教程之三2CP激光器安装检测故障处理.docx
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教程之三2CP激光器安装检测故障处理
CP激光器安装、检测、故障处理
王瑞延徐世璞付百泉编写
第一章CP激光器的安装就位
到达客户现场之前，应确认客户已做好充分准备。
一验收
收到激光器后，应检查所有的集装箱看有无损坏迹象。
如果有，应立即通知货运公司和Convergent公司。
还应核对装箱单，以确认收货无误。
如果激光器要放置一段时间再用，则必须采取充分的防损、防蚀和防环境因素的措施。
二起吊
CP激光器上有4个M12的螺孔，以用于起吊。
图1和2显示了螺孔的位置。
应使用合格的吊环螺钉来起吊，以保证安全。
图1固定孔位置图2固定孔位置
图3所示为错误的起吊方式。
图3错误的起吊方式
图4是使用吊环螺钉时的可行方式。
图5是起吊CP激光器的建议方式。
图4可行的起吊方式图5建议的起吊方式
图6展示了使用叉车或其他装置移动CP激光器时的受力（起吊）位置。
图6叉车起吊点
三场地准备
CP激光器对占地面积、供电和供水、供气有一定的要求。
进行激光器安装之前，应做好充分准备。
大多数材料加工时，都会产生有害废气。
应在安装前，准备好排演除尘的管道。
四占地面积
CP4000激光器的外形尺寸为：
长3105mm，宽855mm，高883mm，同时在激光器的周围应该至少留下15mm的空间，以便维护。
激光器所在地面应平整、光滑，不受其它机械的振动影响。
图7激光器外形
五供电
接地三相电源，输入电压可来自Y形或三角形电源，范围400~460VAC±10%，容量为37.5kVA。
注意：
输入电源电缆内的接地导线必须连接到激光器的地线端子STD1（位于主断路器MCB1旁边）。
接入激光器的电源必须保证正确的相序，以确保三相电机和泵的旋转方向的正确性。
警告：
在开始前断开主电源。
主输入变压器XFMR1：
找出位于电气面板底部的TB4（见电气原理图0546-303-20，P4）。
现场电力要求的跳线TB4列在XFMR1的主电压表中（电气原理图0546-303-20，P1）。
相序探测器和定相：
连接三相电源到激光器。
接通主电源、断路器CB4、主断路器MCB1。
物理性检查相序探测器，确认二极管发光，显示的是正确的定序。
如果二极管未发光，则应首先关闭主断路器MCB1，切断激光器主电源，并在MCB1的输入处互换两个三相引脚。
接通激光器主电源和主断路器MCB1，检查相序探测器，向真空泵或涡轮机通电前，确保二极管发光。
六供水
应配备合适的冷却水给排装置。
冷却水流量应为35GPM（加仑/分钟），合133升/分钟，成分为65%蒸馏水、35%DowfrostHD丙烯乙二醇（体积比）。
冷却水流经激光器，回到冷水机时，有大约15PSI（PSI即磅力/英寸2，15PSI约合1大气压）的压力降。
七供气
CP激光器运行需要4种气体（3种工作气体氦气、氮气、二氧化碳和洁净、干燥、无油空气）。
激光器气体中的杂质会降低输出功率，从而损害性能，导致放电变得不稳定，还会污染谐振腔（包括导光系统），或增加气体的消耗量。
CP激光器使用的气体必须符合以下要求：
工作气体
纯度
纯度级别
氦气（He）
99.996%
4.6
氮气（N2）
99.995%
4.5
二氧化碳（CO2）
99.996%
4.6
供气系统管道应极为洁净，以确保进入激光器的气体不受污染。
供气管道尽量采用不锈钢管或铜管。
如果需用塑料管材，不妨采用聚乙烯，这种材料便宜且渗透性佳。
如果使用不锈钢铜或铜管，则应采取以下措施，尽量减少污染的可能性：
●用化学溶剂清洗管道，去除油脂和污垢。
塞住管道的末端，装配时再取下塞子。
●采用TIG焊接工艺焊接不锈钢管道。
焊接时，在管内通入惰性保护气体。
●以钎焊工艺焊接铜管，并使用惰性气体，以防止形成铜氧化物。
铜氧化物微粒可能伤害激光器内部镜片。
气体经过减压器（设为80PSI，合5.4大气压），再供给激光器。
各中气体在气体混合器中，混合成正确的比例（CO2－4.1%，N2－28.2%，He－67.7%）。
激光器的最大气体压力是80PSI!
