La tecnologia laser FT non ha analoghi e può essere eseguita solo utilizzando i laser ad erbio e neodimio Fotona! Tipi e caratteristiche dei laser.

Il laser CNC è l'elemento principale dell'intera progettazione della macchina, con l'aiuto del quale avviene il processo di lavorazione del materiale stesso. Oggi, per produrre la maggior parte vengono utilizzate macchine laser a controllo numerico merci diverse, che vanno dai prodotti decorativi ai prodotti complessi di grandi dimensioni.

Componente ottico delle macchine laser

Prima di avvicinarti descrizione dettagliata come funziona un laser, vediamo i suoi principali componenti ottici:

tubo laser (noto anche come laser CO 2), responsabile della generazione del raggio;
specchi riflettenti che riflettono il raggio;
testa di emissione, che eroga il raggio sulla superficie del pezzo;
lente di messa a fuoco, il cui nome parla da solo: è responsabile della messa a fuoco raggio laser alla superficie del materiale.

Potenza del laser

Se parliamo di materiali che possono essere lavorati con macchine laser, ce ne sono numerosi. La potenza del laser dovrebbe variare a seconda del materiale con cui lavorerai. Diamo un'occhiata ai materiali di base e alla potenza laser richiesta per lavorarli:

Potenza 200 mW: questo parametro è ottimo per il taglio di materiali non particolarmente durevoli (come la pellicola sottile di polietilene). È importante chiarire che tali laser sono solo a stato solido.
Potenza da 300 a 500 mW - potenza laser media, ottimo per incidere legno, pelle e plastica. Questa è la potenza più accettabile per un bruciatore CNC.
Potenza 1000 mW – adatta per tagliare la balsa sottile (il legno più leggero al mondo!). Con questa potenza puoi anche tagliare l'impiallacciatura sintetica, ma c'è la possibilità che si bruci.

Bisogna fare una conclusione importante: quanto più potente è il laser, tanto più “denso” sarà il materiale lavorabile. Scegli cioè la potenza del laser in base al materiale che vuoi lavorare.

Modulo laser a bassa potenza

Principio di funzionamento del laser

Il principio di base del funzionamento del laser su una macchina è che il laser non taglia, ma brucia. Per ricevere un raggio laser, sono necessari i seguenti elementi:

fonte di energia esterna;
ambiente attivo;
risonatore ottico.

Tutti gli elementi di cui sopra funzionano come segue:

Una fonte di energia esterna trasporta particelle che hanno una certa carica nel mezzo attivo. A loro volta, queste particelle attraggono particelle simili dal mezzo attivo. Con l'aiuto di un amplificatore, iniziano a muoversi più rapidamente, si scontrano con gli atomi dell'ambiente e fanno fuoriuscire nuovi cristalli. Grazie al vetro traslucido del risonatore, i cristalli sporgono verso l'esterno sotto forma di un fascio stretto.

Questo raggio, che è focalizzato su un punto, ha alto contenuto energia. Questa energia è sufficiente per entrare in qualsiasi tipo di materiale. Il punto in cui il raggio colpisce si scioglie o brucia.

È importante sapere che con un piccolo spessore di materiale o una trave potente è possibile tagliare anche il metallo.

Ragioni della scomparsa del raggio laser

Se all'avvio della macchina non vi sono radiazioni, il primo motivo per cui il laser scompare è il tubo laser. Discuteremo i problemi e i modi per risolverli in modo più dettagliato di seguito.

Il secondo motivo della scomparsa potrebbe essere il danneggiamento dell'unità di accensione. Prima di controllare le parti elettroniche della macchina laser, guardare l'indicazione (lo stato normale è la luce del LED sull'alimentatore e una coppia di LED sulla scheda madre). Per confermare un problema con l'unità di accensione, è possibile eseguire le seguenti azioni: affidare al CNC un compito facile e, se è completato, ma il pezzo rimane intatto, si può giudicare che non ci sono problemi con l'unità di accensione.

Prodotto realizzato su una macchina laser desktop

Problemi comuni con il funzionamento del tubo laser

1. Potere debole radiazione laser. La soluzione a questo problema può essere la seguente: assicurarsi che non siano presenti graffi o sporco sulle lenti o sul tubo del laser; guardare la corrente di uscita, la tensione, la velocità e la purezza del flusso d'acqua; controllare l'uniformità del raggio laser, ecc.
2. L'accensione elettrica ha alta tensione. Noi offriamo seguenti opzioni azione: verificare la presenza di interferenze in prossimità della connessione elettrica; assicurarsi che il tubo laser non sia posizionato a breve distanza dalle parti metalliche della macchina; controllare l'umidità della stanza (un'elevata umidità può causare guasti elettrici e interferenze); Assicurarsi che tutti i contatti siano intatti e che le connessioni interne siano chiuse.
3. Le estremità del tubo laser sono rotte o incrinate. Forse i seguenti passaggi ti aiuteranno: controllare la temperatura dell'acqua (la norma è 15-25 gradi); assicurarsi che il tubo dell'acqua non sia piegato o premuto contro nulla; assicurarsi che non ci siano bolle nel tubo; prestare attenzione all'acqua: al suo flusso e alla sua circolazione (dal basso verso l'alto).

