Pomiary i diagnostyka wiązki laserowej jako narzędzia wytwarzania

• Autorzy: Sidorowicz M. , Reiner J. , Baraniecki T.

Warianty tytułu

EN

Measurements and diagnostics of a laser beam as a manufacturing machine tool

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Omówiono podstawowe dla jakości procesu parametry wiązki laserowej takie jak: długość Rayleigha; przewężenie wiązki; współczynniki jakości K, M2 i BPP; rozkład gęstości mocy oraz kaustykę. Opisano metody pomiarowe wiązek dużej mocy bazujące na wirującej igle pomiarowej oraz akwizycji obrazu przez matrycę CCD/CMOS. Przedstawiono wyniki pomiarów wykonanych aparaturą FocusMonitor firmy Primes dla systemów obróbkowych wyposażonych m.in. w lasery: diodowy 4 kW, dyskowy 2 kW oraz gazowy CO2 2 kW. Przeanalizowano uzyskane wyniki oraz powtarzalność pomiarów. Pokazano charakterystyczne problemy będące skutkiem aberracji w torze optycznym - astygmatyzm wiązki i zjawisko "focus shift" oraz omówiono najczęstsze wady systemów laserowych.

EN

Laser beam as a machine tool for manufacturing has to keep its parameters just as classic mechanical machine tools. The paper describes the following laser beam parameters essential for processing quality: Rayleigh length; beam waist; K, M2 and BPP beam quality factors; power density distribution and beam caustic [2]. The main parameters are presented in Fig. 1. Actual measurement methods for the listed above laser beam parameters that comply with the ISO 11146 recommendations are described. That concerns scanning the laser beam with a rotating tip [9] as a first method and acquiring the image of the laser beam intensity distribution projected on the CCD or CMOS photosensitive matrix [10] as a second method. Principles of both methods are shown in Fig. 2. Different laser machine systems equipped with, i.a.: 4 kW diode laser, 2 kW disc laser, 2kW CO2 laser has been measured by Primes FocusMonitor and analysed (Tab. 2) The measurement repeatability has been calculated for a specified setting of a P=1 kW disc laser beam emission and presented in Tab. 3. Characteristic problems caused by optical path aberrations - astigmatisms (Fig. 4) and focus shift (Fig. 5) as well as other common laser systems failures are discussed.

Słowa kluczowe

PL

pomiar wiązki laserowej; parametry wiązki laserowej; obróbka laserowa

EN

laser beam measurements; laser beam parameters; laser processing

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 58, nr 1
• Strony: 105--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12, rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Sidorowicz M.

autor

Reiner J.

autor

Baraniecki T.

• Politechnika Wrocławska, ITMA, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław,

Bibliografia

• [1] Pawłowski M., Jarosiewicz D.: Dokładność pomiaru położenia i geometrii ostrza narzędzia z wykorzystaniem optycznego przyrządu pomiarowo-ustawczego. Materiały konferencji „Metrologia w Technikach Wytwarzania”, 23-25 września 2009 r., Żerków, s. 343-347.
• [2] Ion J. C.: Laser processing of engineering materials. Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford 2005.
• [3] Shin Y. C.: Laser assisted machining. Industrial Laser Solutions, nr 26/1, 2011 r., s. 18-22.
• [4] Tünnermann A.: High repetition rate short pulse fiber lasers and amplifiers: Fundamentals and perspectives in system design and application. Materiały konferencji „5th International Workshop on Fiber Lasers”, 30 września - 1 października 2009 r., Dresden (Niemcy).
• [5] Ziętek B.: Optoelektronika. Wydawnictwo Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Toruń 2004.
• [6] Märten O., Schwede H.: Systematical qualification of optics. Materiały konferencji „4th PRIMES Workshop”, 7-8 września 2010 r., Seeheim-Jugenheim (Niemcy).
• [7] PN-EN ISO 11146:1999: Lasery i sprzęt laserowy. Metody badania parametrów wiązki laserowej. Szerokość wiązki, kąt rozbieżności i współczynnik propagacji wiązki. PKN, Warszawa 2002.
• [8] Green L.: On-line beam performance monitoring to improve laser reliability and performance. Materiały konferencji „SPIE Photonics West”, 20-25 stycznia 2002 r., San Jose (USA).
• [9] Schwede H., Kramer R.: High Performance Laser Beam Diagnostics in Industrial Environment. Materiały konferencji ”17th ICALEO”, 16-19 listopada 1998r., Orlando (USA).
• [10] Kramer R. et al.: Laser Micro Machining - Tool Check. Materiały konferencji „23rd ICALEO”, 4-7 października 2004r., San Francisco (USA).
• [11] Wolf S.: High-End Laser Beam Analyzer for Industrial Environment. Materiały konferencji „4th PRIMES Workshop”, 7-8 września 2010r., Seeheim-Jugenheim (Niemcy).
• [12] Kaierle S.: Process Monitoring and Control of Laser Beam Welding. Materiały konferencji “AKL’08 International Laser Technology Congress”, 7-9 maja 2008r., Aachen.