)量參數(shù)光束質(zhì)量參數(shù)

2、設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波9軸快流軸快流CO2CO2激光器的誕生激光器的誕生軸快流CO2激光器是在早期的封離式圓形玻璃管縱向激勵(lì)CO2激光器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。1965年，Bridge和Petel將放電管壁的溫度冷卻到-60C以下來提高激光器的輸出功率。 Moeller, Rigder8以及Patel9等人則采用風(fēng)冷和水冷的方式來使放電管冷卻。1969年Cool等人將快速流動(dòng)技術(shù)引入到了這種激光器中，通過工作氣體的高速流動(dòng)來使其冷卻，從而獲得了較高功率的激光輸出。 軸快流CO2激光器設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波10直流激勵(lì)軸快流直流激勵(lì)軸快流CO2CO2激光器激光器設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波11射頻激勵(lì)軸快流射頻

3、激勵(lì)軸快流CO2CO2激光器激光器1 激光諧振腔 2 諧振腔鏡片 3 放電電極 4 渦輪風(fēng)機(jī) 5 真空泵 6 電磁閥7 風(fēng)機(jī)出氣口換熱器 8 風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口換熱器 設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波12軸快流激光仍將是工業(yè)加工中的主流激光器軸快流激光仍將是工業(yè)加工中的主流激光器薄板+ 3D切割：光纖激光器占優(yōu)厚板+非金屬/金屬+切割+價(jià)格：CO2激光器具有明顯優(yōu)勢來自德國來自德國“FraunhoferFraunhofer研究所研究所”研究結(jié)果研究結(jié)果設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波13TrumpfTrumpf最新最新10kW10kW激光器激光器設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波14HUST&OVL ConvergentHUST&OVL

4、Convergent研究成果研究成果設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波15激光切割的市場需求激光切割的市場需求德國德國Trumpf推出了功率高達(dá)推出了功率高達(dá)12kW的的CO2激光復(fù)合加工機(jī)和功率高達(dá)激光復(fù)合加工機(jī)和功率高達(dá)15kW的三維的三維CO2激光切割機(jī)，表明了激光加工裝備的高功率發(fā)展趨勢！激光切割機(jī)，表明了激光加工裝備的高功率發(fā)展趨勢！德國德國Trumpf 的的15kW-CO2激光三維激光切割機(jī)激光三維激光切割機(jī)德國德國Trumpf 12kW-CO2激光切激光切割、焊接和表面處理復(fù)合加工機(jī)割、焊接和表面處理復(fù)合加工機(jī)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波16重大行業(yè)應(yīng)用重大行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)代船舶制造中已開始大量使用的輕型現(xiàn)

5、代船舶制造中已開始大量使用的輕型“三明治三明治”多層空心結(jié)構(gòu)厚鋼板的多層空心結(jié)構(gòu)厚鋼板的切割加工，更是對萬瓦軸快流激光切割裝備提出了迫切需求。切割加工，更是對萬瓦軸快流激光切割裝備提出了迫切需求。德國德國Trumpf公司的公司的12kW-20kW軸快流軸快流CO2激光器已用于世界上許多大型船激光器已用于世界上許多大型船廠的生產(chǎn)線上，可大大提高船舶的有效載荷，并大幅度減低制造成本。廠的生產(chǎn)線上，可大大提高船舶的有效載荷，并大幅度減低制造成本。 日本的日本的Kawasaki重工等造船企業(yè)已經(jīng)安裝了高功率激光平板切割系統(tǒng)。德國的重工等造船企業(yè)已經(jīng)安裝了高功率激光平板切割系統(tǒng)。德國的Meyer Wer

6、ft也安裝了四臺(tái)也安裝了四臺(tái)12KW的的CO2激光器，用來焊接不同長度的船體加強(qiáng)桿激光器，用來焊接不同長度的船體加強(qiáng)桿 設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波17Trumpf軸快流軸快流CO2激光器概述激光器概述設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波18激光器構(gòu)成激光器構(gòu)成冷水機(jī)冷水機(jī)激光發(fā)生器激光發(fā)生器操作面板操作面板控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)射頻電源射頻電源設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波19激光發(fā)生器構(gòu)成激光發(fā)生器構(gòu)成渦輪風(fēng)機(jī)渦輪風(fēng)機(jī)熱交換器熱交換器激光諧振腔激光諧振腔激光器支撐激光器支撐功率計(jì)功率計(jì)光閘光閘設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波20激光諧振腔構(gòu)成激光諧振腔構(gòu)成轉(zhuǎn)折鏡轉(zhuǎn)折鏡窗口與尾鏡窗口與尾鏡放電管放電管設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波21基本工作原理基本工