Ci sono molti modi:

Fotodiodo (anche fotocellule e pannelli solari)
Fotoresistenza- Se senza esotismo, anche qui vale tutto quello che è stato detto sul fotodiodo, il circuito di commutazione è però diverso.
Resistenza termica(bolometro)
Termoelettrico Calorimetro (Termocoppia o Peltier).

Esistono altri metodi, ad esempio un dispositivo piroelettrico, ma di solito è sufficiente acquistare tali misuratori, a meno che non lavori presso un'azienda di laser o semiconduttori.
Io stesso utilizzo un calorimetro di Peltier fatto in casa a casa, di cui descriverò come fare.

Realizzazione di un calorimetro termoelettrico

La maggior parte dei misuratori di potenza utilizzati dagli ingegneri laser professionisti sono costruiti esattamente secondo il principio di un calorimetro termoelettrico. In precedenza, era quasi impossibile assemblare un dispositivo del genere a casa (sarebbe una follia saldare un paio di centinaia di termocoppie, installarle, realizzare collegamenti elettrici e allo stesso tempo garantire il contatto termico. E l'uscita era di pochi millivolt per watt Avevi bisogno di un ottimo amplificatore. Ora in vendita nei moduli Peltier sono apparsi nei negozi di componenti radio, che sono proprio un tale assemblaggio di termocoppie, e non di metallo, ma di semiconduttori.Realizzare un calorimetro termoelettrico è ora facile come sgusciare le pere .

I. Risorse

Come fonti avremo bisogno di:

Questo è davvero tutto ciò di cui hai bisogno:

II. Assemblea

III. Calibrazione

IV. Misure

V. Commenti

Primitivo. Ma è accessibile ed efficace.
Chi è esperto in elettronica può sostituire il multimetro con una piccola scheda con un chip ADC e un microcontrollore (PIC o Atmel), organizzare l'output e il controllo dei dati tramite USB, scrivere un programma per l'autocalibrazione e l'analisi degli errori e... e... Vendo a 1000 USD come dispositivo professionale. Il contributo principale all’errore deriva dalla deriva dello zero. Le fotografie mostrano una deriva di 0,5 mV, che in termini di milliwatt dà 3 mW. Cioè, misurare un puntatore da 5 mW utilizzando un sensore del genere è troppo rozzo. La deriva zero è dovuta principalmente alle correnti d'aria. Quando misuri "chiudi tutte le finestre" e le porte, cerca di non agitare troppo l'atmosfera. Se non è possibile stabilizzare le letture, misurare l'ampiezza della deriva dello zero (la differenza tra le letture massima e minima) e assegnarla all'errore di misurazione.

Anche la calibrazione del multimetro stesso tende a “fluttuare”. Soprattutto se è economico. In questo caso è utile ripetere la calibrazione del sensore ( sezione III). È necessario ricalibrare quando si cambia la batteria nel multimetro, cambiando condizioni meteo, e solo di tanto in tanto.

Se le misurazioni vengono eseguite non secondo la "versione abbreviata" ma secondo quella onesta - con calibrazione, impostazione dello zero e con doppia tripla ripetizione per mediare il risultato, la potenza laser misurata da questo sensore differirà da quella misurata da un dispositivo professionale di non più del 10%-15%. A proposito, se possiedi un apparecchio professionale, puoi anche misurare la correzione per il coefficiente di assorbimento non pari al 100% della superficie annerita. Tuttavia, con un buon annerimento, questa correzione è piccola e può essere trascurata senza sforzarsi inutilmente.

Se il rospo non sta soffocando, puoi farlo per uno dimensioni adatte Il radiatore deve essere installato con due moduli Peltier (più semplice - identico) e inserito in un circuito bilanciato. Un elemento sarà un metro, l'altro sarà un compensatore. Sarà di grande aiuto nella lotta contro le correnti d'aria.

