Rofin擴散冷卻板條式二氧化碳激光發生器相關情況研究

趙磊

摘 ?要：德國Rofin公司在近幾年開發了一款高性能的激光發生器 ——Rofin擴散冷卻板條式二氧化碳激光發生器，該發生器具有激光品質高、穩定性好、易操作、易集成、低維護的特點。文章對此進行研究。

關鍵詞：Rofin;二氧化碳激光發生器;設備維修

中圖分類號：TM836 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2016）03-0112-02

本文主要從該系統的特點、工作原理、結構、維護保養出發介紹Rofin DC0XX 擴散冷卻板條式二氧化碳激光發生器（以下簡稱Rofin DC0XX），及維修實例。

1 ?Rofin DC0XX 激光發生器的特點

Rofin DCX00系列激光發生器具有：結構緊湊、 光束質量高、不需要氣體冷卻器、激光功率損失非常低、較高的熱穩定性、氣體消耗量低、不需要外部供氣系統、沒有氣體流動，不存在諧振腔內光學元件污染問題、集成式自振蕩射頻發生器、可移動式激光頭、維護費用低、無預熱開機即可使用等特點。

2 ? Rofin ?DC0XX激光發生器的工作原理

2.1 ?CO2激光的激發過程

主要的工作物質由CO2，氮氣，氦氣三種氣體組成。諧振腔上下兩個極板通上高頻，混合氣體內的氮分子由于受到電子的撞擊而被激發起來。這時受到激發的氮分子與CO2分子發生碰撞，N2分子把自己的能量傳遞給CO2分子，CO2分子從低能級躍遷到高能級上形成粒子數反轉從而產生激光。

2.2 ?Rofin擴散冷卻板條式二氧化碳激光發生工作原理

CO2激光器是以二氧化碳氣體作為工作介質的氣體激光器。 在電極板（9）之間通上高頻電壓激勵，混合氣體通過該區域時放電，（鏡子3與7形成光學諧振器）被鏡子3與7諧振后產生激光，波長為10.6 um的中紅外波段。經通道從1處射出，將激光引導到工件上，用來做焊接或切割用。如圖1所示。

3 ? Rofin ?DC0XX激光發生器的光路

激光發生器的光路圖，如圖2所示。激光在諧振腔內振蕩，經過45 °反射鏡后，射出諧振腔體，通過人造鉆石窗口射到轉向反射鏡片上，而后將激光反射到球面反射鏡片上，激光束再經過空間過濾器的整形濾掉雜波，進而射到圓柱面反射鏡上，經過球面反射鏡片（半透鏡）后射出激光發生器，而后由OEM廠商將激光通過自己的光路將激光引導到工件上。

4 ?Rofin ?DC0XX的主要結構

該發生器主要由兩大塊構成：①激光頭;②操作面板。

4.1 ?激光頭

激光頭包括：諧振腔、射頻發生器、抽真空系統、機械光閘系統、紅光對焦系統、混合氣體供氣系統、冷卻水系統、電氣系統。

諧振腔是最核心部分，是激光產生的部分，諧振腔內部充滿著混合氣體;抽真空系統是將諧振腔里的廢棄混合氣體抽出來;射頻發生器是給諧振腔內上下兩個電極板提供高頻高壓激勵能量的部件;機械光閘系統是防止激光意外射出的部件;紅光對焦系統是用來檢驗整個外光路是否正確。

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

4.2 操作面板

即人機界面，是用來選擇操作模式、選擇程序、給出報警和提示信息、顯示相關過程和參數等。

5 ?Rofin ?DC0XX激光發生器的安裝要求、配套設施

Rofin激光發生器對電源要求：在400 VAC，正負20 V范圍內，頻率要求在49～51 Hz內，如不穩定需要增加穩壓器并單獨安裝地線。

對冷卻水要求：一次冷卻水制冷機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，一次冷卻水的電導率在1 000 us/cm以下，二次冷卻水（單獨給射頻柜提供冷卻）電導率要求更高，要在10 us/cm以下。

對氮氣和氬氣的要求：都必須干凈無水氣，壓力在3.5 kg以上。

對混合氣體瓶內混合氣體的要求：必須是ROFIN認證的供應商的產品，保證混合氣體的純度。

6 ? Rofin ?DC0XX激光發生器的維護和保養

Rofin激光發生器在使用和保養時一定要注意安全。每天點檢要檢查光閘的開閉情況，設備報警和提示信息。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，清潔氮氣和氬氣的過濾芯。每3 000 h做一次保養，內容包括對光閘保持電流的測定，對一次和二次冷卻水pH值及電導率的測定、柵極電流的測定，功率輸出的檢測，檢查紅光定位。每6 000 h做一次保養，包括：2 000 h保養項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，激光零點漂移的處理。

7 ? Rofin ?DC0XX激光發生器的顯示功率零漂的故 ? ?障解決

使用2 a來，我們公司ROFIN激光發生器出現過兩個頻繁出現的故障：

①多次出現“PRESS/T. TELESCOPE”，查找手冊及操作面板上的I/O表發現是S24壓力開關接通，在調整S24壓力開關靈敏度旋鈕后，恢復使用了一段時間之后又多次出現，在偶爾一次對設備做保養時，發現氮氣和氬氣管道過濾器中濾芯非常臟，懷疑是濾芯臟阻礙了氣體的流通，導致壓力不足，從而引起報警，在更換濾芯后沒有再出現這種報警。

②每次調整零點后，使用不到三個月就開始出現零點漂移的問題。操作面板上，在無功率輸出時，發現面板上功率不顯示0，而顯示一個數值，比如30 W，或者其他數值。

在打開激光頭防護后，使用熱敏紙放在機械光閘前，看到并沒有被激光給打上，判定激光控制器并沒有讓激光輸出，僅僅是顯示值不為0 W。每次出現零漂后都是請ROFIN的工程師過來，將零點重新調整回去，并矯正激光的功率輸出。一共調整過三次，期間懷疑過功率傳感器、傳感器的接口板卡等，在最近一次調整中，將快速功率傳感器的電阻值做了測量，并沒有發現問題，之后在偶然碰到功率傳送信號X34/X534的通信線后，發現顯示的零漂突變，多次試驗后，證明該通信線或相關接口的插針等處有問題。在更換了25針的通信線后，零漂沒有再出現。

參考文獻：

[1] 李成忠，趙秀芳.二氧化碳發生器在溫室、大棚中的應用及效益分析

[J].廣西農業機械化，1999，（4）.