Po zdjęciu pierwszej, aluminiowej obudowy zobaczyć możemy płytkę sterującą z procesorem, która odpowiada za komunikację ze świętem zewnętrznym. Przy tych mocach i częstotliwościach praca procesora na pewno byłaby zakłócana intensywnie, dlatego postanowiono zastosować aż dwie obudowy. Dodatkowo każda uszczelniana jest miedzianą, posrebrzaną plecionką, która ściskana jest między obudowami a podstawą. Ma to zabezpieczyć urządzenie przed emisją zakłóceń także na zewnątrz.

Rys. 21 Wnętrze główne generatora.

No i teraz najważniejsze - wnętrze modułu mocy. Widzimy tam aż 4 oddzielne obwody drukowane. Są to: generator częstotliwości z przedwzmacniaczem, dwa obwody wzmacniacza RFPA oraz sumator mocy wyjściowej. 

Rys. 22 Widok płytki wzmacniacza RFPA.

Częstotliwość wygenerowana i wstępnie wzmocniona w pierwszym obwodzie trafia na dwie płytki wzmacniacza mocy RFPA. Jest tam wzmocniona do poziomu 2 x 500W i grubymi srebrzonymi przewodami doprowadzona do płytki sumatora.

Rys. 23 Widok głównych tranzystorów w.cz. mocy.

Rys. 24 Wyjście mocy wysokiej częstotliwości.

W tym obwodzie moc jest sumowana i wyprowadzana na zewnątrz za pomocą złącza żeńskiego typu N. Dodatkowo jest tam obwód pomiaru mocy odbitej - bardzo ważny parametr w pracy tego lasera. Na jednym z pinów złącza sterującego wyprowadzony jest sygnał proporcjonalny, świadczący o wartości tej mocy. Wrócimy do tego na etapie uruchomienia.

Rys. 25 Dwa zasilacze 48V zasilające wzmacniacz RF.

Teraz dwa komponenty, których zdjęcie wykonaliśmy już na stanowisku testowym, bo nie mieliśmy ich w postaci uszkodzonej jak poprzednie. Są to zasilacze napięcia stałego 48V z wydajnością prądu aż 32A każdy. 

Rys. 26 Tabliczka znamionowa zasilacza 48V.

Zasilamy je z naszej sieci jednofazowej napięciem 230V, oba połączone są dodatkowo przewodami synchronizacji umożliwiającymi ich wspólną pracę z połączonymi równolegle wyjściami. Te dwa zasilacze to ostatni kluczowy element systemu laserowego. Spróbujemy teraz je wszystkie połączyć w całość i uruchomić. Oczywiście dwa pierwsze elementy zastosujemy już z tych zdemontowanych z maszyn. Mieliśmy nadzieję, że będą sprawne i tak też było.

Rys. 27 Zmontowana konstrukcja zestawu bez zasilaczy DC.

 Wykorzystując aluminiowe profile konstrukcyjne złożyliśmy zestaw laserowy w jedną całość, by łatwiej było prowadzić prace uruchomieniowe. Na powyższym zdjęciu widać przewód wysokiej częstotliwości (o którym było wspomniane), łączący głowice lasera z generatorem. Widać też już dwa inne komponenty, które pozyskaliśmy z rozbieranych maszyn - jeden to pochłaniacz mocy wiązki, wsuwany w jej tor za pomocą siłownika pneumatycznego, a drugi to element optyczny zbudowany z soczewek z siarczku cynku. Umożliwia on kolimację i regulację średnicy wiązki - w tym przypadku rozszerzał ją na większą powierzchnię, by na dalszych lusterkach traciła mniej mocy i nie wypalała ich punktowo. 

Rys. 28 Podłączenie zasilaczy DC do generatora RF.

Z boku całej konstrukcji umieściliśmy zasilacze DC i połączyliśmy je przewodami o przekroju 6mm² z generatorem RF. W torze zasilania 230VAC umieściliśmy stycznik, który odcina zasilanie całego urządzenia. Będzie on włączany i wyłączany ze sterownika, który planujemy stworzyć dla tego zestawu laserowego. 

Rys. 28 Opis 15-pinowego złącza sterującego D-SUB.

