趙磊

摘 ?要：德國(guó)Rofin公司在近幾年開(kāi)發(fā)了一款高性能的激光發(fā)生器 ——Rofin擴(kuò)散冷卻板條式二氧化碳激光發(fā)生器，該發(fā)生器具有激光品質(zhì)高、穩(wěn)定性好、易操作、易集成、低維護(hù)的特點(diǎn)。文章對(duì)此進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：Rofin;二氧化碳激光發(fā)生器;設(shè)備維修

中圖分類(lèi)號(hào)：TM836 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2016）03-0112-02

本文主要從該系統(tǒng)的特點(diǎn)、工作原理、結(jié)構(gòu)、維護(hù)保養(yǎng)出發(fā)介紹Rofin DC0XX 擴(kuò)散冷卻板條式二氧化碳激光發(fā)生器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)Rofin DC0XX），及維修實(shí)例。

1 ?Rofin DC0XX 激光發(fā)生器的特點(diǎn)

Rofin DCX00系列激光發(fā)生器具有：結(jié)構(gòu)緊湊、 光束質(zhì)量高、不需要?dú)怏w冷卻器、激光功率損失非常低、較高的熱穩(wěn)定性、氣體消耗量低、不需要外部供氣系統(tǒng)、沒(méi)有氣體流動(dòng)，不存在諧振腔內(nèi)光學(xué)元件污染問(wèn)題、集成式自振蕩射頻發(fā)生器、可移動(dòng)式激光頭、維護(hù)費(fèi)用低、無(wú)預(yù)熱開(kāi)機(jī)即可使用等特點(diǎn)。

2 ? Rofin ?DC0XX激光發(fā)生器的工作原理

2.1 ?CO2激光的激發(fā)過(guò)程

主要的工作物質(zhì)由CO2，氮?dú)?，氦氣三種氣體組成。諧振腔上下兩個(gè)極板通上高頻，混合氣體內(nèi)的氮分子由于受到電子的撞擊而被激發(fā)起來(lái)。這時(shí)受到激發(fā)的氮分子與CO2分子發(fā)生碰撞，N2分子把自己的能量傳遞給CO2分子，CO2分子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)上形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生激光。

2.2 ?Rofin擴(kuò)散冷卻板條式二氧化碳激光發(fā)生工作原理

CO2激光器是以二氧化碳?xì)怏w作為工作介質(zhì)的氣體激光器。 在電極板（9）之間通上高頻電壓激勵(lì)，混合氣體通過(guò)該區(qū)域時(shí)放電，（鏡子3與7形成光學(xué)諧振器）被鏡子3與7諧振后產(chǎn)生激光，波長(zhǎng)為10.6 um的中紅外波段。經(jīng)通道從1處射出，將激光引導(dǎo)到工件上，用來(lái)做焊接或切割用。如圖1所示。

3 ? Rofin ?DC0XX激光發(fā)生器的光路

激光發(fā)生器的光路圖，如圖2所示。激光在諧振腔內(nèi)振蕩，經(jīng)過(guò)45 °反射鏡后，射出諧振腔體，通過(guò)人造鉆石窗口射到轉(zhuǎn)向反射鏡片上，而后將激光反射到球面反射鏡片上，激光束再經(jīng)過(guò)空間過(guò)濾器的整形濾掉雜波，進(jìn)而射到圓柱面反射鏡上，經(jīng)過(guò)球面反射鏡片（半透鏡）后射出激光發(fā)生器，而后由OEM廠商將激光通過(guò)自己的光路將激光引導(dǎo)到工件上。

4 ?Rofin ?DC0XX的主要結(jié)構(gòu)

該發(fā)生器主要由兩大塊構(gòu)成：①激光頭;②操作面板。

4.1 ?激光頭

激光頭包括：諧振腔、射頻發(fā)生器、抽真空系統(tǒng)、機(jī)械光閘系統(tǒng)、紅光對(duì)焦系統(tǒng)、混合氣體供氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。

諧振腔是最核心部分，是激光產(chǎn)生的部分，諧振腔內(nèi)部充滿著混合氣體;抽真空系統(tǒng)是將諧振腔里的廢棄混合氣體抽出來(lái);射頻發(fā)生器是給諧振腔內(nèi)上下兩個(gè)電極板提供高頻高壓激勵(lì)能量的部件;機(jī)械光閘系統(tǒng)是防止激光意外射出的部件;紅光對(duì)焦系統(tǒng)是用來(lái)檢驗(yàn)整個(gè)外光路是否正確。

混合氣體供氣系統(tǒng)外接混合氣體瓶，通過(guò)電磁閥及管路通到諧振腔內(nèi);冷卻水系統(tǒng)包括大冷卻水系統(tǒng)以及小冷卻水系統(tǒng)，大冷卻水系統(tǒng)是給諧振腔內(nèi)電極板以及各處銅鏡子做冷卻的。小冷卻水是單獨(dú)給射頻柜做冷卻用的;電氣系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、檢測(cè)元件、執(zhí)行元件以及10 KV的高壓變壓器等。