7、作原理設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波22Trumpf CO2激光器諧振腔激光器諧振腔設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波23軸快流軸快流CO2CO2激光器常用激光諧振腔激光器常用激光諧振腔尾鏡窗口單折腔U形多折腔矩形多折腔設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波24諧振腔結(jié)構(gòu)諧振腔結(jié)構(gòu)USUS：轉(zhuǎn)折鏡：轉(zhuǎn)折鏡 RSRS：尾鏡：尾鏡 ASAS：窗口：窗口設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波25Trumpf12000Trumpf12000諧振腔結(jié)構(gòu)諧振腔結(jié)構(gòu)1 1、角鏡體、角鏡體 2 2、光橋、光橋 3 3、回氣座、回氣座 4 4、輸出鏡座、輸出鏡座光橋要求：光橋要求：1 1、溫度穩(wěn)定性好、溫度穩(wěn)定性好2 2、抗形變性能好、抗形變性能好3 3、防振性能好、防

8、振性能好設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波261 1、窗口、窗口 2 2、尾鏡、尾鏡 3 3、轉(zhuǎn)折鏡、轉(zhuǎn)折鏡 4 4、轉(zhuǎn)折鏡安裝組件、轉(zhuǎn)折鏡安裝組件設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波27諧振腔鏡片諧振腔鏡片鏡子類型材料直徑反射率曲率半徑轉(zhuǎn)折鏡銅（鍍膜）60mm99.7% p-偏振方向99.9% s-偏振方向平面輸出鏡ZnSe（鍍膜） 1.6540%外面：30 mcx里面：30 mcc 尾鏡GaAs（鍍膜）1.6599.7%外面：平面里面：30 mcc設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波281 1、調(diào)節(jié)垂直方向、調(diào)節(jié)垂直方向2 2、調(diào)節(jié)水平方向、調(diào)節(jié)水平方向設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波29模式檢測工具模式檢測工具1 1、熱敏板、熱敏板 2 2、紫

9、外燈、紫外燈 設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波30檢測示意圖檢測示意圖1 1、熱敏板、熱敏板 2 2、紫外燈、紫外燈 3 3、激光束（尾鏡）、激光束（尾鏡）設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波31未調(diào)整好的模式分布未調(diào)整好的模式分布調(diào)整好的模式分布調(diào)整好的模式分布設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波32激光燒斑圖樣激光燒斑圖樣設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波33擴(kuò)束鏡擴(kuò)束鏡采用擴(kuò)束鏡延長激光加工的可用光程，在飛行光路激光加工中廣泛應(yīng)用。采用擴(kuò)束鏡延長激光加工的可用光程，在飛行光路激光加工中廣泛應(yīng)用。1 1、凹面鏡、凹面鏡 2 2、凸面鏡、凸面鏡a a、進(jìn)入的光束直徑、進(jìn)入的光束直徑 b b、離開的光束直徑、離開的光束直徑設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波34光閘

10、光閘設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波35Trumpf CO2放電結(jié)構(gòu)放電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波36直流放電結(jié)構(gòu)直流放電結(jié)構(gòu)36設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波37直流放電特點(diǎn)直流放電特點(diǎn)n電極位于放電管內(nèi)，放電方向與光束方向一致；n可以有多種電極結(jié)構(gòu)；n起輝電壓高，一般要使用觸發(fā)電極；n易產(chǎn)生放電不穩(wěn)定性，要求在陽極形成湍流；n不易調(diào)制：工頻直流電源，調(diào)制頻率一般最大為2kHz，開關(guān)電源，調(diào)制頻率一般最大為5kHz；n電源簡單，無輻射污染。37設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波38放電結(jié)構(gòu)放電結(jié)構(gòu)1 1、玻璃管、玻璃管 2 2、放電區(qū)、放電區(qū) 3 3、放電電極、放電電極設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波39射頻放電特點(diǎn)射頻放電特點(diǎn)u電極位于放

11、電管外，是電容耦合的橫向放電(放電方向垂直于光束方向)；u電極形狀要求嚴(yán)格，以提高放電的對稱性；u起輝電壓低；u放電均勻穩(wěn)定，無可見的放電輝光抖動(dòng)；u易于調(diào)制，調(diào)制脈沖頻率可達(dá)100kHz；u電源復(fù)雜，易產(chǎn)生輻射污染，電源及放電管須進(jìn)行屏蔽。39設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波40高功率連續(xù)放電（高功率連續(xù)放電（85mA85mA）放電管放電管4.2放電管放電管4.3放電管放電管4.1設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波41射頻放電射頻放電41設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波42多根放電管串聯(lián)多根放電管串聯(lián)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波43兩種放電結(jié)構(gòu)兩種放電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波44阻抗匹配阻抗匹配射頻電源射頻電源 13.56MHz 501

