Презентація 3 - ltft.kpi.ualtft.kpi.ua/documents/SELTO/SELTO-lec-05-06.pdf · Презентація 3 Лекції 5-6 Лекція 5 Тема4. Засобиконтролюхарактеристик

Презентація 3Лекції 5-6

Лекція 5Тема 4. Засоби контролю характеристиквипромінювання та параметрів його пучка

4.1. Прибори для виміру інтегральних характеристик пучкалазерного випромінювання През. №3, сл.№24.2. Прилади для аналізу розподілу інтенсивності випромінюванняв перетині пучка През. №3, сл.№6Контрольні запитання та завдання През. №3, сл.№13Бібліографічний опис През. №3, сл.№14

2

Тема 4. Засоби контролю характеристиквипромінювання та параметрів його пучка4.1. Прибори для виміру інтегральних характеристик

пучка лазерного випромінювання1. Прилади для непрямого оцінювання параметрів пучка

1 2 3 4 56

71

Рис. 4.1(4.1). Схема непрямого вимірювання енергії випромінювання

Рис.4.2. Схема непрямого вимірювання енергії випромінювання лазера з нестійким резонатором

R1

R2"

d*

L=a+b+ln1 2 3

O OD 1 2

4 5

46

1 2 3 4 5

6

Рис. 4.3. Схема непрямого вимірювання енергії випромінювання акустичним датчиком

[4.1] , [4.2]

[4.3]

3

Тема 4. Засоби контролю характеристиквипромінювання та параметрів його пучка

(подовження)4.1. Прибори для виміру інтегральних характеристик

пучка лазерного випромінювання (тупикового типу)

Рис.4.4(4.2). Схема приладу калориметричного типу

Рис.4.5(4.3). Схема використання калориметру в вимірювачах тупикового типу

12

3 4 5 6

1 2 3

4 4

321 56

72'а) б)

4



пучка лазерного випромінювання (прохідного типу)

Рис. 4.6(4.4). Приклади принципів вимірювання параметрів пучка у проходному режимі

Рис.4.7(4.5). Викристання похилого дзеркала для виміру параметрів пучка

1 2

3

4 5

1 2 3

4

56

1 2

3 4

6

7

Твх

Твих

V

P=cm(Tвих-Твх)/t

а) б)

12

3Рис.4.8(4.6_8). Болометричні конструкції вимірювачів потужності пучка

12

3

R

R

Uдиф

1

2

3Y

XE

[4.4]

[4.5][4.6]

[4.7]

5



пучка лазерного випромінювання (прохідного типу)

Рис.4.9(4.9). Схема вимірювача прохідної трубної конструкції

1 2 3

4

RE

2

4

1

3

5

6

3

4

h

52

CO21

Рис.4.10(4.10_11).Схема простого (а) та диферинціального (б) вимірювача на газі

а)

б).

б)

[4.8]

[4.9]

6


(подовження)4.2. Прилади для аналізу розподілу інтенсивності випромінювання

в перетині пучка

А

X

Y

I

Азбільшено

6

Рис.4.11. Схема аналізатора пучка випромінювання на піроелектричній матриці

7

6

1 2 3

4

5

7



в перетині пучка (подовження)Вид А

Рис.4.11(4.12). Аналізатор пучка випромінювання на поворотному дзеркалі

3

1 2

А

4

4

215

5

3 6

2

Рис.4.12(4.13_14). Схема аналізатора на полосковому дзеркалі

[4.10]

[4.11]

8



в перетині пучка (подовження)

Рис.4.12К. Конструкция аналізатору на полосковому дзеркалі

9




12

3

45

Рис.4.13. Аналізатор пучка випромінювання з похилими смугастими дзеркалами

I

I

6

900

п

від [4.12]

10




3Dx

2

1

s1

0

R

7R 6

52

А

dx

1

Вид А

4

3

Dy

R

O

Dy

s2

3

b

4

Рис. 4.14(4.16). Схема аналізатору на дзеркальній спиці

[4.14]

[4.13]

11




85

R35

185

60

32+

0.2

Г

Г

A A

A-A(5:1)

Б

БO94

отв.