Le letture del dispositivo in prima approssimazione non dipendono dal punto di impatto. La tensione misurata è uguale alla somma della fem termica. tutte le colonne Peltier collegate in serie nel modulo Peltier. f.e.m. termica ciascuna delle colonne è uguale al prodotto della sua specifica fem termica. ei dalla differenza di temperatura ai suoi capi. E la differenza di temperatura (delle giunzioni “fredda” e “calda”) è il prodotto della resistenza termica della colonna Rti e del flusso di calore attraverso di essa Wi:

Le colonne nel modulo Peltier sono realizzate automaticamente con lo stesso materiale (coppie di silicio n e silicio p), il che significa che sono identiche con elevata precisione. Dopo aver tolto ei e Rti tra parentesi, risulta che la tensione misurata è direttamente proporzionale al flusso di calore totale, indipendentemente da come è distribuito tra le colonne.

Per annerimento NON CONSIGLIATO UTILIZZARE pennarelli, pennarelli, inchiostro per penne stilografiche e in generale qualsiasi vernice, ad eccezione di inchiostro e fuliggine. Infatti, le vernici spesso sembrano solo nere e possono facilmente rivelarsi non così nere proprio per la linea dello spettro in cui emette il laser. Si consiglia di effettuare le misurazioni stando seduti o sdraiati, dopo essersi calmati e aver allontanato gli oggetti taglienti e perforanti a distanza di sicurezza. Quando la potenza del tuo laser preferito da trecento milliwatt dall'unità DVD risulta essere di soli 120 mW, può essere difficile resistere ad azioni inappropriate.

La recensione è una continuazione della storia su applicazione pratica macchina per incisione laser domestica con un'area di lavoro in formato A3. L'ultima volta abbiamo parlato di un kit per l'autoassemblaggio, dotato di un laser da 2500 mW. Questa volta parlerò di sostituirlo con un laser con potenza dichiarata di 5500mW. Dalla recensione potrai scoprire quanti passaggi un laser di questo tipo è in grado di bruciare attraverso il compensato da 3 mm e 4 mm, cosa è necessario per questo e, soprattutto, cosa farne in seguito. Successivamente: molte lettere e foto.

Quindi, molti probabilmente ricordano questa recensione in cui ho provato a parlare sia dell'utilizzo della macchina stessa che di come lavorare con il software BenBox. Alla fine della recensione, ho detto che il proprietario del dispositivo ha avuto l'idea di aggiornarlo e installare un laser più potente.

La motivazione principale per la modernizzazione era il desiderio di ritagliare l'artigianato dal compensato. Anche se inizialmente, prima di acquistare la prima opzione, c'era solo bisogno di tagliare figure in feltro, con cui, tra l'altro, il laser precedente ha fatto un ottimo lavoro, durante il periodo di prova si è scoperto che taglia anche il compensato, ma questo richiede un tempo relativamente lungo.

L’idea di una sostituzione era nell’aria per non molto tempo e ben presto divenne un vero e proprio ordine.

Schermata dell'ordine

Il laser viene fornito completo di alimentatore.

Sul corpo del laser, che è essenzialmente un radiatore solido, è presente un adesivo che indica la tensione e la potenza di uscita richieste.

L'alimentatore è progettato per 12 V e 5 A.

Puoi usare il laser “fuori dagli schemi”, perché La scheda di controllo è già integrata e posizionata sopra il radiatore di raffreddamento. Per accenderlo è sufficiente collegare l'alimentatore. Successivamente, il laser si accenderà alla massima potenza. Per attivare la modalità minima, utilizzare un solo pulsante sulla scheda.

A giudicare dalle caratteristiche, la lunghezza d'onda del laser è di 450 nm, il colore del raggio è blu.
Sfortunatamente non ho scattato una foto del nuovo laser con quello vecchio, ma in generale, prima di tutto, la differenza è chiaramente evidente nelle dimensioni. Ciò è molto probabilmente dovuto alle dimensioni del radiatore, che sembra molto più grande e imponente.

Inoltre, la dimensione della parte di regolazione lente focale divenne anche circa il doppio più grande.

Questo è l'aspetto del laser una volta installato. Qui potete vedere che il dispositivo di raffreddamento aggiuntivo, che impedisce al fumo di depositarsi sulla lente del laser, era ancora attaccato al carrello e ora si muove con il laser. Il suo peso è insignificante e finora non ha influito negativamente sul funzionamento dei motori passo-passo.

Per il fissaggio è stato utilizzato un pezzo del set da costruzione in ferro per bambini. Con sufficiente rigidità, è abbastanza flessibile, quindi puoi facilmente selezionare l'angolo di inclinazione richiesto del frigorifero per una situazione specifica.

Questi sono stati ordinati insieme al laser (10x10 mm) su una base autoadesiva.

