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基于相机的光束轮廓仪来测量高功率激光的材料加工

作者:admin发布时间:2020-09-16分类:产业动态浏览:3评论:0


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原题目:根据照相机的光束轮廓仪来测量大功率激光的原材料生产加工

Measuring High-Power Materials Processing Lasers with Camera-Based Beam Profilers

根据照相机的光束轮廓仪 来测量大功率激光的原材料生产加工

选用新的方式开展即时检测缺点的存有是否对终端产品用户提升原材料的生产加工品质、提升生产加工高效率、降低消耗与在生产制造时得到 更强的总体精益生产的生产制造感受。

从激光激光切割厚钢板到在光伏材料上开洞及其在塑胶上开展激光打标,现阶段应用大功率激光能够 在许多原材料上开展生产加工。每一个提升的主要用途都存有规定持续提升生产能力和降低消耗的要求,进而规定激光生产过程务必是平稳的和能够 预测分析的。因而,针对工业生产而言,同一切别的的用以精密机械制造的专用工具一样,务必能够 高宽比的监管以取得最好的性能。

基于相机的光束轮廓仪来测量高功率激光的材料加工 留念激光器问世60周年

基于相机的光束轮廓仪来测量高功率激光的材料加工 图1 大功率激光的光束轮廊的测量和剖析

从历史时间见解上说,大功率激光的光束轮廊的测量和剖析必须花销几万美金来选购专业的机器设备。在近期,能够 取代这一传统式的光束检测仪的计划方案是高像素的CCD相机,这一CCD相机具备质优价廉和测量快速的特性。CCD相机捕捉光束的详尽的信息内容,如光点规格、光束品质及其光束的可靠性,该CCD相机是以拍摄的方式开展的,而且这一技术还能够监管激光生产加工时的产品品质。除此之外,运用这类照相机还能够降低成本费和为开展全过程监管和检修所必须的激光武器装备系统软件的项目投资的降低和保证质量开拓一个新的路面(见图2)。

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基于相机的光束轮廓仪来测量高功率激光的材料加工 图2 利用计算机来捕捉6-KW 光纤线激光的4个特点

详解: 4-s 单脉冲 (a) 及其激光束的束身,包含静态数据(深蓝色)、动态性(翠绿色),显示信息聚焦点的光点部位n (b). 四条曲线图各自表明好多个不一样的测量获得的激光特点的平方根 (1); 激光的1D轮廊显示信息的是动能顺着工作中平面图的遍布状况(2); 在焦平面在4 s内往前挪动大概8.4 mm时随時间转变测量获得的关联 (3); and the increase in the beam size at the work plane 在工作中平面图光点直徑扩大的結果(4). 提升光点直徑促使其激光输出功率在 4-s 减少到功率的41%,

因为大功率激光的原材料生产加工在应用时存有极大的挑戰,对OEMs和客户而言,积极的定期检查改进光束品质是十分关键的,并另外深刻领会以照相机为基本的光束轮廊剖析则一样产生极大的益处(见图3)。

基于相机的光束轮廓仪来测量高功率激光的材料加工 图2 选用CCD相机开展测量以表明沒有(开启的图象)和有(图中)产品质量问题时的聚焦点光点的光束轮廊

关心的光束主要参数

很多激光主要参数在全部激光机器设备的生命期上都是十分关键的主要参数,而且存有很多不一样的测量方式来开展测量。比如,激光光束品质的测量,像M2, BPP (光束主要参数相乘,beam parameter product), 瑞利长短(Rayleigh length) ,全是在发展趋势激光灯源的全过程中常抓不懈的主要参数。殊不知,这种主要参数的测量并不代表着在激光商品生产制造出去以后并不会 数次开展测量。此外,测量例如激光输出功率和光点规格也是十分关键的,这对了解和把握激光在全部生命期的性能尤为重要。这是由于有关激光功率的测量存有2个界定,见图16.