14

157

5

10

6

4

9

3

1617

18

1

3

2

12

B

B

Рис. 4.14К. Конструкція аналізатора на багатогранній спиці

12




Рис. 4.15(4.17). Схема аналізатору на різновисоких світловодах

3

1

5

8

4

Б

7

6 до поз.5

2

2 2

Iвар. IIвар.

Вид Б[4.15]

13

Контрольні запитання та завдання

1. Для чого потрібно використовувати в ЛТК та ЛТУ контрольні та вимірювальні прилади?2. Навести класифікацію контрольних та вимірювальних пристроїв за методами

вимірювання, схемою застосування, чутливими датчиками. 3. Описати схему та можливу конструкцію аналізатора пучка випромінювання на спиці з

двома обертовими рухами для одержання імпульсної інформації.4. Які застосовуються схеми приладів для аналізу радіального розподілу інтенсивності

випромінювання в пучку?5. Навести схеми та конструкції устроїв для контролю інтегральних параметрів пучка

випромінювання (тупикові схеми вимірювання).6. Які ви знаєте устрої для контролю інтегральних параметрів пучка випромінювання

(прохідні схеми вимірювання)?7. Навести класифікація приладів для виміру енергетичних параметрів пучка лазерного

випромінювання.8. Які вимірювачі енергетичних характеристик лазерного променя працюють за “прохідною”

схемою вимірювання.9. Навести схему аналізатора розподілу інтенсивності поперек променя на поворотному

дзеркалі.10. Навести схему аналізатора розподілу інтенсивності поперек променя на різновисоких

світловодах. 11. Навести схему та конструкцію одно та двох координатного аналізатора розподілу

інтенсивності поперек променя на дзеркалі – смужці

12. Навести схему класичного аналізатора розподілу інтенсивності поперек променя на

дзеркальній спиці. 13. Навести схему аналізатора розподілу інтенсивності поперек променя на дзеркальній

спиці з імпульсним інформаційним сигналом.

14

Бібліографічний опис

4.1. Заявка Японії №55-11436, В23К 26/00, оп. 1980р.4.2. А. с. 1262836 СРСР, МКІ3 В23К 26/00. Установка для лазерної обробки [Текст] В.П.Котляров, М.І.Анякін, В.С.Коваленко. (СРСР) - №3813155/25-27 ; заявл. 19.10.1984 (без. публ.)

4.3. Заявка Японії №60-70759, H01S 1/18, оп. 22.04.1985р.4.4. Lasers in the LM light // Sensor Rev. – 1985, №2. Р. 87, 89-924.5. Патент 4.474.468 США, GOIB 11/14, оп. 2.10.1984р.4.6. Ситенков Ю.Л. Измеритель проходящей мощности для технологического CO2 – лазера.

// ПТЭ - 1984 №5.- С. 172-1744.7. Заявка Японії №61-88992, В23К 26/04, оп. 7.05.1986р.4.8. А.с. 1167836 СРСР, МКІ3 В23К 26/00. Пристрій для лазерної обробки [Текст] Л.Ф.Головко,, М.І.Анякін, В.С.Коваленко, В.П.Дятел. (СРСР) -№3657101/25-27 ; заявл. 31.10.1983 (без. публ.)

4.9. А. с. 1609004 СРСР, МКІ3 В23К 26/00. Пристрій для лазерної обробки [Текст] В.П.Котляров, Ю.І.Сімонов (СРСР), (без публ.)

4.10. А. с. 1492593 СРСР, МКІ3 В23К 26/00. Лазерна технологічна установка [Текст] В.П.Котляров, В.С.Коваленко. (СРСР) -№ 4326467/25-27 ; заявл. 10.11.1987 (безпубл.)

4.11. А. с. 1711557 СРСР, МКІ3 В23К 26/00. Аналізатор пучків лазерного випромінювання[Текст] В.П.Котляров, Л.Ф.Головко (СРСР), (без публ.)

4.12. Аналізатор пучків лазерного випромінювання В.П.Котляров, Л.Ф.ГоловкоПозитивне рішення по заявці № 4651706/25-27 ; заявл. 1989 (без. публ)

4.13. Арнольд П. Прибор анализа распределения плотности энергии в лазерном луче вовремя обработки материала. // Optoelectron. Mech. Vartr.: 6 Kongr.: Laser 83, Optoelectron, München, Dez., 1983. Berlin e- a- 1984 С. 264-269

4.14. А. с. 1760134 СРСР, МКІ3 В23К 26/00. Анализатор пучков лазерного излучения [Текст] В.П.Котляров, Штома И.И., Царук В.П (СРСР) (без публ.)

