德国通快轴快流CO2激光器.ppt

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1、设计：李波设计：李波TrumpfTrumpf轴快流轴快流CO2CO2激光器激光器2012.8.22设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波光的受激辐射光的受激辐射设计：李波设计：李波CO2CO2激光器的受激辐射激光器的受激辐射设计：李波设计：李波激光的特性激光的特性单色性单色性 相干性相干性 方向性方向性设计：李波设计：李波激光模式激光模式TEM00 Mode4000Watts设计：李波设计：李波光束质量参数光束质量参数设计：李波设计：李波轴快流轴快流CO2CO2激光器的诞生激光器的诞生轴快流CO2激光器是在早期的封离式圆形玻璃管纵向激励CO2激光器的基础上发展而来的。1965年，Bridge

2、和Petel将放电管壁的温度冷却到-60C以下来提高激光器的输出功率。Moeller,Rigder8以及Patel9等人则采用风冷和水冷的方式来使放电管冷却。1969年Cool等人将快速流动技术引入到了这种激光器中，通过工作气体的高速流动来使其冷却，从而获得了较高功率的激光输出。轴快流CO2激光器设计：李波设计：李波射频激励轴快流射频激励轴快流CO2CO2激光器激光器1 激光谐振腔 2 谐振腔镜片 3 放电电极 4 涡轮风机 5 真空泵 6 电磁阀7 风机出气口换热器 8 风机进气口换热器 设计：李波设计：李波轴快流激光仍将是工业加工中的主流激光器轴快流激光仍将是工业加工中的主流激光器薄板+3

3、D切割：光纤激光器占优厚板+非金属/金属+切割+价格：CO2激光器具有明显优势来自德国来自德国“FraunhoferFraunhofer研究所研究所”研究结果研究结果设计：李波设计：李波TrumpfTrumpf最新最新10kW10kW激光器激光器设计：李波设计：李波激光切割的市场需求激光切割的市场需求德国德国Trumpf推出了功率高达推出了功率高达12kW的的CO2激光复合加工机和功率高达激光复合加工机和功率高达15kW的三维的三维CO2激光切割机，表明了激光加工装备的高功率发展趋势！激光切割机，表明了激光加工装备的高功率发展趋势！德国德国Trumpf 的的15kW-CO2激光三激光三维维激光

4、切割机激光切割机德国德国Trumpf 12kW-CO2激光切激光切割、割、焊焊接和表面接和表面处处理复合加工机理复合加工机设计：李波设计：李波重大行业应用重大行业应用现代船舶制造中已开始大量使用的轻型现代船舶制造中已开始大量使用的轻型“三明治三明治”多层空心结构厚钢板的多层空心结构厚钢板的切割加工，更是对万瓦轴快流激光切割装备提出了迫切需求。切割加工，更是对万瓦轴快流激光切割装备提出了迫切需求。德国德国Trumpf公司的公司的12kW-20kW轴快流轴快流CO2激光器已用于世界上许多大型船激光器已用于世界上许多大型船厂的生产线上，可大大提高船舶的有效载荷，并大幅度减低制造成本。厂的生产线上，可

5、大大提高船舶的有效载荷，并大幅度减低制造成本。日本的日本的Kawasaki重工等造船企业已经安装了高功率激光平板切割系统。德国的重工等造船企业已经安装了高功率激光平板切割系统。德国的MeyerWerft也安装了四台也安装了四台12KW的的CO2激光器，用来焊接不同长度的船体加强杆激光器，用来焊接不同长度的船体加强杆设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波激光器构成激光器构成冷水机冷水机激光发生器激光发生器操作面板操作面板控制系统控制系统射频电源射频电源设计：李波设计：李波激光发生器构成激光发生器构成涡轮风机涡轮风机热交换器热交换器激光谐振腔激光谐振腔激光器支撑激光器支撑功率计功率计光闸光闸设计

6、：李波设计：李波激光谐振腔构成激光谐振腔构成转折镜转折镜窗口与尾镜窗口与尾镜放电管放电管设计：李波设计：李波基本工作原理基本工作原理设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波谐振腔结构谐振腔结构USUS：转折镜：转折镜 RSRS：尾镜：尾镜 ASAS：窗口：窗口设计：李波设计：李波1 1、窗口、窗口 2 2、尾镜、尾镜 3 3、转折镜、转折镜 4 4、转折镜安装组件、转折镜安装组件设计：李波设计：李波1 1、调节垂直方向、调节垂直方向2 2、调节水平方向、调节水平方向设计：李波设计：李波模式检测工具模式检测工具1 1、热敏板、热敏板 2 2、紫外灯、紫外灯设计：李波设计：李波检测示意图检测示意图

