自制大型YAG脉冲激光打钢板实践,方法+调试过程,输出激光(多图+打钢板视频)
adj12022016/09/16强激光 IP:广西
最近又到手一台大功率激光泵浦头,搞起,做激光这个计划已经过去一个多月了,在坛里买了一台很大的大功率激光泵浦头7*155的棒子, 但是这台激光灯管坏了, 换了新灯管,但是还缺两个板接式的水冷头,打算重新设计水冷头,出图去加工回来,但苦于没有时间,一直没空,图也还没画好,所以这个要搞的话不知道要拖到什么时候了, 最近到工厂里拆了台激光焊接机,到手一台更大的激光泵浦头,陶瓷椭圆的谐振腔,灯也是好的,非常重,有20多斤重,可以直接搭起实验了,那个黄金腔体的激光头先不搞了,这个先目睹为快吧,若有不足之处,欢迎指导批评!

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实验注意事项及防护措施
Nd:YAG激光属于1064nm 不可见红外激光,非常危险

1,实验时必须佩带专业的指定激光波长的防护护目镜
2,装置不得布置在周围有易燃易爆物的地方,可配备灭火器
3,闲杂人等不得靠近,不得围观,时常有人来往的地方应设立激光及高压危险警示牌
4,电源高压危险

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Part1
1,原理
激光产生的原理和特点就不详解了,网上一搜一堆,坛友也发过一个很详细的帖子, 但是大概的提一下吧。
(1)工作物质
只有能实现粒子数反转的物质才能作为激光的工作物质。在Nd:YAG 激光器中 ,其工作物质是一根Nd:YAG——掺钕钇铝石榴石  晶体棒 ,棒的两端面严格平行且垂直于棒轴
(2)谐振腔
主要作用是使工作物质所产生的受激发射能建立稳定的振荡状态,从而实现光放大。
(3)激励能源
其作用是把工作物质中多余一半的原子从低能级激发到高能级上去,实现工作物质粒子数反转,也就是所说的泵浦啦,这里用的是光激发,陶瓷椭圆谐振腔里将光反射到YAG棒子上
,
2,激光加工的运用及特点
做一个东西出来,要有用途,没有用途做出来就没有意义了。
(1)加工范围广
几乎能加工任何金属和非金属材料,能加工高熔点材料,耐热合金,玻璃、陶瓷、宝石、金刚石、等硬脆材料以及高强度高韧性材料
(2)操作简单方便
激光加工不需要加工工具及刀具,不存在刀具损耗问题,也不需要特殊工作环境,还可以在任意透明环境中操作,如在空气中,惰性气体中、还可以透过电子管玻璃加工电子管内部
(3)适用于精密微小加工
激光聚焦后的光斑直径很小,能形成极细的光束,可以加工细微孔,激光无机械接触,工件几乎不受切削力,能加工刚度较差的零件
(4)能量密度高度集中
加工速度快,效率高,可减少热传导发散带来的热变形,对具有高热传导和高反射率的金属或合金,激光加工效率就低了,比如铜和铝,这个问题后面会验证给大家看
(5)激光不需要过分靠近难于接近的地方去进行加工,甚至可以利用光导纤维进行传导加工,这就是光纤激光器
(6)可控性好,易于实现自动化。例如激光装在机械手上进行薄壁曲面的焊接;将数控龙门式的电主轴改为激光头,就是数控激光切割床,能加工一定厚度的钣金件,加工圆孔,方孔,异形孔等;以圆柱坐标系为系统的数控激光切割能加工任意形状的管材,能将管材割出不同形状的断面。

上图

1,分析方法

YAG激光的典型结构
la1.jpg

调试原理见图
棒子和镜片尽量保持在同一中心轴线上,理论上是这样说,实际上是不可能做到的,因为误差是不可消除
YAGLASER1.jpg

误差产生的原因及出现何种现象
注:示意图采用夸张化的表达方式
YAGLASER2.jpg
YAGLASER3.jpg

若有偏差,实际上大概是这么一个情况,将光斑投影到墙上或者投影屏上,你会发现出现很多光斑
YAGLASER4.jpg
大概是这样
YAGLASER5.jpg

关于全反镜片半反镜片的参数和安装,全反镜表面是有曲率弧度的,去购买镜片时常见的有 R-1000,R-2000的全反镜片,这个参数也是全反镜片的焦点,这里以R-1000的为例,采用夸张的表达方式,光在这里不断来回反射,每次反射会经过棒子,不断地进行光放大,当光累计超过一个阈值时,由半反镜输出激光
所以,镜片安装对里激光棒的端面的距离没有严格要求,合适就行,理论上全反镜离棒子远点,激光输出发散就小点,但实际上看不出,如果R值大点,激光输出也是发散小一点的,但也不要太远了
YAGLASER6.jpg