第二章CP激光器的安装/启动步骤
首先，将激光器从板条箱中取出，并固定在支架上。
拆箱和检查
拆开包装箱，就能在激光器后端的CNC接口连接器上看到以蝴蝶结形包裹的两个钥匙。
用钥匙打开面板，取出文件袋和玻璃排气弯管组件。
还有一小袋子泡沫堵头，用于在激光器安装后堵塞安装孔，以利密封。
文件包括该激光器的所有最终测试数据和模式效果，以及激光器使用手册CD-ROM。
这套东西包含了操作和维护激光器的所有重要信息，应该始终放在一起。
先把这套东西放在一边，供稍后参考使用。
玻璃弯管组件先拆开放在旁边，拆除航运硬件后，再安装。
取下航运中固定涡轮机的四个螺栓（见图8、图9）。
每个热交换器都是用螺栓固定的。
取下这些螺栓（见图10），把它们和涡轮机的4个螺栓放在一起，收好，以备再次装运激光器时使用。
图8涡轮机运输用螺栓图9涡轮机运输用螺栓
还有一个橙色塑料垫片，用来保护谐振腔。
它位于激光器的后部，端板和中央管道之间。
要取下这个垫片，必须在拔的时候稍微向上扳动端板（见图11）。
图10热交换器螺栓图11去除垫片
现在，该安装两个玻璃弯管了。
首先，取掉所有敞开端口上的航运堵头，确保零件上没有留下残余碎片。
如有必要，用酒精或其他溶剂进行清洗。
松动法兰上的螺丝，使弯管就位。
千万小心，安装时不要弄破或打碎玻璃。
最后，弯管到位妥贴后紧固螺丝。
电、气、水连接
（1）电力连接
取下激光器后部电气柜上的盖板。
三相电力电缆应穿过电器柜底部的过线孔，沿左侧向上，连接至主断路器（MCB1）的顶部端子。
地线必须牢固地连接到相关的接地螺柱上。
在通电前，必须紧固所有连接。
找到电气面板底部的TB4（见电气原理图0546-303-00，P4）。
按照电气原理图0546-303-00第1页上的XFMR1主电压表，跨接TB4上的主绕组和副绕组。
CP激光器配备了一个相位解调器，以保证真空泵正确旋转。
它位于主断路器的左侧。
激光器通电前，务必确认相位解调器上的发光二极管是亮的。
如果不亮，应关闭激光器的电源（MCB1和激光器断路器），然后，交换激光器的两根电线。
重新上电，确认相位解调器上的发光二极管是亮的。
（2）气体连接
CP激光器运行需要4种气体（3种工作气体氦气、氮气、二氧化碳和洁净、干燥、无油空气）。
激光器对气体的纯度和洁净度很敏感。
所以必须正确连接管道，以保证气体输送至激光器时纯净无污染。
密闭的气路可减少气体消耗量，并延长光学器件寿命。
CP激光器的供气系统需要6mm的管线，从电气面板底部的接头接入。
一定要用聚乙烯管（不能用聚氨酯管，透过性不好）。
首先，把管子端部切齐，给气瓶接上管子，并在激光器那一端贴上标签，以避免最后连接时混淆。
将气瓶减压器设定为15PSI（合1大气压）。
打开输出阀给气路冲气约10秒钟（此时，气管还没有接入激光器）。
关闭气瓶，把管子接到激光器的接头上，拧紧螺母。
再次打开气瓶，检查泄露情况。
然后，把气体压力设为80PSI（合5.4大气压）。
每一种气体的连接都要这样做。
最后，将整个气体管路系统冲净。
气路中的杂物，直接影响激光器的性能。
最糟糕的是正常运行时，激光器的耗气量不够高，杂物在气路中几天都冲不出来。
为了使激光器在最短的时间内运行起来，在激光器的PLC中置入了清冲指令，以尽量减少杂物进入激光器。
给激光器通电时，三个清冲电磁阀（SOL704、SOL705、SOL706）将逐一打开大约1.5秒。
也可以点击监控窗口的气体面板上的各个清冲电磁阀来手动清冲气路。
（3）冷却水连接
CP激光器的冷却系统在高流量和低压降下运行。
冷却水的成分为35%DowfrostHD、65％蒸馏水。
冷水机组应在冷却线路上配备适当的过滤器，水温应设为18℃。