7、1 1、热敏板、热敏板 2 2、紫外灯、紫外灯 3 3、激光束（尾镜）、激光束（尾镜）设计：李波设计：李波未调整好的模式分布未调整好的模式分布调整好的模式分布调整好的模式分布设计：李波设计：李波激光烧斑图样激光烧斑图样设计：李波设计：李波扩束镜扩束镜采用扩束镜延长激光加工的可用光程，在飞行光路激光加工中广泛应用。采用扩束镜延长激光加工的可用光程，在飞行光路激光加工中广泛应用。1 1、凹面镜、凹面镜 2 2、凸面镜、凸面镜a a、进入的光束直径、进入的光束直径 b b、离开的光束直径、离开的光束直径设计：李波设计：李波光闸光闸设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波多根放电管串联多根放电管串联设

8、计：李波设计：李波放电结构放电结构1 1、玻璃管、玻璃管 2 2、放电区、放电区 3 3、放电电极、放电电极设计：李波设计：李波两种放电结构两种放电结构设计：李波设计：李波射频放电特点射频放电特点u电极位于放电管外，是电容耦合的横向放电(放电方向垂直于光束方向)；u电极形状要求严格，以提高放电的对称性；u起辉电压低；u放电均匀稳定，无可见的放电辉光抖动；u易于调制，调制脉冲频率可达100kHz；u电源复杂，易产生辐射污染，电源及放电管须进行屏蔽。33设计：李波设计：李波阻抗匹配布置阻抗匹配布置为每台电源配置一个阻抗匹配器为每台电源配置一个阻抗匹配器设计：李波设计：李波阻抗匹配布置阻抗匹配布置1

9、 1、左匹配器、左匹配器 2 2、右匹配器、右匹配器 ASAS：窗口：窗口设计：李波设计：李波反射功率变化曲线反射功率变化曲线设计：李波设计：李波匹配网络对反射功率的影响匹配网络对反射功率的影响a a、正常的匹配曲线、正常的匹配曲线 b b、增长串联线圈、增长串联线圈 c c、减小串联线圈、减小串联线圈设计：李波设计：李波放电建立时间放电建立时间设计：李波设计：李波匹配失调的原因匹配失调的原因1 1、工作气压、工作气压2 2、气体比例变化、气体比例变化3 3、气体纯度、气体纯度4 4、气体温度、气体温度(冷却系统故障冷却系统故障)5 5、射频功率幅值、射频功率幅值6 6、射频连接、射频连接7

10、7、射频电缆或电极物理位置、射频电缆或电极物理位置8 8、参数、参数MD48MD48错误错误9 9、反射功率计故障、反射功率计故障设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波气体循环原理图气体循环原理图设计：李波设计：李波风机罩风机罩1 1、涡轮风机、涡轮风机 2 2、叶轮、叶轮 3 3、风机罩、风机罩 4 4、热交换器、热交换器5 5、翅片管、翅片管 6 6、冷却水入口、冷却水入口 7 7、气体入口、气体入口 8 8、气体出口、气体出口设计：李波设计：李波涡轮风机涡轮风机热交换器热交换器设计：李波设计：李波1 1、叶轮、叶轮2 2、外壳、外壳3 3、扩散器、扩散器A A、气体入口、气体入口B B

11、、气体出口、气体出口设计：李波设计：李波1 1、扩散器、扩散器2 2、叶轮、叶轮设计：李波设计：李波风机结构风机结构1 1、叶轮、叶轮2 2、上保护轴承、上保护轴承3 3、转子（永磁）、转子（永磁）4 4、定子、定子5 5、下保护轴承、下保护轴承6 6、驱动轴、驱动轴7 7、磁板、磁板设计：李波设计：李波定子定子1 1、水冷、水冷 2 2、开口、开口 3 3、线圈、线圈 4 4、电机电缆、电机电缆 5 5、电机温度电缆、电机温度电缆设计：李波设计：李波1 1、正弦波滤波器、正弦波滤波器 2 2、变频器、变频器 3 3、混合滤波器、混合滤波器 4 4、操作面板、操作面板KP100KP100设计：

12、李波设计：李波风机控制原理风机控制原理1 1、滤波器、滤波器 2 2、整流器、整流器 3 3、变频器、变频器 4 4、中间电路、中间电路5 5、制动斩波器、制动斩波器 6 6、磁轴承控制器、磁轴承控制器 7 7、逆变器、逆变器 8 8、正弦波滤波器、正弦波滤波器 9 9、涡轮风机、涡轮风机设计：李波设计：李波磁轴承控制器磁轴承控制器设计：李波设计：李波1 1、径向传感器，上、径向传感器，上 2 2、径向磁轴承，上、径向磁轴承，上 3 3、控制器、控制器MBE-50 4MBE-50 4、轴向磁轴承、轴向磁轴承5 5、保护轴承，上、保护轴承，上 6 6、轴向传感器、轴向传感器 7 7、驱动轴、驱动

