1、激光加工設備單元教學設計 項目1 激光打標設備 任務7 氣體激光打標機授課班級上課時間 年 月 日 第 節上課地點所需課時4教學目標能力（技能）目標知識目標學會分析氣體激光打標設備的基本組成了解氣體激光器的電源系統以及CO2激光器的基本結構重點難點及解決方法重點：氣體激光打標設備的基本組成難點：氣體激光器的電源系統以及CO2激光器的基本結構解決方法：1、通過實物觀摩CO2激光器，增強學生的直觀印象，為解決本課的教學重點打好基礎。2、通過PPT演示與現場觀看實物，突破本課的難點。參考資料王中林.激光加工設備與工藝M.武漢：華中科技大學出版社，2011. 鄭啟光.激光加工工藝與設備M. 北京：機械

2、工業出版社，2010. 王秀軍.激光加工實訓技能指導（下冊）M.武漢：華中科技大學出版社，2014教學設計基本框架第一部分：組織教學和復習上次課主要內容 （時間： 分鐘）提問：1、 請簡述金屬名片的設計原則2、如何用激光打標機打出理想的金屬名片？第二部分：學習新內容【步驟一】說明主要教學內容、目的 （時間： 分鐘） 本節課主要學習氣體激光器的電源系統以及CO2激光器的基本結構。3分鐘） 氣體激光器是一種重要的激光器類型。從激光電源到泵浦系統和固體激光器有一定區別。【步驟三】新知識學習 （時間： 分鐘） 知識點一：氣體激光打標機簡介 CO2玻璃管激光打標機：使用CO2玻璃管激光器，這是早一代的產

3、品，目前已經應用非常廣泛；但是它有一個缺點：CO2玻璃管激光器壽命只有1000個小時，不能很好的滿足大批量的生產。 CO2射頻激光打標機：采用CO2射頻激光器，壽命長達2-4萬小時，打標速度快、線條精細，由于它良好的性能，可配套生產線作業(也就是我們常說的飛行打標)。它的出現，大大提高了生產效率，因而得到了很快的發展。 主要特點：使用二氧化碳激光器，屬通用機型，后聚焦方式，體積小，集成化程度高。該機適用絕大數非金屬材料打標，如紙質包裝、塑料制品、標簽紙、皮革布料、玻璃陶瓷、樹脂塑膠、竹木制品、PCB板等。 【情景展示】播放CO2玻璃管激光打標機視頻【提問與思考】1.CO2玻璃管激光打標機的主要

4、結構有哪些？ 2.CO2玻璃管激光打標機加工材料對象有哪些？知識點二：氣體激光器的電源系統 氣體激光器的種類繁多，激勵方式多樣化，主要有放電激勵、熱激勵、化學能激勵、以及核能激勵，其中尤以放電激勵用得最多。氣體放電激勵沒備簡單，能量轉換效率高，激光器結構緊湊、體積小，氣體激光器大多數采用放電激勵。按放電形式區分，激勵方式有：輝光放電激勵，如氦一氖、二氧化碳激光器等；高頻放電激勵，例如二氧化碳激光器等；以及弧光放電激勵，如氬離子、氪離子激光器等。1.連續輝光放電氣體激光器對電源系統的要求 采用直流高壓輝光放電激勵，現在仍然是氦一氖激光器，連續輸出的二氧化碳激光器的主要激勵方式。此類放電有以下幾個

5、特征：(1)傳導電流的范圍為(10-610-1)A，管壓降幾百伏到幾干伏，視管長與放電電流而定，輝光放電工作在小電流高電壓狀態。(2)有較高的陰極位降，管壓降的絕大部分消耗于陰極位降。陰極發射電子由正離子轟擊陰極形成，有較強的陰極濺射。為此，在制造燈管及運行中應盡量降低陰極濺射。(3)運行在正常輝光放電的激光管，其伏安特性呈負阻性，為此，在設計電源系統時，必須選擇合理的外特性，使激光管處于穩定工作狀態。具體要求如下：激光器能進入正常的輝光放電狀態，激光管的空載端電壓必須達到擊穿電壓：對氦-氖管，管長：(250450)mm，擊穿電壓：(40005000)V，管長：(700l000)mm，擊穿電壓

6、：(810)kV；對直管式二氧化碳激光器，擊穿電壓：(1520)kVm。必須注意，隨著管子的使用、老化，擊穿電壓約增加20。激光管擊穿后，電源應能保證供給放電管正常工作電壓和工作電流。在正常輝光放電區，伏安特性為負阻。對該類電路必須采取一定形式的鎮流措施。氣體激光器的輸出功率強烈地依賴于放電管的電流強度。在一定范圍內，輸出功率與電流平方成正比。繼續增大電流，輸出反而下降。為此，對輸出功率穩定性要求較高的激光系統，必須采用恒流調節。為使激光電源在較普遍的范圍內使用，激光電源的電壓電流應有一定的調節范圍。調節范圍的下限為放電管的維持電流。電流大小取決于激光器的負阻特性與鎮流電阻，電源的輸出功率為激

7、光管陰-陽極之間的等效功率。對氦-氖激光器，最小維持電流為(35)mA；對二氧化碳激光器，最小維持電流為(1020)mA。電源的調節上限為略大于激光管的最佳工作電流。2.縱向激勵二氧化碳激光器的電源系統 縱向激勵二氧化碳激光器有封閉型與流動型，從放電特性看，均屬于冷陰極輝光放電，即具有高電壓、低電流和負阻抗特性。縱向放電激勵二氧化碳激光器放電管的阻抗R正比于放電管的有效長度L，反比于管徑D，并與所充的混合氣體的比例及總氣壓有關，氣壓越高、阻抗越大。對于管徑為幾十毫米的放電管，阻抗約為lookm10km之間。由于運行于正常輝光放電區，放電呈現負阻特征，即在小電流時，阻抗為高值，管壓降高，而在大電

8、流時，阻抗為低值，管壓降低。【情景展示】播放氣體激光器的電源系統視頻。【討論與思考】1.連續輝光放電氣體激光器對電源系統的要求有哪些？ 2.縱向激勵二氧化碳激光器的電源系統放電特性是什么？知識點三：直流供電原理 采用限流電阻，阻值應與激光管內阻相近。當電源接通后，由于高壓直流的空載電壓超過激光管的著火電壓，激光管著火，限流電阻使激光管端電壓下降，維持一定的放電電流。變壓器的設計原則是：變壓器的容量(即額定功率)，首先根據激光器的輸出功率和效率計算出系統所需輸出最大電功率Pm(效率約為10)，則變壓器的功率Pp=2Pm；變壓器的副方電壓，應保證空載時，激光管兩端，電壓超過擊穿電壓(此值由實驗確定). 激光電源工作的結構框圖如圖所示. 【討論與思考】請簡述軸快流二氧化碳激光器電路原理。【步驟四】