Новый измеритель мощности открывает дверь для IN-SITU мониторинга в реальном времени мощных лазеров

ИноСМИ, Промышленные лазеры Комментариев к записи Новый измеритель мощности открывает дверь для IN-SITU мониторинга в реальном времени мощных лазеров нет

Исследователи NIST разработали компактный высокоточный лазерный измеритель мощности с высокой степенью мощности в форме складного зеркала под названием «Smart Mirror», позволяющего проводить измерения мощности лазерного излучения в процессе в реальном времени

Орландо, Флорида. Мощные лазеры сегодня широко используются в аддитивном производстве и в лазерной сварке, для точной резки и сварки металла, изготовления всех видов металлических деталей для медицинских устройств, аэрокосмических применений, автомобильной промышленности и т. д. С ростом промышленного использования мощной лазерной обработки, производители все чаще ищут высокоточные лазерные измерители мощности, которые могут быстро сообщать о мощности лазера в любой момент производственного процесса. Измерение мощности лазерного излучения — жизненно важный аспект контроля качества продукции. Традиционные лазерные измерители мощности, однако, часто громоздки по размеру и медленны во времени отклика. Измерения мощности могут также осуществляться только отдельно от процесса, с прерыванием производственного процесса.

Группа исследователей из Национального института стандартов и технологий (NIST) в Боулдере, штат Колорадо, разработала меньший, более быстрый и более чувствительный лазерный измеритель мощности в виде поворотного зеркала, которое они называют «умным зеркалом». Современная конструкция использует преобразователь силы на основе конденсатора и объединяет оптические элементы, а именно зеркало с высокой отражательной способностью и чувствительные элементы в компактную сборку кубической формы. Куб со стороной 4 см может быть удобно встроен в лазерные оптические системы или системы лазерной сварки для непосредственного использования, измерения и калибровки мощности в режиме реального времени.

«Измерение мощности лазера путем измерения давления лазерного луча, попадающего на зеркало, является уникальной техникой, и пока это единственный метод измерения мощности лазера, который действительно является процессом in-situ», — говорит Александра Б. Артусио- Glimpse, ученый NIST в Боулдере, штат Колорадо, и главный автор. «В отличие от любых других методов измерения оптической мощности, наш метод позволяет нам продолжать использовать лазера для работы во время измерения его мощности».

Artusio-Glimpse объяснил, что традиционные мощные измерители измеряют мощность лазера, поглощая всю энергию лазерного луча в качестве тепла и измеряя изменение температуры. Калориметрическое измерение должно временно прекратить работу лазерного луча в течение десятков минут.

«Используя наш измеритель мощности лазера« Smart Mirror », этот процесс остановки-продолжения больше не нужен. Производители могут измерять мощность лазера непрерывно во время каждого сварного шва и контролировать калибровку лазера в реальном времени, они будут знать сразу, когда у лазера будет проблема, и не рискуют растрачивать металлические детали с плохими сварными швами », — сказал Артусио-Гимпс.

Лазерный измеритель мощности Smart Mirror также упоминается как измеритель мощности радиационного давления (RPPM), так как принцип работы этого измерителя основан на измерении давления лазерного излучения. Свет не имеет массы, но имеет импульс, и когда лазерный луч попадает на такой объект, как зеркало, он будет проявлять крошечную силу, известную как давление излучения на зеркало, которое непосредственно связано с мощностью лазера. Например, 200 Вт мощности лазера оказывают силу, эквивалентную 100 микрограмм, что примерно равно весу одной человеческой ресницы.

Ключевой частью конструкции Smart Mirror является компактный преобразователь силы на основе конденсаторов. Он состоит из спиральной плоской кремниевой пружины, поддерживающей круглую пластину с зеркалом с высокой отражательной способностью с одной стороны, а электрод — с другой. Аналогичная кремниевая пружина с электродом расположена вблизи первой пружины, так что два электрода обращены друг к другу, образуя переменный конденсатор. Лазерный луч, отражающийся от зеркала на первой пружине, будет подталкивать первую пружину к второму и менять емкость между двумя электродами. По сравнению с фиксированным опорным конденсатором, исследователи могут рассчитать давление излучения и мощность лазера. После отражения от зеркала лазерный луч может использоваться непосредственно для работы, обеспечивая возможность мониторинга в реальном времени мощности лазера или лазерной калибровки.

По словам Артусио-Глимпса, команда разрабатывает новый измеритель мощности радиационного давления в течение многих лет, а более ранняя версия RPPM использовала коммерчески доступный масштаб с зеркальной поверхностью в качестве преобразователя силы. Окончательная система была размером с коробку для обуви, с чувствительностью измерения 50 микрограммов и временем отклика в пять секунд.

В новой версии Smart Mirror исследователи улучшили чувствительность измерения в 100 раз и уменьшили время отклика в 50 раз. Они также уменьшают статические ошибки устройства, вызванные гравитацией, когда устройство вращается. Это позволяет встроить датчик в роботизированную руку или в системы аддитивного производства и лазерной сварки, где вращение лазерной головки — ключевая функция, которой не хватало в RPFM ранней версии. Измерительная система также соответствует требованиям к измерениям многих коммерческих приложений. Основываясь на предварительных тестах, новый измерительный прибор достаточно чувствителен для измерения мощности лазера 100 Вт с неопределенностью не более одного процента и с временем отклика быстрее, чем любые другие измерители абсолютной мощности лазерного излучения. Исследователи теперь продолжают проверять эти результаты с большим количеством тестов. Artusio-Glimpse сказал, что команда NIST рассчитывает установить в ближайшем будущем стандартную версию лазерного измерителя мощности Smart Mirror.

Перевод: https://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2018/novel_power_meter_opens_the_door_for_in-situ_real/


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2016
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top