基于MC68376的3kW射頻板條CO2激光器控制系統(tǒng)研究.pdf

1、擴(kuò)散冷卻射頻板條 CO2激光器結(jié)構(gòu)緊湊，光束質(zhì)量接近 K=0.95，輸出功率2kW~4kW的激光器是目前激光切割、焊接的主力光源之一。本文針對(duì)3kW射頻板條CO2激光器，深入分析了激光器工作原理和各種控制信號(hào)，研究了基于MC68376單片機(jī)的射頻板條 CO2激光器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信號(hào)的實(shí)時(shí)獲取以及自身狀態(tài)檢測(cè)和控制。主要研究工作如下。
　　（1）分析3kW射頻板條CO2激光器原理及其關(guān)鍵技術(shù)。激光器主要由真空箱體、水冷系統(tǒng)、射頻

2、電源、匹配網(wǎng)絡(luò)、平板電極、非穩(wěn)波導(dǎo)混合腔、光束整形以及整機(jī)控制組成。采用非穩(wěn)—波導(dǎo)混合腔，有效利用平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)激活區(qū)并獲得較好光束傳輸比。通過光束整形，得到近似圓形的類基模光斑。
　?。?）研究了3kW射頻板條CO2激光器信號(hào)檢測(cè)與控制技術(shù)。射頻放電頻率為81.36MHz。脈寬調(diào)制(PWM)控制激光輸出方式。具備電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)和報(bào)警輸出功能。系統(tǒng)主要對(duì)控制激光器開機(jī)、關(guān)機(jī)時(shí)序以及各參數(shù)變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，PWM占空比在5％~9

3、5%之間，能夠穩(wěn)定輸出激光。
　?。?）設(shè)計(jì)了以 MC68376為核心的控制系統(tǒng)硬件電路。包括主控制芯片、外圍電路、擴(kuò)展存儲(chǔ)、通信電路以及采取的抗干擾措施。數(shù)字信號(hào)輸入輸出采用TLP181光耦隔離，模擬信號(hào)輸入采用INA117高共模電壓差分放大器。采用MAX526數(shù)模轉(zhuǎn)換器、AD7856模數(shù)轉(zhuǎn)換器?？刂葡到y(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性及抗干擾能力。
　?。?）以CodeWarrior為軟件開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)開機(jī)檢測(cè)程序，高壓?jiǎn)?dòng)以及數(shù)據(jù)讀取

4、、傳輸模塊流程圖。實(shí)現(xiàn)對(duì)開機(jī)信號(hào)、冷卻水、光閘以及開燈絲信號(hào)等檢測(cè)。調(diào)用函數(shù)stcheck()開機(jī)檢查，燈絲接通，延時(shí)30s后高壓?jiǎn)?dòng)。
　?。?）實(shí)驗(yàn)測(cè)試射頻板條CO2激光器模擬信號(hào)顯示值與輸入模擬值的線性度，電流、電壓、氣壓、真空模擬信號(hào)的檢測(cè)值（y）與輸入模擬值（x）關(guān)系基本滿足線性關(guān)系。模擬量與顯示值的關(guān)系和預(yù)先設(shè)置的數(shù)量關(guān)系相近。以1.8m/min焊接速度，對(duì)3mm厚冷軋板進(jìn)行3kW射頻板條CO2激光器拼焊實(shí)驗(yàn)，對(duì)焊接試