12、3.56MHz 50歐姆歐姆設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波45阻抗匹配器阻抗匹配器設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波46阻抗匹配布置阻抗匹配布置為每臺(tái)電源配置一個(gè)阻抗匹配器為每臺(tái)電源配置一個(gè)阻抗匹配器設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波47阻抗匹配布置阻抗匹配布置1 1、左匹配器、左匹配器 2 2、右匹配器、右匹配器 ASAS：窗口：窗口設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波48反射功率變化曲線反射功率變化曲線設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波49匹配網(wǎng)絡(luò)對反射功率的影響匹配網(wǎng)絡(luò)對反射功率的影響a a、正常的匹配曲線、正常的匹配曲線 b b、增長串聯(lián)線圈、增長串聯(lián)線圈 c c、減小串聯(lián)線圈、減小串聯(lián)線圈設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波50放電建立時(shí)間放電建立時(shí)間設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)

13、：李波51匹配失調(diào)的原因匹配失調(diào)的原因1 1、工作氣壓、工作氣壓2 2、氣體比例變化、氣體比例變化3 3、氣體純度、氣體純度4 4、氣體溫度、氣體溫度( (冷卻系統(tǒng)故障冷卻系統(tǒng)故障) )5 5、射頻功率幅值、射頻功率幅值6 6、射頻連接、射頻連接7 7、射頻電纜或電極物理位置、射頻電纜或電極物理位置8 8、參數(shù)、參數(shù)MD48MD48錯(cuò)誤錯(cuò)誤9 9、反射功率計(jì)故障、反射功率計(jì)故障設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波52Trumpf CO2氣體循環(huán)冷卻氣體循環(huán)冷卻設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波53免維護(hù)磁懸浮渦輪風(fēng)機(jī)免維護(hù)磁懸浮渦輪風(fēng)機(jī)羅茨風(fēng)機(jī)羅茨風(fēng)機(jī)渦輪風(fēng)機(jī)渦輪風(fēng)機(jī)磁懸浮渦輪風(fēng)機(jī)磁懸浮渦輪風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波54氣體

14、循環(huán)原理圖氣體循環(huán)原理圖設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波55風(fēng)機(jī)罩風(fēng)機(jī)罩1 1、渦輪風(fēng)機(jī)、渦輪風(fēng)機(jī) 2 2、葉輪、葉輪 3 3、風(fēng)機(jī)罩、風(fēng)機(jī)罩 4 4、熱交換器、熱交換器5 5、翅片管、翅片管 6 6、冷卻水入口、冷卻水入口 7 7、氣體入口、氣體入口 8 8、氣體出口、氣體出口設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波56渦輪風(fēng)機(jī)渦輪風(fēng)機(jī)熱交換器熱交換器設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波571 1、葉輪、葉輪2 2、外殼、外殼3 3、擴(kuò)散器、擴(kuò)散器A A、氣體入口、氣體入口B B、氣體出口、氣體出口設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波581 1、擴(kuò)散器、擴(kuò)散器2 2、葉輪、葉輪設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波59風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)1 1、葉輪、葉輪2 2、上保護(hù)軸承、

15、上保護(hù)軸承3 3、轉(zhuǎn)子（永磁）、轉(zhuǎn)子（永磁）4 4、定子、定子5 5、下保護(hù)軸承、下保護(hù)軸承6 6、驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)軸7 7、磁板、磁板設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波60定子定子1 1、水冷、水冷 2 2、開口、開口 3 3、線圈、線圈 4 4、電機(jī)電纜、電機(jī)電纜 5 5、電機(jī)溫度電纜、電機(jī)溫度電纜設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波611 1、正弦波濾波器、正弦波濾波器 2 2、變頻器、變頻器 3 3、混合濾波器、混合濾波器 4 4、操作面板、操作面板KP100KP100設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波62風(fēng)機(jī)控制原理風(fēng)機(jī)控制原理1 1、濾波器、濾波器 2 2、整流器、整流器 3 3、變頻器、變頻器 4 4、中間電路、中間電路5 5

