专利名称：一种大功率数控激光切割机的加率法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光切割技术，确切地说公开了一种大功率数控激光切割技术的
加率法。
背景技术：
激光加工技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术，特别是政府强调 要振兴制造业，这就给激光加工技术应用带来发展机遇。在国家制定中长远期发展规划时， 又将激光加工列为关键支撑技术，因为它涉及国家安全、国防建设、高新技术的产业化和科 技前沿的发展，这就把激光加工提升到很高的重视程度，也必将给激光加工机的制造和升 级带来很大的商机。
将(A激光器采
发明内容
本发明公开的一种大功率数控激光切割机的加率法，主要特征是 用平凹腔，输出窗使用红外材料磨制成平反射镜。因红外材料对于谐振腔内高功率密度振 荡的激光存在着吸收，故在输出窗内部会产生出非均匀温升。为了使输出窗产生的热量尽 快的扩散，减小热形变量，对于输出窗施加周边水冷的方法。红外材料的热形变使得输出窗 对于C02激光器而言出现热透镜效应，当激光器输出功率较高时，输出光束在离窗口附近会 产生光束的自聚焦现象，并且自聚焦现象随着输出功率的增加，聚焦点的位置，束腰半径都 发生变化，这样使得(A激光器在材料加工时出现加工头聚焦点的位置产生上、下移动，影 响了加工工件的质量。另外，输出窗的热形变也改变了平凹腔的腔参数，如光腔损耗参数， 导致激光器输出功率的降低。 因此，为减少输出窗热透镜效应影响，提高激光器的输出功率和精度，本发明采用 半解析热分析方法对输出窗的温度场及热形变量场进行研究分析，计算出输出窗端面各点 的温度值和热形变量，并根据热分析结果优化设计水冷系统。半解析热分析方法是近几年 国际上出现的一种新方法，它具有解析法的准确度，又有较宽的适用范围。(A气体激光器 所用气体组成部分通常为C02， N2， He。当混合气体的比例一经确定，若增加气体总气压等 于增加了发射激光的分子数目，故其输出功率似乎也应相应增加。但实际结果表明，总气压 与输出功率的关系存在最佳值。这主要是因为气压升高、输入功率增加的同时，气体温度升 高，增益降低，抵消了气压升高带来(A气体粒子数目增加的得益。
理论上，当气压大于2000Pa时，C02激光器输出功率计算公式为<formula>formula see original document page 3</formula> 由上式可见，要增加激光功率Pw，可采取增加小信号增益系数Gm，饱和参量Is，放 电空间长度L，截面积A和减小光腔损耗a等方法。在高气压条件下，Gm正比于P_l (P表示 气体压力)，Is正比于P2，提高工作气压，虽然Gm下降，但Is增加更快。因此，Pw随P的
增加而增加。同时，由于耗散功率随气压升高而升高，故提高气压会导致工作气体温度的升高。气体温度升高，谱线宽度就增大，受激发射截面减小，上能级的弛豫也加速，其效应又使输出功率下降。所以，随着气压的改变，(A激光器的增益有一最佳值。因此，要想获得最理想的功率输出，必须保证工作气体的气压稳定在特定的工作点处。同时，工作气压的稳定也直接决定了激光功率输出的稳定。本发明采用PID控制技术优化控制系统，以提高对激光器工作气压的控制精度，从而提高激光器的输出功率。
参见附图是本发明的化学反应方程式。
实施方式 目前工业领域应用的激光器，按组成激光器的工作物质来说可分为(A激光器，准分于激光器，半导体光纤激光器等等。而0)2激光器因其效率高、光束质量好、功率可调范围
大、能连续和脉冲输出、运行费用低等优点，成为激光器中技术最成熟、应用最广泛的一种
激光器，尤其是大功率co2激光器是激光加工中应用最多的激光器，广泛应用于激光焊接、
切割等加工领域中。 0)2激光器光束的产生是通过电激发0)2分子。它主要包括激活物质、激励装置、光学谐振腔等部分。激活物质为混合气，通过一定的配比混合；激活装置为激光电源，用于激活分子；光学谐振腔重要起光的重复振荡发大作用。当激光器工作时，激光激励装置会输出几十毫安或几百毫安的电流，放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于收到电子的撞击而被激发起来。这是受到激发的氮分子便和C02分子发生碰撞，N2把自己的能量传递给C02分子，C02分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。
本发明就是根据上述原理将光学谐振腔采用恒温工作的殷钢结构化设计，这样的设计有效地减小了由于温度的变化使谐振腔产生的形变。采用PLC智能控制系统，并加入纵模振荡遏制功能，采用国际知名品牌的气动元件及光学镜片组，快速轴流冷却配合高效率热交换器，工作气体温度恒定，确保激光输出功率稳定度，工作气体采用稳定比例的混合气体方式，多重高真空度密封技术，保持激光工作气体的纯度，大大减小工作气体消耗，减小运行成本。
权利要求
一种大功率数控激光切割机的加率法，主要特征是将CO2激光器采用平凹腔，输出窗使用红外材料磨制成平反射镜，并在输出窗周边施加水冷。
2. 根据权利要求l一种大功率数控激光切割机的加率法，其特征在于所述的将0)2激光器采用平凹腔，输出窗使用红外材料磨成平反射镜，利用PID控制技术优化控制系统，以提高对激光器工作气压的控制精度，从而提高激光器的输出功率。
全文摘要
一种大功率数控激光切割机的加率法，主要特征是将CO2激光器采用平凹腔，输出窗使用红外材料磨制成平反射镜，采用半解析热分析方法对输出窗的温度场及热形变量场进行研究分析，计算出输出窗端面各点的温度值和热形变量，并根据热分析结果优化设计水冷系统。采取增加小信号增益系数Gm，饱和参量Is，放电空间长度L，截面积A和减小光腔损耗a等方法。在高气压条件下，Gm正比于P-1(P表示气体压力)，Is正比于P2，提高工作气压，虽然Gm下降，但Is增加更快。本发明采用PID控制技术优化控制系统，以提高对激光器工作气压的控制精度，从而提高激光器的输出功率。
文档编号H01S3/14GK101733554SQ20081019463
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者王丙祥 申请人:王丙祥