但实际情况要复杂很多,以上分析是有很多实际因素没有考虑进去的

调试总结:
初中几何知识,自己去体会吧,就不多说了
总结一句话:两镜片端面和YAG棒端面平行,与轴线垂直,两镜片中轴线和棒子中轴线全部重合在同一直线上

2,调试
以半导体YAG激光为例,其方法都是一样的,上次DIY的75W半导体激光拆了,再重新装一遍说一下

改装的激光电源做测试, 太乱了
DSCF6052.jpg
DSCF6053.jpg

这里说一下激光调整镜架,二维和四维调整镜架是怎么回事:物体在空间中有6个自由度,分别是X、Y、Z 方向的移动和X、Y、Z 轴线上的转动, 按照自由度限制原则, 一个大平面能限制3个自由度,一个小平面能限制两个自由度, 一个点能限制1个自由度: 二维镜架只有2个旋转自由度,而四维镜架有2个旋转自由度和2个移动自由度
DSCF6054.jpg

安装红光指示器
由于指示器装不上去,直径相差太大,我又去车了个铜套回来装
DSCF6026.jpg
DSCF6027.jpg
DSCF6028.jpg
DSCF6029.jpg
DSCF6030.jpg
DSCF6031.jpg


红激光指示器,安装在4维调整镜架上, 调整的过程全靠它,它可以比喻成中轴线,理论上的中轴线是不存在的,而利用红光指示器可以让中轴线“看得见摸不着”
DSCF6055.jpg

测量好激光棒的中心高度,这个激光头的激光棒中心高度我测得是40mm
DSCF6056.jpg

测量好镜架中心高度,或者由卖你镜架的商家提供给你都行,我的镜架中心高度是30mm ,再测下给大家看, 30mm, 如果不够怎么办,自己想办法吧。。。哈哈
DSCF6057.jpg

不够当然加垫块,加够
DSCF6058.jpg

做实验,方便就行,直接胶水粘其固定
DSCF6060.jpg

点亮红光指示激光器
DSCF6061.jpg

安装泵浦头,调整镜架激光要能顺利过棒子哦,为了能看得到看得明显,我特意粘上胶带
DSCF6062.jpg

激光出来
DSCF6063.jpg

装全反镜,调试
DSCF6064.jpg

看到有两个光斑,要调, 调到光斑全部重合到一个上就OK
DSCF6065.jpg

调好后通电的效果
DSCF6067.jpg

就这点东东了
DSCF6068.jpg
DSCF6069.jpg

最后看看光斑
DSCF6070.jpg
DSCF6071.jpg

实验一下,如果全反镜靠近一些会出现什么情况
DSCF6072.jpg

再看看这时的光斑,感觉光斑是有点变大了,改变距离短了点,只是变化不太明显
DSCF6073.jpg


Part2
开始安装大型激光了,

所需器材

DSCF5955.jpg
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DSCF5962.jpg
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DSCF5906.jpg
DSCF5908.jpg
激光棒,φ8*165 ,的激光棒
DSCF6032.jpg
DSCF6033.jpg

水泵和水箱制作
DSCF5974.jpg
买了个盒子, 开孔,用铁皮做一圈,烧红一烫就可以开孔了
DSCF5973.jpg
DSCF5971.jpg
DSCF5970.jpg
DSCF5969.jpg

激光电源
这个我花了一天时间才修好的,又花了1天时间研究了下怎么启动
DSCF5972.jpg


然后制作激光器的架子

CAD出图
cada1.jpg
cada2.jpg
cada3.jpg
cada4.jpg
cada5.jpg

去加工,师傅没空, 自己动手加工了,就钻孔而已,把零件做回来组装
DSCF6023.jpg
DSCF6024.jpg
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DSCF6035.jpg
DSCF6034.jpg
DSCF6039.jpg

电源调试中,刚开始用小电容试,用隔离变压器充电
DSCF6038.jpg

调光
DSCF6036.jpg

调好了的样子
DSCF6037.jpg




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[修改于 7年7个月前 - 2016/09/16 14:26:41]

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