Sono stati acquistati radiatori per l'installazione su due microcircuiti della scheda laser, perché Quando il dispositivo è in funzione, si surriscaldano notevolmente e c'erano preoccupazioni per le loro condizioni.

I primi test hanno dimostrato che il laser è effettivamente più potente del precedente, tenendo conto dello stesso approccio alla procedura di taglio. Cioè, per quanto strano possa essere affermarlo, ma “a occhio” la potenza è stata in realtà quasi raddoppiata.

Quelli. Ciò che veniva tagliato su un laser da 2500 mW in 6-8 passaggi, ora viene tagliato in 3-4. Ma questo è per ora... (ne parleremo più avanti).

Il primo mestiere intelligente, su richiesta di amici, è stato quello di realizzare la cosiddetta “scatola delle medaglie”. Quelli. è una specie di appendino per medaglie a tema. Poiché finora la macchina può lavorare solo compensato “troika”, abbiamo deciso di realizzare due pezzi grezzi e poi incollarli insieme per ottenere la resistenza richiesta.

Dalla foto sotto si vede che il primo tentativo non ha avuto molto successo, e tutto perché non sempre è chiaro se l'intera figura sia stata tagliata o meno, inoltre questo è molto influenzato dalla piegatura del compensato, che non sempre è perfettamente liscio .

Alla fine, al secondo tentativo ho ottenuto quello che volevo, ma il punto è questo in questo caso non questo.

E il fatto è che ogni volta che mi stancavo di cercare qualcosa su cui mettere il pezzo in lavorazione in modo da poter vedere dal basso quanto bene era stato tagliato, si decideva di tenere in magazzino qualche dispositivo speciale per questi scopi.

Modernizzazione delle macchine

In base alle caratteristiche progettuali del telaio della macchina, un'ottima opzione come base sembrava essere l'uso di due lunghe guide lungo le quali non è previsto il movimento del meccanismo. Inoltre, queste guide dispongono di una rientranza nella quale è possibile fissare il dispositivo.

La distanza tra i centri delle guide era di 41,5 cm.

Un ampio profilo in cartongesso, rimasto a lungo inattivo nell'angolo, era perfetto per lo scopo previsto. Per fare ciò, ne è stato tagliato un pezzo della lunghezza richiesta e tagliato longitudinalmente, creando così due angoli con una nervatura di irrigidimento.

Tagliamo i pezzi "extra" in modo che un bordo dell'angolo si inserisca liberamente tra le guide e l'altro poggi su di esse.

Pieghiamo parte dell'angolo sotto la scanalatura della guida su entrambi i lati in modo che l'angolo possa muoversi e allo stesso tempo non saltare fuori dalla guida.

Si scopre che ora abbiamo due traverse che possono essere spostate liberamente all'interno dell'area di lavoro della macchina e quindi posizionare su di esse qualsiasi pezzo di compensato.

Se necessario, possono semplicemente essere spostati in qualsiasi direzione per non interferire.

Ecco come ora potete posizionare il compensato, mentre la distanza dalla sua superficie alla lente del laser è di circa 36 mm.

Ma forse la cosa più importante con questo approccio è che ora il compensato può essere tirato sulle guide risultanti nei punti giusti, sia con viti autofilettanti che con morsetti, garantendo così la sua "uniformità" lungo l'intero perimetro dell'imbarcazione proposta .

Ebbene, è così che si scopre che durante il funzionamento del laser è possibile osservare quanto bene viene tagliato il pezzo e se è necessario o meno effettuare passaggi aggiuntivi.

Avendo fatto pratica con il laser precedente nel taglio artigianato piatto, da tempo desideravo provare a realizzare qualcosa di veramente utile e interessante, ad esempio qualcosa della categoria delle scatoline. Ma la questione, come capisci, non è del tutto semplice, ovviamente il principio è lo stesso di sempre: devi tagliare le parti e poi collegarle, ma poiché ci sono molte parti, la precisione del disegno dovrebbe essere sufficiente affinché alla fine non dovessi buttare tutto perché... Non riesco a collegarli. Inoltre, tornando al numero di pezzi, si pone il problema dell'automazione del taglio dal punto di vista della necessità di eseguire più passate.

Se hai letto la mia recensione precedente, probabilmente ricorderai che il programma BenBox che utilizzo non ha la possibilità di impostare il numero di passaggi richiesti attraverso l'immagine e devi premere il pulsante di avvio dopo ogni passaggio in modo indipendente tutte le volte necessarie.

Quindi eccolo qui. Si è scoperto che dopo tutto, non tutto con questo programma è così brutto come sembrava a prima vista. No, ovviamente non ho trovato un campo segreto per impostare questo parametro, tutto è un po' più semplice e complicato allo stesso tempo.

