Označevalni laserski sistem

Transcript

1 Označevalni laserski sistem 1. UVOD 2. VSEBINA 3. PRIPRAVA 4. IZVEDBA

2 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

3 2. VSEBINA 1. Predstavitev sistema za lasersko označevanje 1. Nd:YAG laserski izvor 2. Sistem za vodenje žarka 2. Časovni potek, moč in energija pulzov 3. Širina sledi 4. Označevanje 3

4 Shema sistema za lasersko označevanje 4

5 Nd:YAG laserski izvor - komponente 1. Laserska glava 2. Resonator 3. Širilnik žarka (Beam expander) 4. Akustooptični preklopnik kvalitete (Q-switch) 5. Prostorski filter (preklop TEM 00 -MM) 6. Varnostni zaklop 7. Krmilnik 8. Napajalnik 9. Hladilnik 5

6 Nd:YAG laserski izvor - karakteristike 1. Valovna dolžina: 1064 nm 2. Delovanje: CW ali pulzno 3. Trajanje pulza: 100 do 300 ns (odvisno od repet.) 4. Repeticija: 0,5 khz do 50 khz 5. Povprečna moč: TEM 00 : do 16 W, MM: do 77 W 6. Vzbujanje: Kr obločna bliskovka 7. Vzbujevalni tok: 7A do 22A 8. Vzbujevalna napetost: 131V do 200 V 9. Premer zrcal resonatorja: 13 mm 6

7 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 Javljanje napak Vhod signala daljinske kontrole Preklop pulzno / CW Vklop ugašanja žarka na daljavo Vklop dušenja prvega bliska Prikazovalnik in gumb izbire prikaza Nastavitev toka bliskavke Nastavitev frekvence bliskov Pri vklopu in izklopu izvora upoštevaj navodila! 7

8 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 8

9 Sistem za vodenje žarka 1. Skernirna glava (odklonski zrcali, fokusirna leča) 2. Krmilnik galvo motorjev 3. 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 v rubriki hitrost) 555 [bit/mm] konstanta, določena z ojačanjem galvomotorjev in goriščno razdaljo 9

10 1. Naloga: Opis sistema za lasersko označevanje 1. Preučite delovanje sistema za lasersko označevanje 2. Preučite delovanje vseh komponent laserskega izvora (priloženo gradivo) 3. V poročilu opišite delovanje glavnih komponent laserskega izvora in sistema za vodenje žarka 10

11 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 11

12 Primer odziva fotodiode na laserski pulz odziv fotodiode (V) Napetostni signal (V) je sorazmeren moči laserskega pulza (W) Površina pod signalom je sorazmerna energiji laserskega pulza (J) čas (ns) 12

13 Moč in energija laserskega pulza 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 T p (<300 ns)!! Povprečna moč: Energija: P avg = 1 T T 0 P( t) dt, Od tod sledi: E p = P avg./ν. E p T = P( t) dt, 0 13

14 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 E p : T T k s( t) dt = P( t) dt = E p k = E p / s( t) dt kjer integracijo aproksimiramo s sumiranjem: T s( t) dt n 0 k = 1 s( kt s ). T s = T kjer je n števil točk v signalu, T s pa perioda vzorčenja. n s k = 1 s( kt s ) T 14

15 Izračun vršne moči (2) Ko imamo konstanto k, lahko iz signala fotodiode določimo časovni potek moči P(t). Vršna moč P max je največja moč v pulzu (maksimum moči). Poleg vršne moči določite tudi razmerje med vršno in povprečno močjo. 15

16 3. Naloga: Širina sledi Primerjajte eksperimentalne sledi žarka, dobljene z enakimi procesnimi parametri, le da je razlika v transverzalni strukturi žarka: enkrat multimoden, drugič TEM 00 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/cm 2 ) pri vršni moči ob predpostavki, da je premer žarka enak širini sledi! 16

17 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. 17

18 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 18