用1.25"软管，将冷却水接入激光器，确保水路没有泄漏。
当激光器中充满了冷却液后，冷水机组的水箱中的冷却水就少了，可能需要向水箱中补充冷却水。
接口
有关CP激光器的控制接口最重要的一点，是接口信号用的24VDC电压来自激光器还是CNC。
CP激光器可用跳线器来选择其中一种方式。
跳线器在主接线盒（TB2）上。
一个在TB2-8和TB2-9之间，另一个在TB2-14和TB2-15之间（见电气原理图0546-303-20，P3）。
如果激光器是连接到一个OEM系统中，就只需在TB2-14和TB2-15之间连接跳线器。
如果激光器是单独运行，或通过维修盒运行，在TB2-8和TB2-9、TB2-14和TB2-15之间都应连接跳线器。
在完成接口的所有接线之后，需要在客户自备的电脑上安装监控软件。
该软件在随机的CD-ROM上。
把CD-ROM插入计算机，打开CP4000文件夹，双击其中的“CPSeriesSetupv2.9.1.0.exe”文件（可能是别的文件名），按照提示完成安装。
双击桌面上的快捷方式“CP4000DisplayPanel”或开始－>程序－>CP4000DisplayPanel，来启动监控软件。
激光器必须上电，监控软件才能和激光器进行通信。
激光器水平调整
按照下图，用水平仪把激光器调平。
端视图
前视图
底视图
运行激光器
至此，所有电、气、水等的连接都已完成，就该启动激光器了。
技术人员应熟悉激光器的所有控制和运行。
这些操作在本手册的《操作步骤》章中有详细的说明，此处就不重复了。
这里仅说明几条简单的原则。
使用监控软件执行一次测漏。
激光器的腔体已经在环境中暴露过了，一开始的测漏可能不太理想。
水分和脱气过程会影响漏气率，使激光器在此时无法达到真正良好的漏气率。
这个试验的目的是为了核实没有“严重”的漏气（由于运输或玻璃管装配不良造成）。
此时没必要进行全部15分钟的测漏，检验5分钟后就能得到合理的读数。
此时的漏气率应低于0.06Torr/min（托/分钟）。
现在回充和抽真空两次，然后再回充。
通过排除杂物，以干净的氮气填充腔体，将大大降低激光器腔内的污染。
再做一次快速的测漏，漏气率应有所改善。
现在可以启动激光器了（不要上高压）。
跳过自动预热过程。
当激光器运行起来时，监视模拟屏幕。
当涡轮机运行起来时，观察涡轮机温度。
如果激光器闲置的时间很长，轴承温度可能上升到正常以上。
如果轴承的温度超过70ºC，持续两小时以上，或超过85ºC，激光器会发出故障信息。
不过，这种情况很罕见。
开着涡轮机，不上高压，让激光器彻夜运行，以清除在运输过程中谐振腔遭到的污染。
激光器彻夜运行（不上高压）后，关闭。
把激光器抽真空至2Torr，回充。
再把激光器抽真空至2Torr，再回充。
又一次把激光器抽真空至2Torr，又一次回充。
启动激光器，上高压，完成预热。
以90%模拟指令，运行激光器10分钟。
关闭激光器，抽真空至2Torr，再回充。
以90%模拟指令，运行激光器10分钟。
关闭激光器，抽真空至2Torr，再回充。
上高压彻夜运行激光器。
以80%模拟指令，彻夜运行。
安装最终测试中所要用的光学器件。
取下旧光学器件，装上新光学器件。
不用校正功率计。
启动激光器，上高压前跳过预热步骤。
设定30%的模拟指令，出光。
激光器的功率应在1200瓦左右。
如果不是，应调节前窗镜和后窗镜。
把激光器的耗气量设到最大，让激光器运行30分钟。
30分钟后，关闭激光器，再做一次测漏。
关掉高压几分钟，使谐振腔冷却下来。
再关闭激光器，使涡轮机完全停止。
执行测漏，漏气率现在应低于0.02torr/min。
