Lv4 oznacevanje

Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko

Označevalni laserski sistem

1. UVOD2. VSEBINA3. PRIPRAVA 4. IZVEDBA

2Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko

1. UVOD

Namen laboratorijske vaje je:• predstavitev kratkopulznega Nd:YAG laserskega

izvora YAG 22 (FOTONA),• predstavitev označevalnega laserskega sistema,• spoznavanje parametrov označevanja,• spoznavanje priprave informacij za označevanje,• praktična demonstracija označevanja


2. VSEBINA

1. Predstavitev sistema za lasersko označevanje1. Nd:YAG laserski izvor2. Sistem za vodenje žarka

2. Časovni potek, moč in energija pulzov3. Širina sledi4. Označevanje


Shema sistema za lasersko označevanje


Nd:YAG laserski izvor -komponente1. Laserska glava2. Resonator3. Širilnik žarka (Beam expander)4. Akustooptični preklopnik kvalitete (Q-switch)5. Prostorski filter (preklop TEM00 - MM)6. Varnostni zaklop7. Krmilnik8. Napajalnik9. Hladilnik


Nd:YAG laserski izvor -karakteristike1. Valovna dolžina: 1064 nm2. Delovanje: CW ali pulzno 3. Trajanje pulza: 100 do 300 ns (odvisno od repet.)4. Repeticija: 0,5 kHz do 50 kHz5. Povprečna moč: TEM00: do 16 W, MM: do 77 W6. Vzbujanje: Kr obločna bliskovka7. Vzbujevalni tok: 7A do 22A8. Vzbujevalna napetost: 131V do 200 V9. Premer zrcal resonatorja: 13 mm


Nd:YAD laserski izvor-Kontrolna plošča

Vklop kazalnega laserja

Izklop mehanske zaščite

Varnostno stikalo

Vklop bliskavke

Daljinsko nastavljanje parametrov

Vklop napajanja odklonske glave

Glavno stikalo

Prikazovalnik in gumb izbire prikaza

Nastavitev tokabliskavke

Nastavitevfrekvencebliskov

Javljanje napak

Vhod signaladaljinske kontrole

Preklop pulzno / CW

Vklop ugašanjažarka na daljavo

Vklop dušenjaprvega bliska

Pri vklopu in izklopu izvora upoštevaj navodila!


Nd:YAG laserski izvor -nadzorna programska oprema

1. LASER COMANDER:- nastavljanje parametrov vodenja žarka (hitrost, daljinsko

nastavljanje parametrov izvora – moč in frekvenca)- korekcija povečave (objekti v PLT formatu)- samodejne funkcije (izpis teksta, črtna koda...)

2. SCENT: pretvorba slike BMP formata v PLT format:- obris, polnitev (gostota, način)- korekcija nezveznosti robov


Sistem za vodenje žarka

1. Skernirna glava (odklonski zrcali, fokusirna leča)2. Krmilnik galvo motorjev3. Sistemski krmilnik (PC)

Hitrost pomikanja žarka po površini obdelovanca je podana z:

v = BH / 555 *1000 [mm/s]

BH [bit/ms] – hitrost pošiljanja podatkov (programsko nastavljivo vrubriki hitrost)

555 [bit/mm] – konstanta, določena z ojačanjem galvomotorjev in goriščno razdaljo


1. Naloga: Opis sistema za lasersko označevanje

1. Preučite delovanje sistema za lasersko označevanje2. Preučite delovanje vseh komponent laserskega

izvora (priloženo gradivo)3. V poročilu opišite delovanje glavnih komponent

laserskega izvora in sistema za vodenje žarka


2. Naloga: Časovni potek, moč in energija laserskih pulzov

1. Na vaji s hitro fotodiodo detektirajte časovni potek laserskega pulza in ga zajemite z digitalnim osciloskopom (tok bliskavke 12,5A, frekvenca 1kHz, multimodna struktura žarka).