BenBox è in grado di ricevere compiti non solo in modalità visiva selezionando un'immagine raffigurante il contorno di una figura, ma anche caricando una sequenza speciale di comandi - codice G - in una finestra speciale, e proprio in questa modalità è possibile impostare le impostazioni necessarie comanda il numero di volte richiesto. Quelli. in modo semplice: devi disegnare un cerchio tre volte, dare questi comandi tre volte e la macchina disegnerà obbedientemente un cerchio tre volte. È vero, come sempre, “ci sono un paio di sfumature...”.

Innanzitutto è possibile impostare solo questi comandi inserendoli manualmente oppure incollandoli immediatamente come blocco dalla memoria (appunti) oppure copiandoli dal file desiderato.

In secondo luogo, per quanto strano possa sembrare, non esiste una modalità per caricare direttamente un file, ad es. solo nelle modalità sopra descritte.

In terzo luogo, nonostante lo stesso codice includa anche l'impostazione della velocità del laser, in BenBox questi comandi vengono completamente ignorati e viene utilizzato l'unico valore, impostato nel proprio campo speciale.

Si tratta di Benbox. Ma è necessario ricordare che questo insieme di comandi (codice G) deve ancora essere ottenuto in qualche modo. E questo non è del tutto semplice. Quelli. il principio in sé è abbastanza semplice: è necessario convertire l'immagine necessaria per il taglio/incisione in comandi, che vengono poi inviati a Benbox. Ma trova un programma adatto per questo da grande quantità quelli esistenti, e anche in modo che l'insieme di comandi richiesto venga ottenuto in uscita, questo è già difficile.

Mi ha aiutato a capirlo una persona meravigliosa, che possiede anche un incisore laser cinese, con la quale abbiamo avuto una corrispondenza nell'ambito di uno scambio di esperienze operative, per la quale vorrei esprimere la mia gratitudine e dire un grande "Grazie".

Quindi, per la conversione corretta e abbastanza conveniente delle immagini sopra descritta in una serie di comandi per il taglio/incisione, il programma VCarve Pro è adatto. Non ti dirò dove puoi scaricarlo: penso che questo non sia un problema per la maggior parte dei lettori.

Questo disegno attira immediatamente l’attenzione perché “piega liberamente qualcosa che, per definizione, non dovrebbe piegarsi”. Cioè, qui i lati superiore e inferiore della scatola sono solidali tra loro e la parte che li collega si piega e non si rompe con l'aiuto di fessure appositamente tagliate, formando una sorta di rilegatura di libri.

Da tempo desideravo vedere come sarebbe nella pratica; inoltre, le dimensioni di una scatola del genere sono relativamente piccole, quindi non dovrebbe volerci troppo tempo per ritagliarla.

Nel suo design originale, come nella foto, la scatola è completata da incisioni e ha una serratura dall'aspetto strano, ma molto interessante. Ho semplificato un po' il disegno e sulla base di esso ho preparato il seguente disegno.

Ottenere il codice G utilizzando VCarve Pro

Avvia VCarve Pro, carica la nostra immagine al suo interno e seleziona la voce del menu in alto, come mostrato in figura. Ciò è necessario per ottenere una “traccia” della nostra immagine (contorno vettoriale).

Nella finestra che appare (2), è necessario selezionare il pulsante (Quick Engrave), dopo di che apparirà la finestra 3. Un po 'sui suoi elementi.
1 – pulsante per selezionare lo strumento virtuale con cui vogliamo lavorare.
2 – Commutatore della modalità operativa dell'incisore (contorno esterno o riempimento).
3 – selezionando la casella è possibile specificare qui importo richiesto passaggi (sì, questo è lo stesso!).
4 – qualsiasi nome significativo per l'attività creata.
5 – pulsante che avvia la modalità di calcolo del percorso del laser lungo il contorno specificato.
6 – uno degli elementi più importanti, il menu di selezione del post-processore. Quelli. Qui è dove viene selezionato il tipo di codice di cui abbiamo bisogno.

E ora, in ordine. Per prima cosa dobbiamo impostare i parametri dello strumento virtuale con cui intendiamo lavorare (pulsante 1 nella figura sopra).

Nella finestra che appare, dobbiamo inserire un nome che ci è chiaro (1), selezionare il tipo di utensile - incisore (2), impostare la potenza laser massima (o desiderata) (da 0 a 255), specificare il unità di misura esattamente come mm/min (4), inoltre inserire la velocità di movimento del laser necessaria per questo compito (da questa dipende la profondità del taglio) e salvare lo “utensile”.