13、轴 8 8、转子、转子 9 9、定子、定子1010、保护轴承，下、保护轴承，下 1111、径向磁轴承，下、径向磁轴承，下 1212、速度传感器、速度传感器 1313、径向传感器，下、径向传感器，下设计：李波设计：李波1 1、供电电源、供电电源 2 2、控制电源、控制电源 3 3、控制器、控制器 4 4、磁轴承驱动、磁轴承驱动5 5、传感器信号处理、传感器信号处理 6 6、数字接口、数字接口 7 7、LCDLCD显示显示A A、到磁轴承的信号、到磁轴承的信号 B B、磁轴承返回信号、磁轴承返回信号设计：李波设计：李波风机启停曲线风机启停曲线设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波气体混合器原理图

14、气体混合器原理图设计：李波设计：李波激光器工作过程中的气压曲线激光器工作过程中的气压曲线1 1、抽气、抽气 2 2、自动净化、自动净化 3 3、充气、充气 4 4、Beam off 5Beam off 5、Beam on 6Beam on 6、Beam off 7Beam off 7、关机、关机设计：李波设计：李波气压控制原理气压控制原理设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波功率检测方法输出激光采样功率检测方法输出激光采样设计：李波设计：李波功率检测方法尾镜取样检测功率检测方法尾镜取样检测设计：李波设计：李波TrumpfTrumpf激光器功率采集激光器功率采集1 1、尾镜、尾镜 2 2、功率

15、传感器、功率传感器 3 3、冷却水、冷却水 4 4、模拟量采集、模拟量采集设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波控制系统结构图控制系统结构图设计：李波设计：李波ProfibusProfibus连接原理图连接原理图设计：李波设计：李波1 1、ProfibusProfibus通信电缆通信电缆2 2、以太网线、以太网线A A、TASC3TASC3控制系统控制系统B B、BUSCH IOBUSCH IO模块模块C C、射频电源控制模块、射频电源控制模块设计：李波设计：李波TASC3 TASC3 控制系统控制系统1 1、软驱、软驱2 2、电源、电源3 3、射频电源控制模块、射频电源控制模块4 4、多功

16、能板、多功能板5 5、扩展插槽、扩展插槽6 6、CP600SCP600S嵌入式系统嵌入式系统7 7、ProfibusProfibus从模块从模块8 8、ProfibusProfibus主模块主模块设计：李波设计：李波主控制器主控制器CP 600-SCP 600-S处理器奔腾133M存储32M Ram8M flash操作系统Vx Works维护免维护设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波1 1、3232路输入模块路输入模块2 2、3232路输入模块路输入模块3 3、RM2-DP12RM2-DP12模块模块4 4、数码管状态显示、数码管状态显示5 5、ProfibusProfibus DP DP

17、接口接口6 6、+24V+24V电源电源7 7、扩展槽、扩展槽8 8、3232路输出模块路输出模块BE1-BE4BE1-BE4：输入插槽：输入插槽BA1-BA4BA1-BA4：输出插槽：输出插槽设计：李波设计：李波模块地址编码模块地址编码设计：李波设计：李波RM2-DP12RM2-DP12模块模块设计：李波设计：李波输入模块输入模块设计：李波设计：李波输出模块输出模块设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波1 1、A7A7通信接口板通信接口板(RS232,Canbus)(RS232,Canbus)2 2、A8 A8 ProfibusProfibus接口板接口板3 3、ProfibusProfi

18、bus接口接口4 4、A10A10安全联锁接口板安全联锁接口板5 5、X8X8测量插头测量插头6 6、扩展板、扩展板9 9、数码管状态显示、数码管状态显示1010，1111、控制板、控制板1313、+5V+5V，+-15V+-15V电源电源1414、24V24V电源电源设计：李波设计：李波射频功率反馈射频功率反馈设计：李波设计：李波射频功率控制射频功率控制设计：李波设计：李波射频电源控制信号射频电源控制信号RF ONRF ONRF OFFRF OFF设计：李波设计：李波连续模式连续模式脉冲模式脉冲模式设计：李波设计：李波连续工作模式连续工作模式设计：李波设计：李波连续工作模式连续工作模式设计：李波设计：李波门控频率门控频率=200Hz=200Hz 设计：李波设计：李波门控频率门控频率=5000Hz=5000Hz 设计：李波设计：李波门控频率门控频率=50000Hz=50000Hz 设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波设计：李波斜坡模式斜坡模式设计：李波设计：李波