lv4 oznacevanje
TRANSCRIPT
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
3Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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
5Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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
6Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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
7Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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!
8Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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
9Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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
10Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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
11Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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
12Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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)
13Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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.
14Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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)( ).()(
15Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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.
16Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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 !
17Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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.
18Laserski sistemiKatedra zaOptodinamiko inLaserskoTehniko
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