Successivamente, nella finestra principale del programma, è necessario selezionare i contorni nell'immagine rispetto ai quali verrà generata l'attività. Quelli. in questo caso è possibile, ad esempio, selezionare prima i contorni interni per l'incisione, e poi quelli esterni per il taglio. Se ciò non è necessario, con il tasto destro è possibile utilizzare la voce di menu specificata per selezionare semplicemente tutti i contorni esistenti.

Successivamente, è necessario specificare il numero di passaggi richiesto (1) e selezionare il post-processore desiderato (2). Per quanto riguarda il post-processore, il programma non ne contiene uno adatto per lavorare con Banbox. Può essere scaricato e poi inserito nella cartella del programma all'indirizzo “C:\Users\All Users\Vectric\VCarve Pro\V6.0\PostP\”.

Successivamente è necessario fare clic sul pulsante di calcolo (3) e infine è possibile salvare immediatamente il codice risultante in un file se non è necessario generare più attività o chiudere la finestra con il pulsante "Chiudi".

Le attività generate vengono visualizzate nella parte superiore della finestra (1). Per salvare, devi selezionare le caselle necessarie e premere il pulsante 2. Quindi assicurati che la casella di controllo al punto 3 sia selezionata, controlla che il post-processore sia selezionato correttamente e salva le attività in un file con il pulsante 4.

Di conseguenza, otteniamo un file con estensione .nc che può essere aperto con un semplice Blocco note. Ecco come si presenta il nostro set di comandi, che devono essere selezionati dalla prima all'ultima riga e copiati negli appunti.

Quindi, in Banbox, è necessario pre-specificare la velocità richiesta del laser e premere il pulsante, come mostrato nell'immagine seguente.

E usando la combinazione di tasti Ctrl+V o Shift+Ins, incolla il codice dagli appunti nel campo indicato nell'immagine (il menu per incollare con il tasto destro del mouse non funziona). Dopo aver cliccato sul pulsante blu con un segno di spunta, il programma dovrebbe iniziare a inviare comandi alla macchina.

Quindi, di conseguenza, otteniamo questo insieme di elementi.

Ed è così che ora un solido pezzo di compensato può piegarsi.

Non è necessario utilizzare colla durante il montaggio, perché... Tutte le parti si adattano molto strettamente.

Lo spazio interno utilizzabile ha dimensioni corrispondenti alle carte di plastica standard.

Non l'avevo mai fatto prima, ma per prova ho coperto la scatola prima con una macchia scura e poi con la vernice. Tenendo conto della mancanza di esperienza in questa direzione, penso che per la prima volta sia andata bene)).

In generale, il box-box è andato bene, è stato ritagliato in 5 passaggi (il quinto è per ogni evenienza, per fissarlo, per così dire). Ma per qualche motivo non riuscivo a liberarmi della sensazione che stavo facendo qualcosa di non del tutto giusto, perché... Volevo ancora più prestazioni.

Dopo averci pensato un po', me ne è venuto in mente uno idea interessante. Forse ti dirò un fatto che è stato generalmente accettato da tempo, ma personalmente non ho ancora riscontrato un simile approccio, quindi mi scuso in anticipo.

Concentrarsi su "Concentrarsi"

Quindi, ricordiamo in base a quale principio viene solitamente regolata la lente di focalizzazione del laser? Con il laser acceso alla minima potenza è necessario ruotare la regolazione del fuoco della lente per raggiungere la dimensione minima dello spot laser sulla superficie da lavorare trasformandolo idealmente in un punto.

In questo caso dimensione minima spot ci garantisce la massima potenza del laser, tutto sembra essere corretto. Ma osservando il processo di taglio, sono rimasto molto imbarazzato dal fatto che il taglio quasi perfetto all'inizio del processo diventava in qualche modo debole verso la fine, in alcuni punti non tagliava nemmeno il compensato dal basso.

Quindi, se non hai ancora indovinato dove voglio andare a parare, lasciami spiegare.
Quando il laser viene approfondito nel compensato, si scopre che ad ogni passaggio aumenta la distanza dal laser alla superficie, e cosa succede? - defocalizzazione del fascio con inevitabile calo di potenza nel punto finale.

E così risulta: più è profondo, peggio è. Se è così, al contrario, focalizzando il raggio leggermente al di sotto della superficie di taglio, dovremmo ottenere un aumento della potenza del laser più vicino alla superficie opposta.

Per verificare la mia teoria, ho provato a focalizzare il raggio non sul compensato stesso, ma sulla superficie sottostante, partendo dal presupposto che non ne sarebbe venuto fuori nulla di utile, perché... la macchia sul compensato non avrebbe dovuto essere molto piccola e quindi il taglio dovrebbe, in teoria, essere molto carbonizzato. Ma è successo un miracolo!