4.15. А. с. 1490836 CРCР, МКІ3 В23К 26/00. Лазерна технологічна установка [Текст] В.П.Котляров, Л.Ф.Головко, В.С.Коваленко № 4320505/25-27 ; заявл. 26.10.1987 (безпубл.)

4.16. Патент 3510973 ФРН, МКІ3 G017 1/42, оп. 2.12.1987р.

15

Лекція 6:Тема 5. Оптична транспортувальна система

През. №3, сл.№15

5.1. Транспортувальні системи на оптичних елементахПрез. №3, сл.№16

5.2. Оптоволоконна техніка для транспортування енергії випромінюванняПрез. №3, сл.№25

Контрольні запитання та завдання През. №3, сл.№28Бібліографічний опис През. №3, сл.№30

16

Тема 5. Оптична транспортувальна система5.1. Транспортувальні системи на оптичних елементах

5.1.1. Транспортування пучка випромінювання до одного споживача

21220

0 122 /z ])

w

Z([ww

πλ+=

1 2 3 4

5 6 7

8VI II III

Рис. 5.1(6.2_4). Схема послідовного переміщення пучка випромінювання до різних зон обробки

III II I

Рис.5.2. Перетворення телескопом Галилея

D

F

F

ZD

1

2

в

пучка лазерного випромінювання

1 2 34 5

2wZ

т

4+-1

1= 2

1-2

220

]F

)F

Z(

w[w min

fmax θ0

2

wZd

dwlim

πλ==θ

Г

F}])Z(w[

F

F{ Zт

21

1

2 +++= ∆θ∆θθ212

1

2

12

21 2

2

4

1

2

250 /

тт

Z

т

Z, )]F

Г

F()Z

w([)Z

w(, -

θθ++

θ±+

θ=∆

[5.1]

17


А

Z

B

C X

X maxX =0min

Рис.5.3.Схема оптичної системи з компенсатором довжини шляху випромінюванняZ

X

1 2 3 4

567

8

9

10

1112

13

D

)XX(,Z max -50=

,

A + 2Z + B + C + D = Const

– X.

2Z = Xmax


[5.2]

18


1

2 9 4

8

6

5

7

3

10d

D

e

Рис.5.4. Схема ЛТУ з компенсацією потворення розмірів пучкавипомінювання внаслідок змінення положення ОПС

Z


[5.3]

19


1 2 3

4

5

6 7 8

Рис. 5.6 (6.3). Схема оптичної системи портального типу для транспортування

X

Y

пучка випромінювання до різних споживачів


[5.4]

20


послідовно до одного з двох споживачів

5 6

1А

7

3 4

2

1

Вид А

8I II

Рис. 5.7(6.5). Схема постачання пучка випромінювання

1 2 4 3

4 3

5

7

6

7 7

5

Рис.5.8. Схема ОТС для оперативного змінення напрямку постачання енергії променя


[5.5] [5.6]

21


(подовження)5.1.2. Транспортування пучка випромінювання до декількох споживачів

1 2 3

4 5

(50%) (100%)

Рис. 5.9(6.6). Схема постачання пучка випромінювання до двох споживачів

2 3

54

6

87

9

10 11

78

6

10

Рис. 5.10(6.9). Схема постачння пучків випромінювання до зон опромінення з двох сторін заготовки

1

а б

[5.7]

[5.8]

22

Тема 5. Оптична транспортувальна система5.1. Транспортувальні системи на оптичних елементах (подовження)

5.1.2. Транспортування пучка випромінювання до декількох споживачів

(подовження)

3

7 9

8

(25%) (70%)

(100%)

S

. 5.11(6.6). Схема постачння пучків випромінювання декількам поживачам

3

1

2

4

5

3

1

2 2

1

3

5

4

2

1

3

6

6

7

4

63 3

7

5 1

2

а б в

Рис. 5.12 (6.7). Схеми розподілу променя дзеркальними елементами (призми)

