[發明專利]一種CO2激光器智能補氣系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410469844.0
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN105406328A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 陸榮鑑
• 申請（專利權）人: 江蘇津榮激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/036
• 分類號: H01S3/036
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔡晶晶

技術領域

本發明涉及一種CO2激光器智能補氣系統及其控制方法，屬于激光加工技術領域。

背景技術

從80年代以來，激光器就廣泛應用在加工領域，尤其是在快速橫流和軸流CO2激光器出現后，得到了飛速發展。CO2激光器有切割效率高、非接觸式切割、功率范圍大、切割速度快，既能連續又能脈沖輸出等特點，使得其在材料加工領域具有廣泛的應用，大功率CO2激光器在工業上主要用于激光切割、焊接和熱處理，尤其是在激光切割領域。

激光器經過30多年的發展，在技術上進展很快，CO2激光器與數控機床配合組成的CO2激光加工系統在材料加工領域起著越來越重要的作用。中國是制造業大國，國內加工設備將逐步升級，激光設備行業的發展將更為迅速。特別是汽車、半導體和電子制造產業的發展使中國的激光市場極具潛力。

隨著技術的不斷更新，市場對激光器的智能化要求越來越高，大功率軸快流CO2激光器功能需要不斷的擴展和完善。作為激光器的重要組成部分——補氣系統，主要作用是為光學諧振腔充入產生激光的工作氣體，同時還要結合輔助補氣系統來穩定諧振腔內的工作氣壓。現今國內激光器的補氣系統都存在十分明顯的缺陷，如下：

1、激光器的工作氣體是由N2、CO2、He三種氣體組成，在進行加工時，根據加工材料材質的不同、同種加工材料厚度的不同以及加工路線的改變，都要相應改變激光功率，不同的激光功率所需的工作氣體氣量也肯定不同，但現有的激光器的進氣裝置無論功率變大或變小，都是以恒定速率向諧振腔內充氣，尤其是當激光器在待機狀態時，還是保持原充氣速度不斷充氣，造成工作氣體大量浪費，有悖于我國建設資源節約型社會的理念。

2、輔助補氣系統是設立在諧振腔出氣口，用來恒定諧振腔內工作氣壓的。現有激光器在檢測到腔內氣壓變、化時，采取控制電磁閥的開閉使得諧振腔內氣體的堆積和釋放來控制腔氣壓穩定，但是由于電磁閥的開閉會使得腔內氣壓呈階躍式跳變，這樣一來氣壓必然會產生波動，導致激光功率不穩，切割效果下降。而且電磁閥頻繁的開閉會降低其壽命，使得激光器可靠性降低。

3、由于現有激光器補氣系統的供氣部分無論功率大或小，都是以恒定的速率向光學諧振腔內充工作氣體，但是腔內的工作氣壓是需要恒定的，也就要求輔助補氣系統的真空泵始終保持在高負荷抽氣狀態，長時間工作就會降低真空泵的壽命。

由于目前還沒有成熟的智能補氣系統，導致上述技術問題的存在，勢必會影響激光器的加工工藝，這樣的激光器長時間工作，輕則是浪費工作氣體，嚴重則會需要經常更換電磁閥，甚至是更換真空泵，造成不必要的成本流失。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有激光器補氣系統供氣速率單一導致浪費氣、輔助補氣部分不能很好的穩定工作氣壓以及補氣系統核心器件的耗損過大這些技術問題，提出一種CO2激光器智能補氣系統，該系統不僅節約用氣，而且能很好的穩定諧振腔內的工作氣壓，同時合理的使用了真空泵解放電磁閥的頻繁開閉，節省了系統成本。

為了達到上述目的，本發明提出的CO2激光器智能補氣系統，包括供氣系統和輔助補氣系統，所述供氣系統包括與光學諧振腔進氣口連接的工作氣體進氣管道、N2進氣管道，所述N2進氣管道上安裝有充N2電磁閥，所述輔助補氣系統包括與光學諧振腔出氣口連接的抽真空管路和抽廢氣管路，所述抽真空管路上安裝有主抽真空電磁閥，所述抽廢氣管路上安裝有渦輪風機，所述抽真空管路和抽廢氣管路與真空泵連接，其特征在于：所述供氣系統的工作氣體進氣管道上安裝有受控于激光器控制系統的流量控制裝置，光學諧振腔內裝有用于監測光學諧振腔氣壓的氣壓傳感器，所述抽廢氣管路上安裝有位于渦輪風機后方的受控于激光器控制系統的抽廢氣比例閥，所述真空泵連接受控于激光器控制系統的變頻器，激光器控制系統根據光學諧振腔內的氣壓變化控制真空泵轉速、抽廢氣比例閥開度、流量控制裝置的流量，使光學諧振腔內的氣壓達到目標值或維持穩定。

作為CO2激光器的核心。因為激光器消耗的工作氣體與激光器的功率大小成正比，功率大時消耗的氣體量就大，就要求充氣速度較快，功率小時消耗的氣體量就小，就要求放慢充氣速度；尤其是在待機狀態下只需要很少量的工作氣體維持諧振腔內氣體流動，所以使得進氣量可調對于節約用氣是十分有意義的。