Il compensato in tre pezzi viene tagliato in due passaggi allo stato "auto-cadente", la velocità di taglio, secondo i parametri Banbox, era 150.

Ma come sempre, cosa? C'erano alcune sfumature.
Il principale è che il compensato deve essere assolutamente piatto su tutto il piano di taglio, quindi deve essere tirato insieme.

Qui, ad esempio, ci sono due cerchi tagliati utilizzando gli stessi parametri.
Nel primo caso, il compensato, anche con relativa “piattezza”, non era attratto dalle guide e il risultato era questo orrore.

Sullo stesso pezzo, ma già unito con un morsetto, è risultato così. A proposito, questo processo è mostrato nel video, che sarà alla fine della recensione.

Essendo finalmente soddisfatto del risultato, ho voluto continuare i miei esperimenti nel campo della realizzazione di scatole, il cui obiettivo è creare una sorta di bellezza. Ma questo percorso va detto è molto difficile e spinoso.

Dopo aver realizzato la scatola del libro, ho provato a preparare un disegno con le dimensioni che volevo, ma mi sono subito reso conto che, sebbene questo compito fosse abbastanza fattibile, non mi piaceva affatto il tempo che ci dedicavo.

Il fatto è che devi stare molto attento alle dimensioni di tutti i dettagli del disegno in modo che successivamente si uniscano nei punti giusti e non cadano, e tutto questo plus dipende dalla complessità del disegno stesso. In generale, dopo aver armeggiato per un paio di giorni, mi sono reso conto che la pigrizia aveva vinto ancora una volta e ho iniziato a cercare modi per automatizzare questo processo.

Tra le persone impegnate nel taglio su potenti macchine laser CO2 (da 40 W), è molto popolare lo sviluppo di disegni in Corel Draw, per il quale esistono programmi macro specializzati in grado di creare vari disegni di scatole in base ai parametri specificati dall'utente. Ci sono sviluppi sia gratuiti che a pagamento.

Avendo deciso di creare una bellissima scatola intagliata, mi sono subito reso conto che tra programmi gratuiti non c'è niente di speciale da catturare, poiché quasi tutti sono progettati solo per semplici modelli di scatole. Come risultato della ricerca, siamo riusciti a imbatterci in un ottimo sviluppo chiamato “Casket Designer”.

Box Designer è una macro per Corel Draw per la progettazione rapida di varie strutture tridimensionali da materiale in fogli (principalmente legno).
Questa macro è dedicata a questa macro su un forum specializzato, in cui lo sviluppatore stesso accetta Partecipazione attiva.

Parlando dello sviluppatore, dobbiamo dargli credito, perché... Era da molto tempo che non vedevo nulla di così dettagliato e accessibile. Basta leggerlo attentamente e inizierai già ad avere l'impressione di utilizzare tu stesso questo programma da un paio di settimane. Inoltre, non entrerò nei dettagli su ciò che è previsto nel programma e per quale scopo, perché... Non sarà comunque possibile farlo meglio di quanto già descritto nel manuale.

Selezionare la macro e l'elenco e fare clic sul pulsante "Esegui".

Se tutto ha funzionato come dovrebbe, sullo schermo apparirà una finestra come questa.

Per la prima volta ho deciso di provare a realizzare una scatola semplice, ma con un coperchio che si apre su cerniere. Per fare ciò, è necessario selezionare la tipologia di prodotto desiderata dall'elenco proposto.

Realizzare una scatola con coperchio

Scorri le schede, compilando i campi con le dimensioni richieste e una serie di altri parametri che caratterizzano il prodotto che desideri creare.

Dopodiché, tornando alla prima finestra del programma, è necessario fare clic sul pulsante “Crea disegno” e voilà: ricevere/firmare un “disegno per un progetto individuale”.

Successivamente, esporto nel formato .bmp ed elaboro il disegno di cui ho bisogno. Ad esempio, lo riempio di nero per facilitare il taglio.

Tutto si unisce molto saldamente, ho dovuto ricorrere anche all'uso di un piccolo martello.

Bene, è finalmente giunto il momento di puntare su qualcosa di bello e scolpito: iniziamo a realizzare la scatola.

Realizzare una scatola intagliata

Nonostante tutta la sua presunta complessità, il processo di creazione di un disegno non è molto diverso dalla creazione di una semplice scatola. Seleziona una scatola intagliata dall'elenco dei prodotti.