E

k /4

k /41

E 2

Рис.5.13(6.9). Схема поділу пучка випромінювання стопкоюплоско-паралельних пластин

E

[5. 9]

23


(подовження)5.1.3. Пристосування для опромінення поверхонь обертання

1 2

31

22

2

3s

4

5

5

а б

Рис. 5.13 (6.10). Схеми постачання проміня до поверхонь обертання (зовнішніх)

s

1

2

3

4

1

2

34 1 34

ss

s

а б в

5 5 5

Рис. 5.14 (6.11). Схеми постачання проміня до поверхонь обертання (внутрішніх)

24


(подовження)5.1.4. Суміщення енергії декількох пучків випромінювання

1( 1) 2( 2 )3 4

5

6Рис. 5.15(6.16). Схема сумування пучків з різними довжинами хвиль

d

D

d

D>d

D>d

d

1 3 2

4

5

1

2

4

5

3

6

1

2

3

4

5

6

а б в

=arctg(n-1) DD

d

D

d d

Рис. 5.16(6.17). Схеми сумування пучків з однією довжиною хвилі

D>2d D>2d

d

25

Тема 5. Оптична транспортувальна система

5.2. Оптоволоконна техніка для транспортування енергіївипромінювання

1 2 3 4 5 6

8 9 7

y

x

x

y

y

x

x

y

Рис. 5.17(6.12). Схема постачання лазерного пучка світловодом

dF

2

2(90- )пв

0 0.5 1 1.5 22.5

3

3.54

4.55

5. 56

6.57

7.58

8.58.799.29.59.79.9

10

9.99.7

0.511.5

22.5

3

3.5

44.

55

5.5

66.

57

7.5

8

8.5

8.79

9.29.5

- 0 + 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180102030

22

M64

*1-6

GO

76

O58

H7/

g6

O36

H7/

g6

O15

G7/

h6

M20*0.5-7H/8g

86*

Б

А

А (1:1)

Б (1:1)

55

14

мм

1 8 9 2 10 11

5

4376

Рис. 5.17К. Коонструкція вузла вводу пучка випромінювання у світловод

26

Тема 5. Оптична транспортувальна система5.2. Оптоволоконна техніка для транспортування енергії

випромінювання (подовження)

Вид А

Рис. 5.17КК. Конструкція ручного сканера із постачанням пучка випромінювання через світловод

[5.10]

27

Тема 5. Оптична транспортувальна система5.2. Оптоволоконна техніка для транспортування енергії

випромінювання (подовження))

1 2 3Р

Р

45 5 5

5

5

555

6

7

8

Рис. 5.20(6.14). Схема введення променю в жгут світловодів

1 2 3 5 4 6

А

Вид А

Рис. 5.19(6.13). Схема транспортування жорстких світловодів

f

1 2 3 4 6

7

89

10

511

f

Рис. 5.18(6.15). Схема використання волоконного кабелю для подачі пучка випромінювання до різних споживачів

[5.11]

[5.12]

[5.13]

28

Контрольні запитання та завдання

1. Які технологічні завдання вирішує оптична транспортувальна система ЛТУ (ЛТК)?2. На яких елементах зазвичай створюється ОТС, чим принципово розрізняються два типа

ОТС?3. Яке технологічне завдання вирішується ОТС для транспортування променя до одної

зони обробки?4. Які використовують компоновки ЛТУ для послідовного обслуговування однієї зони

обробки?5. Навести схему ОТС на дзеркальних елементах для одно координатного

транспортування випромінювання?6. Які вади має схема транспортування пучка випромінювання шляхом переміщення

оптичної перетворювальної системи?7. Навести схему виправлення похибок, зв’язаних із зміною відносного положення зони

обробки і випромінювача: шляхом використання телескопа.8. Навести схему виправлення похибок, зв’язаних із зміною відносного положення зони

обробки і випромінювача: шляхом використання компенсаторів шляху променя.9. Навести схему виправлення похибок, зв’язаних із зміною відносного положення зони

обробки і випромінювача: шляхом корекції параметрів пучка випромінювання.10. Навести схему дзеркальної ОТС для послідовного транспортування випромінювання до

двох споживачів.11. Навести схему ОТС на прозорих елементах для послідовного транспортування

випромінювання до двох споживачів.12. Які оптичні елементи використовують в ОТС для одночасного

постачання енергії випромінювання двом споживачам? Які умови їх використання?13. Навести схему ОТС для одночасного транспортування енергії випромінювання в дві

зони обробки, які розташовані з двох сторін заготовки.14. Навести схему ОТС для одночасного транспортування рівних порцій енергії

випромінювання в декілька зон обробки?15. Чим відрізняються ОТС на призматичних оптичних елементах від дзеркальних?