重新启动激光器，功率会在几个小时的运行中逐渐上升。
激光器也可在正常气体消耗量下运行，但是会损失一些功率（直到激光器腔体完全没有污染）。
功率上升时，应监视输出功率以确认是否在容许的限度内。
运行几个小时后，激光器应能以正常的气体消耗量，在全功率水平上运行。
当模式和功率得到验证后，应挂好所有盖板，以防污染和湿气。
激光器现在就完全运行起来了。
第三章CP激光器安装检测表
这份表是进行激光器安装和检测的可靠的步骤。
注意：
CP激光器是以光学坯件装运的。
除非有说明，不要安装随机原光学器件（用于最终测试）。
序号
任务
√
测得值/备注
1
检查包装箱，如果发现损坏，应暂停，通知Convergent公司。
2
拆箱，检查激光器壳体，看有无明显损坏。
如果有，联系Convergent公司后，方可继续。
3
查看文件和激光器出厂测试报告。
4
取下玻璃弯管，放好备用。
5
拆除涡轮机和热交换器上的运输螺栓。
6
去除垫片。
7
安装2个玻璃弯管。
8
电气连接
a）连接三相电源至MCB1。
c）跳线连接变压器XFMR1、TB4，以得到正确的输入电压（见原理图，P1）。
e）检查输入的三相电压并记录读数。
g）检查相序检测器灯，如果是亮的，则相序正确。
如果不亮，则先断电，交换任意2条三相电源线。
i）检查230VAC并记录。
9
气体管路连接
a）妥善连接3种工作气体（CO2、N2、He）。
b）设定压力为552kPa（80PSI）。
c）连接空气，并设定减压器的压力为552kPa（80PSI）。
12
连接冷却水至¼″宝塔接头
a）检查确认冷却水的成分为DowfrostHD35%＋医用蒸馏水65%。
b）激光器的总流量至少应为133LPM（35加仑/分钟）。
在显示器上是7.5LPM（流至光闸吸光器）。
记录读数。
c）设定水温为18±1℃
15
接口
a）用跳线器选择24VDC控制电压。
跳线器位于TB2、TB2-8－TB2-9和TB2-14－TB2-15上的主控制柜里。
如果由机床/CNC提供24VDC，则只在TB2-14－TB2-15之间连接跳线器。
如果是激光器提供24VDC，则在TB2-8―TB2-9和TB2-14－TB2-15之间都应连接跳线器。
16
在电脑上安装激光器监控软件。
17
设置监控软件的权限。
18
激光器水平调整。
19
准备运行激光器
CP激光器在运输和长期闲置过程中，都会受潮，必须按照这个程序启动CP激光器，使功率更加稳定，减少问题的发生。
a）所有气路都应采用洁净的铜管、不锈钢管或聚乙烯管（不要聚氨酯）。
聚乙烯的渗透性很低，且便宜。
c）测漏。
e）所有柜门和面板始终都应密闭。
安装时，要用随机密封条密封所有安装孔和槽，以防止不洁净的空气进入激光器。
g）向输出耦合器吹送洁净干燥的空气（可用氮气代替）。
所有外光路都应保持封闭，并一直吹送洁净干燥的空气。
注意，一直吹送洁净干燥的空气，以保持光学器件的清洁，即使不工作的时候也是这样。
i）如果可能，让激光器一直通电，以使激光器谐振腔维持正0.5PSI压力的氮气。
当激光器关机并第一次回充时，很多零件都是热的，因此回充的氮气是暖的。
随着冷却，气体收缩，正压力下降。
本激光器具有一个恒定回充系统以保持正压力，减少空气中的水分进入谐振腔。
第一次回充后的实际耗气量可在监控软件的“维护”屏幕上看到，即“夜间N2净化时间”，单位为秒。
每60秒钟，大约消耗1.4升氮气。
通常少于180秒。
k）激光器不运行的情况下，冷水机组不得单独运行。
因为低温可能在光学器件上造成不利的凝结。
m）必须打开真空腔的时候，应千万小心，尽量缩短在空气中暴露的时间。
用于密封腔的堵头，只有在已准备好安装弯管时才能取下。
