Spis treści

Chiller to taka lodówka z obiegiem chłodniczym tylko zamiast komory (w której przechowujemy coś w niskiej temperaturze) jest wymiennik ciepła, przez który przepływa woda. W tym wymienniku z tej wody odbierane jest ciepło i w obiegu chłodniczym oddawane w drugim wymienniku do powietrza. Na powyższym zdjęciu widzimy, że na obudowie chillera stoi stycznik - do właśnie on sterowany jest z naszego systemu i włącza i wyłącza pracę tej maszyny. 

Rys. 31 Widok rozdzielaczy i węży z wodą chłodzącą.

Wlot i wylot wody z chillera doprowadziliśmy do dwóch rozdzielaczy zamontowanych pomiędzy generatorem RF, a głowicą lasera. Z tych rozdzielaczy wodę rozprowadzamy do wszystkich chłodzonych elementów. Na tych elementach umieściliśmy też czujniki temperatury PT100, dzięki którym nasz sterownik wie jaka jest obecnie temperatura i czy nie ulegają przegrzaniu. Oczywiście nagły wzrost temperatury na którymś z elementów będzie skutkował alarmem i procedurą wyłączenia. 

Rys. 32 Chłodzony również wodą pochłaniacz mocy wiązki lasera.

Jeden z wodnych kanałów doprowadzony jest do pochłaniacza mocy wiązki lasera. Był to bardzo przydatny element zwłaszcza w trakcie naszych prac uruchomieniowych. Jeszcze chyba w tym opracowaniu nie wspominaliśmy, że nasz laser emituje promieniowanie światła o długości fali 10,6um. Jest to podczerwień całkowicie niewidoczna dla ludzkiego oka i niestety jest też bardzo silnie absorbowana przez tkanki ciała. Biorąc pod uwagę dużą moc tego światła i fakt że lubi się ono odbijać od metalicznych powierzchni, stanowi bardzo duże zagrożenie bezpieczeństwa. Ten pokazany na powyższym zdjęciu pochłaniacz to tak naprawdę aluminiowy bloczek z kanałami wodnymi i czernionymi wewnątrz powierzchniami umieszczonymi pod kątem. Moc światła jest pochłaniana przez te czarne powierzchnie i zamieniana w ciepło, które z kolei zabiera woda. Bloczek umieszczony jest na siłowniku, który może go w wiązkę wsuwać i wysuwać. Nie jest to nasze rozwiązanie, pobraliśmy je z demontowanych systemów. Na razie nie będzie też sterowane z naszego układu automatycznie.

Rys. 33 Lampa sygnalizująca wizualnie stan systemu.

Kolejny element systemu bezpieczeństwa, który uznaliśmy że się przyda - wieża statusowa z lampami w trzech kolorach. Pomarańczowy świeci się, gdy system jest w gotowości - w sterowniku oprócz wejść interlock jest jeszcze jedno, przeznaczone dla przełącznika typu stacyjka z kluczykiem. Przełączenie stanu tego wyjścia (oraz jeśli stany wszystkich zmiennych systemu na to pozwalają) rozpoczyna się procedura uruchomienia systemu. Na ekranie stan bloczku zmienia się z DISABLED na INIT, aż w końcu na ENABLED. Gaśnie lampa pomarańczowa i zapala się zielona. W tym momencie laser już mógłby emitować wiązkę z nastawioną mocą, ale konieczny jest jeszcze sygnał sprzętowy bramkujący, który może wystawić np. inny system CNC jeśli laser będzie pracował np. w ploterze tnącym. Tam potrzeba szybkiego włączania i wyłączania w zależności od tego, czy laser tnie, czy akurat ma martwy przebieg. Dlatego wejście od tego parametru wkomponowane zostało w sprzętowym torze modulacji pracy lasera.

Rys. 34 Ręczny przycisk wyzwalania wiązki.

Na razie na stanowisku testowym musimy jakoś wiązkę uruchamiać, dlatego zastosowaliśmy taki ręczny przycisk z zabezpieczeniem przed przypadkowym włączeniem. Konieczny był jeszcze zasilacz DC 5V, bo zazwyczaj systemy CNC wystawiają sygnał TTL właśnie z takim napięciem. Napięcie z naszego zasilacza poprzez ten przycisk uruchamia wyjście wiązki. 