基于相机的光束轮廓仪来测量高功率激光的材料加工 图16 光点聚焦点规格和功率中间的关联,当聚焦点的光点直徑为一半大的情况下,会造成抗压强度较大4倍

功率界定为激光的量在原材料生产加工的情况下在光点规格上的遍布。它是激光以每平方分米表面的W数为特点的一个主要参数(企业为W/cm2),这一主要参数测量的是激光怎样与原材料生产加工时相互影响的一个量。了解了这一特点,针对激光的取得成功运用十分关键。

有利于降低机器设备的项目投资

在传统式的生产制造全过程中,准备好的构件先开展质量检测,随后将品质有什么问题的构件给与抛下。伴随着智能化技术的发展趋势和现如今绿色环保的发展趋势的发展趋势,了解激光系统软件是怎样工作中的和对激光工作中时的主要参数开展习惯性的测量,如光束的主要参数和功率等就比过去任何时刻看起来至关重要。CCD相机能够 捕捉在构件生产过程中的这种特点而且可以促使生产商发现问题,进而避免 或巨大的降低激光在生产过程中的性能主要表现。选用CCD相机对激光的性能开展跟踪观查,还可以在激光生产加工的全过程中完成。

即便是选用能够 担负得起花费得测量计划方案,激光生产商遭遇着分歧的挑选,资金投入重金在激光系统软件上,而这种激光系统软件却在运作得全过程照料你没有维护,由于沒有测量技术来适用其在精确得情况下运作,由于现有在测量技术要不太过繁杂、要不测量花费太过价格昂贵,压根不好用。实际是,殊不知,项目投资相对性较少的激光测量技术又极端化的敏感,不太好用。当从终端产品用户的项目投资视角的维护考虑,测量技术必须切切实实的具备项目投资省和运作便捷、平稳的特性(见图5)。

基于相机的光束轮廓仪来测量高功率激光的材料加工 图5 工业生产激光生产加工中的激光聚焦点品质和每一构件的花销 关系网

大量的企业已经找寻更承担责任地耗费电力能源 的方式。她们剖析和将她们的商品进到生产流水线以降低商品的生产制造時间和原材料的耗费。殊不知,针对激光系统软件的测量这一块仍然存有阻碍。关键缘故是:1)测量机器设备的项目投资;2)测量机器设备的运作较为艰难及其还存有很有可能毁损或毁坏的风险性;和/或3)测量的情况下还存有必须花费时间的难题,尤其是,当这一花销的时间必须放弃商品生产制造的時间的時间。殊不知,从内心里深刻领会危害激光生产加工高效率的要素的有关专业知识,并促使数据分析系统的性能越来越非常容易和当然是十分关键的。

测量大功率激光

一般来说,用于测量大功率激光性能的方式有三个。第一个是激光光束的轮廊测量,包含2个最普遍的应用了20很多年的测量方式:运用低输出功率和中等水平输出功率的激光来扫描仪间隙光束轮廓仪 ,而且运用大功率扫描仪扫描仪的仅有针眼尺寸的顶尖。这时候试品中会分派到一定占比的激光并意味着单一原素的探测仪而存有。此外此类测量方式中的此外2个测量方式则是,转动或是平移变换扫描仪针眼而生产制造出3D的光束图象。这一测量方式必须很大规格的机器设备而且具备可挪动的机械设备设备、水冷散热设备、对实际操作较为了解的作业者,另外还必须有充足的時间来进行检测。因为这一机器设备相对而言较为价格昂贵并且维护费都不低、测量的高效率也较为低,促使这一技术在具体生产加工自然环境中并不好用。。

第二个测量方式是一种新的技术,包括一个非立即或是非触碰的测量系统软件,该系统软件不用同激光束相触碰。这一技术是根据光束的瑞利散射光从侧面开展显像的基本原理,而且即时测量整聚焦点周边的光束散焦度。这一技术在工业生产中运用的情况下归属于最先,而且该技术能够 测量全部光束的散焦度,并且時间屏幕分辨率较为高,选用视頻开展收集,见图6所显示。