如果安装不是一次完成，余下的堵头应重新堵上，以使腔不会长时间敞开。
激光器应先回充，且一直保持通电，持续吹送氮气。
当腔敞开时，水冷机不应工作。
在封闭腔前，应擦干任何可见液滴。
当真空系统中含有水分时，唯一有效的除湿办法是给系统加热，然后泵出气体。
这是因为水分往往附于内壁，遇热会逸出或变成水蒸气。
即使逸出或蒸发，仍将在很长一段时间内保留在腔内气体中，除非腔被彻底清空。
在运行激光器时（特别在潮湿环境下），湿气会引发一些问题：
如果腔内的湿度高，在低耗气量操作时功率会下降，放电通道监测器故障增多。
要减少这些问题，应当遵循以下程序。
由于航运时腔是敞开的以及装运中的震动，光器谐振腔里的残骸或杂物会松落，建议执行以下“运转激光器”程序。
不遵循这些程序将可能加速光学器件和激光器性能的恶化。
26
运转激光器
a）测漏（首次应小于0.06torr/min）。
记录结果。
b）回充激光器，抽真空两次。
c）再做一次测漏。
漏气速率应比第一次有改善。
记录下来。
如果漏气率仍然不小于0.06torr/min，则必须找出漏气位置并消除。
漏气位置很可能在第7步安装的玻璃弯管连接处。
激光器出厂时，漏气率不会大于0.01torr/min。
29
启动激光器（不上高压）
在模拟控制屏幕上监测涡轮机的温度。
稳定后记录数值。
如果轴承温度上升到70℃，会发出警告，降到70℃以下后，警告自行消失。
如果轴承温度在70℃以上持续2个小时，或在85℃以上持续多于十秒钟，激光器会关机。
结束
继续做剩下的事项之前，涡轮机必须在不上高压的情况下整夜运行，以清除/烘干航运中进入谐振腔的杂物。
31
a）激光器在不上高压的情况下彻夜运行后，用激光器监控软件上的连续抽真空功能，把激光器抽真空至2torr。
b）回充激光器。
c）抽真空至2torr。
d）回充激光器
e）抽真空至2torr。
f）再次回充。
g）启动激光器，打开高电压，让激光器运行完预热过程（激光器会有20分钟为最大耗气量，以清空谐振腔）。
h）在90%的水平上，运行激光器10分钟。
i）激光器停机，抽真空至2torr。
j）回充激光器。
k）启动激光器，在90%模拟命令上，运行10分钟。
l）激光器停机，抽真空至2torr。
m）回充激光器。
以上步骤应能纠正大多数问题。
如果功率还是不能维持，且在更高功率上仍然发生放电通道监测器故障，则应重复a）~m）。
44
启动激光器，并上高压、模拟指令设为50%，整夜运行（打开功率监视器以保护镜片）
45
在整夜运行后，关激光器并回充。
46
取下光学坯件，装上随机的在Convergent公司最终测试中所用的光学器件（注意前窗镜和后窗镜上的标识/方向）。
不需要校正功率计，因为这些都是原始光学器件。
47
a）把激光器抽真空至2torr。
b）回充激光器。
c）测漏，结果应小于0.06torr/min。
d）抽真空至2torr。
e）回充激光器。
f）测漏。
结果应比c）更低（典型为0.018或更好）。
48
进入监控软件的“Setup”页面，打开“Warm-up”标签，跳过预热过程。
49
启动激光器，模拟指令设为30%，上高压，出光。
检查功率读数，和最终测试数据相比较。
调节激光器功率，记录得到的功率。
逐渐增加功率，检查最终测试数据，记录60%、90%、100%模拟指令的功率。
50
烧模式，与出厂情况比较：
a）½功率，在6m处烧
b）全功率，在6m处烧
51
填写：
a）服务报告/维护报告
b）保修卡
52
如果各项性能参数与出厂时的结果相当，激光器就可使用了。
53
如果激光器的表现与出厂时有显著差异，请不要更改激光器的设置，待联系Convergent公司后再作处理。