29

Контрольні запитання та завдання (подовження)

16. Що таке резонансний відбивач енергії випромінювання і які його переваги призастосуванні в ОТС від дзеркальних схем?

17. Навести схеми ОТС для опромінення зовнішніх циліндричних поверхонь.18. Навести схеми ОТС для опромінення внутрішніх циліндричних поверхонь. Що, головним

чином, визначає конструкцію ОТС?19. Коли з’являється необхідність у використанні двох пучків випромінювання в

технологічній операції?20. Навести схеми сумування енергії двох пучків випромінювання однієї довжини хвилі.21. Навести схеми сумування енергії двох пучків випромінювання з різними довжинам

хвиль.22. Який визначаючий принцип оптики покладено в основу використання оптичного волокна

для транспортування енергії випромінювання? Навести переваги і недоліки волоконнихсвітлопроводів.

23. Які вузли повинен утримувати оптичний кабель для використання в ЛТУ? 24. Якими вдосконаленнями волокна можна підвищити ефективність та якість

транспортування енергії випромінювання?25. Навести конструкції узгоджувального вузла на вході променя в світлопровід.26. Навести конструкції оптичного кабелю з необхідними вузлами та системами.27. Як можна спростити введення променя в світловолокно? Які додаткові можливості може

мати ОТС з такою конструкцією узгоджувального вузла?28. Чому використання ОТС із джгутом волокон може підвищити продуктивність ЛТУ в

дрібносерійному виробництві?29. Як можна використовувати вільні волокна в джгуті під час виконання технологічної

операції?30. Навести схему механічного розподільника випромінювання за зонами

30

Бібліографічний опис

5.1. А. с. 693595 CCCР, МКІ3 В23К 26/00. Пристрій для обробки матеріалівлазерним випромінюванням [Текст] Л.М.Олещук (СРСР) - №2838358/25-27 ; заявл. 14.11.1979 (без публ.)

5.2. А. с. 809730 CCCР, МКІ3 В23К 26/08. Пристрій для лазерної обробки[Текст] В.П.Дятел, В.С.Коваленко, Л.М.Олещук (СРСР) - №2602694/25-27 ; заявл. 12.04.1978 (без публ.)

5.3. А.с. 839178 СРСР, МКІ3 В23К 26/08. Пристрій для обробки матеріалівпроменем лазера [Текст] / Л.М.Олещук (СРСР). - №2838305/25-27

; заявл. 13.02.81 ; (без публ.)5.4. Патент 4.683.365 США, В23К 26/00, оп. 28.07.1987р.5.5. Патент 1.593.268 Великобританії, МКІ3 В23К 26/08, оп. 15.07.1981р.5.6. Заявка Японії № 54-23479, В23К 26/00, оп. 1979р.5.7. Заявка Японії № 58-35090, В23К 26/06, оп. 01.03.1983р.5.8. Заявка Японії № 57-14279, В23К 26/06, оп. 1982р.5.9. Патент 248229 Німеччина, МКІ3 H01S 3/101, оп. 29.07.1987р.5.10. Патент 3.445.921 ФРН, МКІ3 В23К 26/06, оп. 24.12. 1982р5.11. А. с. 1208693 СРСР МКІ3 В23К 26/00. Установка для лазерної

обробки [Текст] В.П.Котляров (СРСР) - №3752071/25-27 ; заявл. 13.06.1984 (без публ.)

5.12. Заявка Японії № 57-64487, В23К 26/00, оп. 19.04.1982р.5.13. Патент 3.621.181 США, Н01S 3/02, оп 16.11.1971р.

Documents

Презентація 3 - ltft.kpi.ualtft.kpi.ua/documents/SELTO/SELTO-lec-05-06.pdf · Презентація 3 Лекції 5-6 Лекція 5 Тема4. Засобиконтролюхарактеристик