基于相机的光束轮廓仪来测量高功率激光的材料加工 图6 新奇的根据瑞利散射的无触碰光束测量技术

第三种测量技术则归属于将大功率激光束的测量给进一步的开展了发展趋势,提升了测量速率和减少了测量成本费。这一优秀的激光束测量技术能够 立即、迅速、成本低、低输出功率、一次直射,并且采用的是同CCD光束轮廓仪相相近的方法,融合 光照强度衰减系数的水平来开展测量。这一方法包含专业用以光束剖析的光照强度衰减系数测量系统软件,融合双抽样光电器件与在聚焦点的光束抵达照相机以前的光束衰减系数的中性化相对密度滤光镜。这一系统软件的光束分离设备设计方案变成大功率激光常用,测量范畴为NIR (1000 to 1100 nm)聚焦点或自准直激光束轮廊 ,能够 达到 5 kW or 15 MW/cm2。

应用这一技术,这一成本低的系统软件能够 出示常见的 3D 和 三d光束轮廊,另外具备在一定的時间内开展图型的图象集成化 和得到 动态性的、视頻速度的全光束轮廊层面具备迅速测量的工作能力,见图7。

基于相机的光束轮廓仪来测量高功率激光的材料加工 图7 紧凑的,以照相机为基本的测量聚焦点光点光束的分析仪

工业生产4.0技术的发展趋势必须在生产制造的过程中将商品从2个或是大量的生产流程中开展挪动,包含精准定位与在最终环节对低品质的商品开展分离出来。在具体生产制造中,比如电焊焊接的缺点,就较为无法发觉。而且,假如存有铸造缺陷,便会对构件的应用导致灾祸和 经济发展危害。并且,这时抛下该构件还存有极大的经济发展消耗。伴随着近期的智能化技术的发展趋势,新的技术可能简单化清除品质欠佳的构件的全过程。因而,在提升的性能的标准下实际操作激光器对全部的品质改进而言尤为重要,如构件的品质、全部商品的生产制造工作能力、残品率的降低、成本费的节省等。

更密不可分的全过程 操纵必须大量的更高频的捕捉加工工艺数据信息。测量功率是了解激光原材料加工工艺全过程中光束性能的重要。焦平面的转移对运输的激光比能量具备十分关键的危害。因而,迅速的测量系统软件来捕捉数据信息便是十分必需的。这一即时的测量和迅速的捕捉数据信息可能在确保商品生产制造周期时间同一和改进提升这种层面十分必需。

CCD相机是一款十分便宜另外也是迅速的处理激光光束轮廊的神器对光波长为UV到NIR范畴内的激光在测量系统软件的低输出功率的輸出前提条件下开展测量均十分层面。融合光束衰减系数的影象技术能够 生产制造出迅速和非常容易的光束轮廊分析仪,能够 摆脱激光光束监管的关键阻碍,如时间设置、测量的時间等。该技术支撑点着高品质的监管。监管功率的发展趋势对确保生产加工在窄的加工工艺对话框开展稳定工作与在提升的加工工艺标准下工作中十分有利。这节省了电力能源和提升了产品品质。照相机为基本的轮廊技术开拓了一个新的全自动测量技术

有关文中创作者:

Christian Dini是一位坐落于Ophir的全世界市场拓展 的主人家。他从达姆施塔特运用科技学院得到 水利学学士学位, email电子邮箱为: christian.dini@mksinst.com.

John McCauley 是一位坐落于Ophir 的轿车大客户经理, 他在马萨诸塞州理工大学得到 BSBA; email: john.mccauley@mksinst.com.

来源于: Ophir 汉语翻译梳理:江苏省激光同盟

标签:测量激光光束的材料相机进行加工光斑参数质量知识科普高功率


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