第15步，还应遵循以下启动条件：
●激光器停机一夜
1.使用激光器监控软件的连续抽真空功能，把激光器抽真空至2torr。
2.回充激光器。
3.启动激光器，使其经过正常启动过程。
4.上高压后，激光器会进行5分钟的预热。
5.激光器在第一次出光后20分钟内，耗气量最大，300LPH。
6.在90%的水平上，运行激光器10分钟。
7.关激光器，抽真空至2torr。
8.回充激光器。
9.启动激光器，正常运行。
10.激光器会继续维持在最大耗气量上几分钟，直到变为正常耗气量（20~70LPH）。
由于湿气导致的剧烈的功率损失，通常只能在正常耗气量下观察到。
这些步骤应能纠正大多数问题。
如果功率在正常耗气量（非最大耗气量）下还是不能维持，且在更高功率下仍然发生放电通道监测器故障，则应重复5~7步，激光器会重新运行。
●激光器停机两夜或更多
11.使用激光器监控软件的连续抽真空功能，把激光器抽真空至2torr。
12.回充激光器。
13.抽真空至2torr。
14.再次回充。
15.启动激光器，使其经过正常启动过程。
16.上高压后，激光器预热5分钟。
17.激光器在第一次出光后20分钟内，耗气量最大，300LPH。
18.在90%的水平上，运行激光器10分钟。
19.关停激光器，抽真空至2torr。
20.回充激光器。
21.启动激光器，正常运行。
22.激光器会继续维持在最大耗气量上几分钟，直到变为正常耗气量（20~70lph）。
由于湿气导致剧烈的功率损失，通常只能在正常耗气量下观察到。
23.在90%的水平上，运行激光器10分钟。
24.关停激光器，抽真空至2torr。
25.回充激光器。
26.启动激光器，正常运行。
这些步骤应能纠正大多数问题。
如果功率在正常耗气量（非最大耗气量）下还是不能维持，且在更高功率下仍然发生放电通道监测器故障，则应重复5~7步，激光器会重新运行。
第四章
故障处理
CP4000激光器出现故障以后，要注意观察提示。
如果故障发生在专用部件上，则可联系该部件的供应商，取得故障解决方案。
警告：
在对CP4000激光器进行任何维护操作之前，务必确保机器（主电源开关MCB1）已断开。
使用接地棒将HVPS彻底放电，否则，可能导致伤亡。
八CP4000激光器警告信息
警告001CO2气体压力过小（R186，Bit1）
可能故障原因-PS704（PLCMOD3B1）压力低于60PSI。
1CO2气瓶压力低。
2CO2气体供应管道没有连接到激光器或没有开启。
解决方案
1检查校准仪/更换CO2气体供应气瓶。
2连接CO2气体管道并打开供气阀门。
注意：
此警告信息会显示5分钟。
如果没有在5分钟内解决故障，激光器将自动停止并显示“MCR001CO2GasPressureLowFault”。
警告002N2气体压力过小（R186，Bit2）
可能故障原因-PS706（PLCMOD3B2）压力低于60psi
1N2气瓶压力低。
2N2气体供应管道没有连接到激光器或没有开启。
解决方案
1检查校准仪/更换N2气体供应气瓶。
2连接N2气体管道并打开供气阀门。
注意：
此警告信息会显示5分钟。
如果没有在5分钟内解决故障，激光器将自动停止并显示“MCR001N2GasPressureLowFault”。
警告003He气体压力过小（R186，Bit2）
可能故障原因-PS705（PLCMOD3B3）压力低于60psi
1He气瓶压力低。
2He气体供应管道没有连接到激光器或没有开启。
解决方案
1检查校准
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