16、、制動(dòng)斬波器、制動(dòng)斬波器 6 6、磁軸承控制器、磁軸承控制器 7 7、逆變器、逆變器 8 8、正弦波濾波器、正弦波濾波器 9 9、渦輪風(fēng)機(jī)、渦輪風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波63磁軸承控制器磁軸承控制器設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波641 1、徑向傳感器，上、徑向傳感器，上 2 2、徑向磁軸承，上、徑向磁軸承，上 3 3、控制器、控制器MBE-50 4MBE-50 4、軸向磁軸承、軸向磁軸承5 5、保護(hù)軸承，上、保護(hù)軸承，上 6 6、軸向傳感器、軸向傳感器 7 7、驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)軸 8 8、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子 9 9、定子、定子1010、保護(hù)軸承，下、保護(hù)軸承，下 1111、徑向磁軸承，下、徑向磁軸承，下 1212、速

17、度傳感器、速度傳感器 1313、徑向傳感器，下、徑向傳感器，下設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波651 1、供電電源、供電電源 2 2、控制電源、控制電源 3 3、控制器、控制器 4 4、磁軸承驅(qū)動(dòng)、磁軸承驅(qū)動(dòng)5 5、傳感器信號(hào)處理、傳感器信號(hào)處理 6 6、數(shù)字接口、數(shù)字接口 7 7、LCDLCD顯示顯示A A、到磁軸承的信號(hào)、到磁軸承的信號(hào) B B、磁軸承返回信號(hào)、磁軸承返回信號(hào)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波66風(fēng)機(jī)啟停曲線風(fēng)機(jī)啟停曲線設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波67氣體混和器氣體混和器氣體混和氣將三種工作氣體按照氣體混和氣將三種工作氣體按照特定的比例混合后沖入到激光器特定的比例混合后沖入到激光器真空腔內(nèi)。真空腔內(nèi)。設(shè)計(jì)：

18、李波設(shè)計(jì)：李波68氣體混合器原理圖氣體混合器原理圖設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波69激光器工作過程中的氣壓曲線激光器工作過程中的氣壓曲線1 1、抽氣、抽氣 2 2、自動(dòng)凈化、自動(dòng)凈化 3 3、充氣、充氣 4 4、Beam off 5Beam off 5、Beam on 6Beam on 6、Beam off 7Beam off 7、關(guān)機(jī)、關(guān)機(jī)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波70氣壓控制原理氣壓控制原理設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波71Trumpf CO2激光器功率檢測激光器功率檢測設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波72功率檢測方法輸出激光采樣功率檢測方法輸出激光采樣設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波73功率檢測方法尾鏡取樣檢測功率檢測方法尾鏡取樣檢測設(shè)

19、計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波74TrumpfTrumpf激光器功率采集激光器功率采集1 1、尾鏡、尾鏡 2 2、功率傳感器、功率傳感器 3 3、冷卻水、冷卻水 4 4、模擬量采集、模擬量采集設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波75Trumpf CO2激光器控制系統(tǒng)激光器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波76控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波77ProfibusProfibus連接原理圖連接原理圖設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波781 1、ProfibusProfibus通信電纜通信電纜2 2、以太網(wǎng)線、以太網(wǎng)線A A、TASC3TASC3控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)B B、BUSCH IOBUSCH IO模塊模塊C C、射頻電源控制模

20、塊、射頻電源控制模塊設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波79TASC3 TASC3 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)1 1、軟驅(qū)、軟驅(qū)2 2、電源、電源3 3、射頻電源控制模塊、射頻電源控制模塊4 4、多功能板、多功能板5 5、擴(kuò)展插槽、擴(kuò)展插槽6 6、CP600SCP600S嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)7 7、ProfibusProfibus從模塊從模塊8 8、ProfibusProfibus主模塊主模塊設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波80主控制器主控制器CP 600-SCP 600-S處理器奔騰133M存儲(chǔ)32M Ram8M flash操作系統(tǒng)Vx Works維護(hù)免維護(hù)設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波81設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波821 1、3232路輸入模塊路輸入模塊2 2、3232路輸入模塊路輸入模塊3 3、RM2-DP12RM2-DP12模塊模塊4 4、數(shù)碼管狀態(tài)顯示、數(shù)碼管狀態(tài)顯示5 5、Profibus DPProfibus DP接口接口6 6、+24V+24V電源電源7 7、擴(kuò)展槽、擴(kuò)展槽8 8、3232路輸出模塊路輸出模塊BE1-BE4BE1-BE4：輸入插槽：輸入插槽BA1-BA4BA1-BA4：輸出插槽：輸出插槽設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波83模塊地址編碼模塊地址編碼設(shè)計(jì)：李波設(shè)計(jì)：李波84RM2-DP12RM2-D