2. Digitalizirani signal shranite na disketo. Zapišite si nastavitve osciloskopa (merilo napetosti in časa).

3. Zabeležite si frekvenco ponavljanja pulzov (repeticijo) in izmerite povprečno moč žarka.

4. Iz zgornjih podatkov izračunajte: • Povprečno energijo posameznega pulza in • Povprečno vršno moč pulza


Primer odziva fotodiode na laserski pulz

čas (ns)

odzi

v fo

todi

ode

(V)

Napetostni signal (V) je sorazmerenmoči laserskega pulza (W)

Površina pod signalom je sorazmernaenergiji laserskega pulza (J)


Moč in energija laserskega pulza

∫=T

avg dttPT

P0

,)(1

Moč P laserskega žarka je periodična funkcija časa s periodo T, ki je obratno sorazmerna frekvenci ponavljanja pulzov ν(repeticiji). Perioda T (>50 μs) je bistveno daljša od časa trajanja pulza Tp (<300 ns) !!Povprečna moč: Energija:

∫=T

p dttPE0

,)(

Od tod sledi: Ep= Pavg./ν.


Izračun vršne moči (1)

Če predpostavimo, da je signal fotodiode s(t) sorazmeren moči laserskega žarka P(t), potem velja: P(t) = k.s(t) , kjer je k konstanta, ki vnaprej ni znana. Določimo jo lahko s pomočjo znane povprečne energije pulza Ep:

kjer integracijo aproksimiramo s sumiranjem:

kjer je n števil točk v signalu, Ts pa perioda vzorčenja.

∫∫∫ =⇒==TT

pp

T

dttsEkEdttPdttsk000

)(/)( )(

∑∫ ∑==

=≈n

kss

T n

kss kTsTTkTsdtts

10 1)( ).()(


Izračun vršne moči (2)

Ko imamo konstanto k, lahko iz signala fotodiode določimo časovni potek moči P(t). Vršna moč Pmax je največja moč v pulzu (maksimum moči).

Poleg vršne moči določite tudi razmerje med vršno in povprečno močjo.


3. Naloga: Širina sledi

• Primerjajte eksperimentalne sledi žarka, dobljene z enakimi procesnimi parametri, le da je razlika v transverzalni strukturi žarka: enkrat multimoden, drugič TEM00

• Izmerite širino sledi pod mikroskopom in profil sledi s profilometrom

• Določi teoretični premer žarka v fokusu in primerjaj z izmerjeno širino sledi

• Dobljene slike in profile priložite poročilu• Izračunajte jakost (intenziteto v W/cm2) pri vršni moči

ob predpostavki, da je premer žarka enak širini sledi !


4. Naloga: Označevanje

• V pripravi za vajo izdelajte vzorec za označevanje: črno-belo sliko (binarizirano grafiko - brez sivin) in jo shranite v formatu *.bmp z ločljivostjo 1000 dpi in jo prinesite s seboj na vajo.

• Na vaji uporabite izdelani vzorec in z laserskim označevalnim sistemom označite kovinsko površino. Dobljeno označbo fotografirajte in fotografijo priložite poročilu. Komentirajte kvaliteto označbe.

• Parametri laserskega žarka naj bodo: tok bliskovke 12,5A, frekvenca 1kHz, multimodna struktura žarka, hitrost pomika žarka 300 bit/ms.


Priprava na laboratorijsko vajo

• Preberite priloženo gradivo, ki opisuje posamezne dele laserskega izvora

• Preberite poglavje 12-4 “Laser marking” iz knjige Luxon Parker – v poročilu povzemite lastnosti laserskega označevanja

• Preberite poglavje 1-9 “Acousto-optic modulators” iz knjige Luxin Parker – v poročilu povzemite princip delovanja AOM in zakaj ga v označevalnem laserskem izvoru potrebujemo (kratki pulzi)

• Pripravite si vzorec za označevanje

Documents

Lv4 oznacevanje