Rys. 35 Cyfrowy miernik mocy wiązki światła firmy Coherent.

 Zbliżamy się do uruchomienia lasera. Wspominaliśmy już, że wiązka będzie całkowicie niewidoczna, dlatego potrzebujemy czegoś do sprawdzenia czy laser działa. Oczywiście na samym początku nie był to tak zaawansowany miernik mocy lasera, jak na powyższym zdjęciu. W naszym laboratorium dorobiliśmy się go dużo później. W pierwszym uruchomieniu na drodze wiązki położyliśmy kawałeczek deski. Materia organiczna bardzo mocno chłonie tę długość fali, więc był to najprostszy marker obecności wiązki. 

Rys. 36 Uruchomienie lasera na pełnej mocy ciągłej.

Pełna procedura uruchomienia zestawu laserowego wygląda następująco - po przekręceniu stacyjki kluczykiem system włącza chiller i testuje przepływ wody chłodzącej, sprawdza wejścia bezpieczeństwa interlock, włącza stycznik doprowadzający zasilanie do zasilaczy DC 48V i następnie bada wartość tego napięcia na zasilaniu generatora RF, jednocześnie wyświetla tę wartość na ekranie. Na koniec procedury sprawdzane są wartości temperatur elementów i stan wyłącznika bezpieczeństwa. Jeśli żaden z parametrów nie odbiega od normy, zapala się zielona lampka i laser jest włączony. Do generatora podawany jest sygnał modulacji zgodny z nastawą w systemie. Po naciśnięciu przycisku, który poda sygnał bramkujący wiązka jest na wyjściu i natychmiast wypala dziurę w desce. 

Rys. 37 Moment przepalenia deski wiązką lasera na wylot.

W trakcie robienia zdjęć udało nam się uchwycić moment przepalenia deski na wylot. W kierunku deski nie było żadnego nadmuchu powietrza, a jedynie wiązka światła. Pomimo to, nastąpił gwałtowny wydmuch spalin w kierunku zgodnym z biegiem wiązki. Strumień gazu pochodzi z parujących i spalanych bardzo szybko składników organicznych, jednak zastanawiające jest dlaczego wydmuchiwane są jedynie w kierunku biegu wiązki. Później domyśliliśmy się, że na pewno biegną w obie strony, ale po stronie wlotu wiązki są po prostu spalane. Olśnienie przyszło, gdy dym zapalił się także z drugiej strony a smuga zniknęła.

Rys. 38 Okulary ochronne przed promieniowaniem laserowym.

Jako, że zniszczonego wzroku nic nie wróci, do pracy z tym laserem zainwestowaliśmy w wysokiej jakości okulary ochronne firmy LaserVision. Przy doborze takich gogli, trzeba zwrócić uwagę czy w zakresie długości fali światła przed którym chronią mieści się zakres źródła z którym pracujemy. Nasze mają bardzo szerokie spektrum i dzięki temu po założeniu niewiele przez nie widać, jednak możemy być pewni, że przypadkowo odbita wiązka od jakiejś powierzchni nie uszkodzi nam wzroku. Wbrew pozorom nie jest o to aż tak trudno, podczas prac z dalszą optyką i lusterkami nagle zauważyliśmy błysk i dym przy przewodzie zasilającym - okazało się że soczewka ustawiona została pod kątem i część światła się od niej odbijało padając właśnie na przewód. Promieniowanie, którego nie widać jest naprawdę niebezpieczne, zwłaszcza że nigdy nie możemy przewidzieć, jak będzie się zachowywać na swojej drodze. Przy tych mocach nawet znikome refleksy mogą stanowić poważne zagrożenie dla oczu. 

Rys. 39 Praca lasera na 10% mocy maksymalnej.

Na poprzednim zdjęciu płomień był bardzo intensywny, biały i nie widać było żadnego dymu - to zasługa dużej mocy wiązki, która powodowała spalanie w bardzo wysokiej temperaturze. Na powyższym zdjęciu wiązka ma jedynie 10% swojej maksymalnej mocy. Płomień unosi się ku górze jak ze świeczki i nie spala odparowanych gazów w całości, dzięki czemu obserwowane jest kopcenie. Przy dużej mocy ogień dosłownie wydmuchiwany jest jak z silnika rakietowego. 

Rys. 40 Praca z laserem z zastosowaniem środków ochrony.

Zobacz nasze oferty na Allegro