Sửa chữa Laser thể rắn công nghiệp Rofin

Laser thể rắn SLS của Rofin (nay là Coherent) sử dụng công nghệ laser thể rắn bơm diode (DPSSL) và được sử dụng rộng rãi trong chế biến công nghiệp (như đánh dấu, cắt, hàn) và nghiên cứu khoa học. Dòng laser này được biết đến với độ ổn định cao nhất, tuổi thọ cao và chất lượng chùm tia tuyệt vời (M²), nhưng chúng có thể hỏng sau thời gian dài sử dụng, ảnh hưởng đến hiệu suất.

Bài viết này sẽ giới thiệu chi tiết về cấu tạo, lỗi thường gặp, ý tưởng bảo trì, bảo dưỡng hàng ngày và các biện pháp phòng ngừa của dòng SLS để giúp người dùng kéo dài tuổi thọ của thiết bị và giảm thời gian chết.

2. Cấu trúc thành phần laser SLS series

Dòng laser SLS chủ yếu bao gồm các mô-đun cốt lõi sau:

1. Đầu laser

Tinh thể laser: thường là Nd:YAG hoặc Nd:YVO₄, được bơm bằng diode laser.

Mô-đun Q-switch (Q-Switch):

Công tắc Q quang âm (AO-QS): phù hợp với tốc độ lặp lại cao (mức kHz).

Công tắc Q quang điện (EO-QS): phù hợp với các xung năng lượng cao (như gia công vi mô).

Tinh thể nhân đôi tần số (SHG/THG) (tùy chọn):

KTP (ánh sáng xanh 532nm) hoặc BBO (ánh sáng UV 355nm) để chuyển đổi bước sóng.

2. Mô-đun bơm diode

Mảng diode laser (LDA): Cung cấp ánh sáng bơm 808nm, cần kiểm soát nhiệt độ TEC để duy trì sự ổn định.

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ (TEC): Đảm bảo diode hoạt động ở nhiệt độ tối ưu (thường là 20-25°C).

3. Hệ thống làm mát

Làm mát bằng nước (Máy làm lạnh): Các mẫu công suất cao (như SLS 500+) cần có máy làm lạnh bên ngoài để đảm bảo nhiệt độ của đầu laser ổn định.

Làm mát bằng không khí (Air Cooling): Các model công suất thấp có thể sử dụng làm mát bằng không khí cưỡng bức.

4. Hệ thống quang học (Beam Delivery)

Bộ mở rộng chùm tia (Beam Expander): Điều chỉnh đường kính chùm tia.

Gương (Gương HR/OC): Gương phản xạ cao (HR) và gương ghép nối đầu ra (OC).

Bộ cách ly quang học (Optical Isolator): Ngăn chặn ánh sáng phản xạ làm hỏng tia laser.

5. Kiểm soát và cung cấp điện

Nguồn cấp điện cho ổ đĩa: Cung cấp dòng điện ổn định và tín hiệu điều chế.

Bảng điều khiển/phần mềm: Điều chỉnh các thông số như công suất, tần số, độ rộng xung, v.v.

III. Các lỗi thường gặp và ý tưởng bảo trì

1. Không có đầu ra laser hoặc giảm công suất

Những lý do có thể:

Diode laser bị lão hóa hoặc hư hỏng (tuổi thọ chung là 20.000-50.000 giờ).

Lỗi mô-đun công tắc Q (lỗi ổ đĩa AO-QS hoặc độ lệch tinh thể).

Hệ thống làm mát bị lỗi (nhiệt độ nước quá cao hoặc lưu lượng không đủ).

Phương pháp bảo trì:

Kiểm tra xem dòng điện LD có bình thường không (tham khảo hướng dẫn kỹ thuật).

Kiểm tra xem đèn bơm có bình thường không bằng đồng hồ đo điện.

Kiểm tra tín hiệu truyền động công tắc Q và thay thế AO/EO-QS nếu cần thiết.

2. Chất lượng chùm tia giảm sút (chế độ không ổn định, biến dạng điểm)

Những lý do có thể:

Linh kiện quang học bị nhiễm bẩn (bề mặt thấu kính và tinh thể bị bẩn).

Sự sai lệch của khoang cộng hưởng (rung động làm dịch chuyển thấu kính).

Hiệu ứng thấu kính nhiệt tinh thể (biến dạng nhiệt do làm mát không đủ).

Phương pháp sửa chữa:

Vệ sinh bộ phận quang học (sử dụng etanol khan + vải không bụi).

Hiệu chỉnh lại khoang cộng hưởng (yêu cầu thiết bị chuyên nghiệp như bộ chuẩn trực laser He-Ne).

3. Giảm hiệu suất thay đổi bước sóng hoặc tăng gấp đôi tần số

Những lý do có thể:

Độ trôi nhiệt độ hoặc độ dịch chuyển góc khớp pha của tinh thể nhân đôi tần số (KTP/BBO).

Sự dịch chuyển bước sóng của máy bơm (lỗi kiểm soát nhiệt độ TEC).

Phương pháp sửa chữa:

Hiệu chỉnh lại góc tinh thể (sử dụng khung điều chỉnh chính xác).

Kiểm tra xem bộ điều khiển nhiệt độ TEC có ổn định không (điều chỉnh thông số PID).

4. Báo động thường xuyên hoặc tự động tắt máy

Những lý do có thể:

Bảo vệ quá nhiệt (hỏng hệ thống làm mát).

Nguồn điện quá tải (tụ điện bị lão hóa hoặc đoản mạch).

Lỗi phần mềm điều khiển (cần nâng cấp chương trình cơ sở).

Phương pháp sửa chữa:

Kiểm tra lưu lượng nước làm mát và cảm biến nhiệt độ.

Đo xem điện áp đầu ra của nguồn điện có ổn định không.

Liên hệ với nhà sản xuất để có được chương trình cơ sở mới nhất.

IV. Phương pháp chăm sóc và bảo dưỡng hàng ngày

1. Bảo trì hệ thống quang học

Kiểm tra hàng tuần:

Vệ sinh gương đầu ra và cửa sổ Q-switching bằng cồn khan + tăm bông không bụi.

Kiểm tra xem đường dẫn quang học có bị lệch không (quan sát xem điểm sáng có ở chính giữa không).

Mỗi 3 tháng:

Kiểm tra xem tinh thể nhân đôi tần số (KTP/BBO) có bị hỏng hoặc bị nhiễm bẩn không.

Hiệu chỉnh khoang cộng hưởng (sử dụng sự hỗ trợ của tia laser chuẩn trực nếu cần).

2. Bảo trì hệ thống làm mát

Kiểm tra hàng tháng:

Thay nước khử ion (để tránh cặn bẩn làm tắc đường ống).

Vệ sinh bộ lọc máy làm mát để đảm bảo tản nhiệt tốt.

Mỗi 6 tháng:

Kiểm tra xem máy bơm nước có hoạt động bình thường không và đo lưu lượng (≥4 L/phút).

Hiệu chỉnh cảm biến nhiệt độ (sai số <±0,5°C).

3. Bảo trì hệ thống điện tử

Kiểm tra hàng quý:

Đo độ ổn định đầu ra của nguồn điện (biến động dòng điện <1%).

Kiểm tra xem hệ thống nối đất có tốt không (tránh nhiễu điện từ).

Bảo trì hàng năm:

Thay thế tụ điện cũ (đặc biệt là bộ phận cung cấp điện áp cao).

Sao lưu các tham số điều khiển để ngăn ngừa mất dữ liệu