Gdy udało się w Internecie odnaleźć częściową dokumentację zestawu okazało się, że sterowanie nie jest zbyt skomplikowane i dało by się urządzenie w dość prosty sposób uruchomić. Postanowiliśmy jednak zbudować do tego zestawu zaawansowany sterownik, który będzie mógł także kontrolować wszystkie warunki pracy lasera: jak temperatura, parametry mocy, chłodzenie, modulacja czy bezpieczeństwo. Laser może pracować w różnych konfiguracjach, jednak w tym opracowaniu zajmiemy się trybem CW Mode. Ze złącza sygnałowego najważniejszymi pinami są te od modulacji czyli PIN 2 i 3. Wymagane jest tam podanie sygnału różnicowego odpowiedzialnego za modulowanie pracy, a co za tym idzie mocy średniej na wyjściu lasera. Postanowiliśmy zrobić dość prostą modulację PWM, dzięki której uzyskamy regulację mocy wiązki od 0 do 100% mocy maksymalnej. Parametr wartości PWM będzie konfigurowalny z interfejsu użytkownika i podawany po włączeniu w sposób ciągły z procesora, a w torze sygnału będzie on bramkowany dodatkowym sygnałem wejściowym.

 Jak wskazuje dokumentacja techniczna na różnicowym wejściu napięcie pomiędzy 2V a 10V, odpowiada za włączenie i wyłączenie sygnału RF dla głowicy lasera. Stosując w tym miejscu przebieg prostokątny o częstotliwości mniejszej od 25kHz i regulując szerokość impulsu, możemy płynnie regulować moc wyjściową lasera. Jednak biorąc pod uwagę fakt, że generator będzie dokonywał także zmian w częstotliwości sygnału RF na wyjściu i dynamikę samej plazmy (jej zapalania i gaszenia), możemy stwierdzić, że średnia moc optyczna na wyjściu nie będzie proporcjonalna do naszej nastawy PWM. 

Rys. 28 Prototyp układu sterującego laserem.

Ten dodatkowy sygnał będzie odpowiadał za szybkie włączanie i wyłączanie wiązki (co jest niezbędne np. w pracy z maszynami CNC) a do współpracy z takimi właśnie tworzyliśmy głównie ten sterownik. Na powyższym zdjęciu pokazany jest pierwszy z interfejsów użytkownika na dużym, dotykowym ekranie LCD. Na wydzielonych polach wyświetlają się zmierzone parametry, a jeśli ich wartość jest w normie, pola te są zielone. Mamy tu pomiar przepływu cieczy chłodzącej w całym układzie, trzy temperatury zmierzone na obudowie głowicy lasera, zasilaczu RF i wlocie wody chłodzącej, zmierzone napięcie DC zasilające generator, współczynniki mocy RF dostarczonej do lasera i odbitej, dwa binarne wyjścia z generatora świadczące o normie temperatury i stosunku mocy, dwa sygnały interlock które mogą być wykorzystane do monitorowania parametrów bezpieczeństwa maszyny, stan pracy lasera oraz wejście do ekranu parametryzacji i konfiguracji jak i logów systemowych. 

Rys. 29 Widok kontrolera przepływu wody chłodzącej.

W naszym systemie pracy zestawu laserowego zaimplementowaliśmy układ chłodzenia wodą z generatorem wody lodowej, który utrzymuje cały czas jej temperaturę na poziomie 20 stopni Celsjusza. By pilnować czy woda cały czas płynie zastosowaliśmy kontroler przepływu z programowalnym wyjściem binarnym. Ustawiliśmy je tak, że daje sygnał do kontrolera jeśli przepływ jest na poziomie większym lub równym 10 litrów na minutę. Wtedy kontroler wyświetla na ekranie Flow OK. Dodatkowo kontroler ma możliwość włączenia i wyłączenia chillera. Uruchamia go w trakcie procedury startowej i ma dzięki temu możliwość testu, czy przepływomierz działa prawidłowo wyłączając na chwile przepływ, sprawdza czy sygnał zanika. Jeśli nie zaniknie to znaczy, że przepływomierz uległ awarii i zgłosi błąd. Taki błąd zostanie też zgłoszony w trakcie pracy systemu, gdy woda przestanie płynąć. Jednocześnie system uruchomi procedurę wyłączenia.

Rys. 30 Generator wody lodowej - chiller.