4.2 操作面板

即人機(jī)界面，是用來(lái)選擇操作模式、選擇程序、給出報(bào)警和提示信息、顯示相關(guān)過(guò)程和參數(shù)等。

5 ?Rofin ?DC0XX激光發(fā)生器的安裝要求、配套設(shè)施

Rofin激光發(fā)生器對(duì)電源要求：在400 VAC，正負(fù)20 V范圍內(nèi)，頻率要求在49～51 Hz內(nèi)，如不穩(wěn)定需要增加穩(wěn)壓器并單獨(dú)安裝地線。

對(duì)冷卻水要求：一次冷卻水制冷機(jī)需要具有制冷和加熱的雙重作用，冷卻水的溫度保證在20～24 °左右。流量必須滿足需要，一次冷卻水的電導(dǎo)率在1 000 us/cm以下，二次冷卻水（單獨(dú)給射頻柜提供冷卻）電導(dǎo)率要求更高，要在10 us/cm以下。

對(duì)氮?dú)夂蜌鍤獾囊螅憾急仨毟蓛魺o(wú)水氣，壓力在3.5 kg以上。

對(duì)混合氣體瓶?jī)?nèi)混合氣體的要求：必須是ROFIN認(rèn)證的供應(yīng)商的產(chǎn)品，保證混合氣體的純度。

6 ? Rofin ?DC0XX激光發(fā)生器的維護(hù)和保養(yǎng)

Rofin激光發(fā)生器在使用和保養(yǎng)時(shí)一定要注意安全。每天點(diǎn)檢要檢查光閘的開(kāi)閉情況，設(shè)備報(bào)警和提示信息。每三天要換一次混合氣體。每周要檢查一次氣瓶中氣體的壓力，檢查冷卻水的溫度和流量，清潔氮?dú)夂蜌鍤獾倪^(guò)濾芯。每3 000 h做一次保養(yǎng)，內(nèi)容包括對(duì)光閘保持電流的測(cè)定，對(duì)一次和二次冷卻水pH值及電導(dǎo)率的測(cè)定、柵極電流的測(cè)定，功率輸出的檢測(cè)，檢查紅光定位。每6 000 h做一次保養(yǎng)，包括：2 000 h保養(yǎng)項(xiàng)目以及真空泵油的更換、二次冷卻水去離子劑的更換，一次冷卻水防腐蝕劑的更換，激光打模檢查，激光零點(diǎn)漂移的處理。

7 ? Rofin ?DC0XX激光發(fā)生器的顯示功率零漂的故 ? ?障解決

使用2 a來(lái)，我們公司ROFIN激光發(fā)生器出現(xiàn)過(guò)兩個(gè)頻繁出現(xiàn)的故障：

①多次出現(xiàn)“PRESS/T. TELESCOPE”，查找手冊(cè)及操作面板上的I/O表發(fā)現(xiàn)是S24壓力開(kāi)關(guān)接通，在調(diào)整S24壓力開(kāi)關(guān)靈敏度旋鈕后，恢復(fù)使用了一段時(shí)間之后又多次出現(xiàn)，在偶爾一次對(duì)設(shè)備做保養(yǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)氮?dú)夂蜌鍤夤艿肋^(guò)濾器中濾芯非常臟，懷疑是濾芯臟阻礙了氣體的流通，導(dǎo)致壓力不足，從而引起報(bào)警，在更換濾芯后沒(méi)有再出現(xiàn)這種報(bào)警。

②每次調(diào)整零點(diǎn)后，使用不到三個(gè)月就開(kāi)始出現(xiàn)零點(diǎn)漂移的問(wèn)題。操作面板上，在無(wú)功率輸出時(shí)，發(fā)現(xiàn)面板上功率不顯示0，而顯示一個(gè)數(shù)值，比如30 W，或者其他數(shù)值。

在打開(kāi)激光頭防護(hù)后，使用熱敏紙放在機(jī)械光閘前，看到并沒(méi)有被激光給打上，判定激光控制器并沒(méi)有讓激光輸出，僅僅是顯示值不為0 W。每次出現(xiàn)零漂后都是請(qǐng)ROFIN的工程師過(guò)來(lái)，將零點(diǎn)重新調(diào)整回去，并矯正激光的功率輸出。一共調(diào)整過(guò)三次，期間懷疑過(guò)功率傳感器、傳感器的接口板卡等，在最近一次調(diào)整中，將快速功率傳感器的電阻值做了測(cè)量，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，之后在偶然碰到功率傳送信號(hào)X34/X534的通信線后，發(fā)現(xiàn)顯示的零漂突變，多次試驗(yàn)后，證明該通信線或相關(guān)接口的插針等處有問(wèn)題。在更換了25針的通信線后，零漂沒(méi)有再出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李成忠，趙秀芳.二氧化碳發(fā)生器在溫室、大棚中的應(yīng)用及效益分析

[J].廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械化，1999，（4）.