Ad esempio, da filamenti di platino con un diametro di 3...5 micron è possibile produrre reticoli con una dimensione trasversale superiore a 10 cm e un periodo di 1 mm. In questo caso le perdite totali superano 4 · 5 · 10 -3 =0,02 e la trasmittanza del trasduttore di misura ricevente raggiunge il 98%. La costante di tempo del dispositivo non supera i 10 -3 s

Se in un PIP l'elemento sensibile è un termometro a resistenza, che percepisce direttamente la radiazione ottica e non ha un elemento ricevente sviluppato strutturalmente, allora tale PIP è tradizionalmente chiamato bolometro e possono essere utilizzati non solo conduttori a filo, ma anche conduttori a pellicola come termometro a resistenza. Gli elementi sensibili riceventi di questi dispositivi sono spesso posti in un guscio evacuato e quindi prendono il nome di vuoto. I bolometri a raffreddamento profondo che funzionano a temperature di azoto liquido ed elio vengono utilizzati per misurare flussi di radiazioni ultrabassi (la potenza di rumore equivalente può essere ridotta a 10 -14 W Hz -1/2) o quando si cerca di raggiungere la velocità massima (intervallo inferiore al nanosecondo)

Calorimetri in cui i processi termici non portano ad una variazione della temperatura del corpo calorimetrico (es. Т K =T O =cost), sono detti calorimetri isotermici, o calorimetri a temperatura costante. Il principio di funzionamento di tali calorimetri si basa sull'uso degli effetti di transizione di fase di una sostanza e consiste nel misurare la quantità di sostanza calorimetrica (ghiaccio) che è passata sotto l'azione dell'energia della radiazione laser assorbita in un'altra fase (acqua) alla temperatura di esistenza di una transizione di fase (0°) (calorimetri a transizione di fase), oppure sull'effetto di compensazione nel calorimetro stesso per il calore ceduto per irraggiamento per effetto termico con segno opposto(calorimetri di compensazione e calorimetri preriscaldati). Va notato che in pratica tali dispositivi vengono utilizzati raramente, ad eccezione dei calorimetri preriscaldati. In questi dispositivi, il corpo calorimetrico viene preriscaldato (prima dell'arrivo e del PIP della radiazione misurata) ad una certa temperatura stazionaria superiore alla temperatura ambiente. Quando viene applicata la radiazione laser, la potenza riscaldante viene ridotta manualmente o automaticamente in modo che la temperatura del corpo calorimetrico rimanga la stessa. La potenza assorbita nel calorimetro in questo caso è pari alla variazione della potenza termica. L'esemplare misuratore di potenza laser OIM-1-1 funziona secondo questo principio, in cui la potenza di riscaldamento viene ridotta manualmente

Il principio di funzionamento dei PIP piroelettrici si basa sull'uso dell'effetto piroelettrico osservato in un numero di cristalli non centrosimmetrici durante l'irradiazione e manifestato nel verificarsi di scariche sulle facce del cristallo perpendicolari ad un particolare asse polare. Se viene realizzato un piccolo condensatore e tra le sue piastre viene posizionato un materiale piroelettrico, i cambiamenti di temperatura dovuti all'assorbimento della radiazione si manifesteranno come cambiamenti nella carica di questo condensatore e potranno essere registrati. L'impedenza di ingresso di un ricevitore piroelettrico è quasi puramente capacitiva. Pertanto, il segnale in uscita può apparire solo con un segnale di ingresso alternato, che richiede la modulazione della radiazione quando si misura la radiazione con un rilevatore piroelettrico

Il segnale di uscita dei PIP piroelettrici è proporzionale alla velocità di variazione dell'aumento della temperatura media d(D T)/dt elemento sensibile, non la grandezza D T, a cui i ricevitori di calore non rispondono. La conseguenza di ciò è l'elevata velocità dei ricevitori (fino a 10 -8), nonché la loro elevata sensibilità (10 -7 ... 10 -8 J), ampia gamma dinamica (10 -8 ... 10 J ) e ampio intervallo spettrale (0,4 ... 10,6 μm ). Strutturalmente l'elemento sensibile del ricevitore piroelettrico non differisce dai PIP colorimetrici (vedi Fig. 1.2), ad eccezione dell'elemento più sensibile 2 , fatto di piroelettrico. Tra gli sviluppi industriali nella misurazione di flussi di radiazioni piccoli (fino a 10 -9 W/cm 2) e ultra bassi (fino a 10 -12 W/cm 2), successori piroelettrici basati su ceramica titanato di bario, trigline solfato e titanato zirconato di bario hanno trovato la massima applicazione. Gli elementi sensibili di tali PIP sono una piastra piano parallela di spessore 20...100 μm con elettrodi applicati su entrambi i lati. Sul lato irradiato della piastra viene applicato un rivestimento assorbente oppure un elettrodo traslucido svolge il suo ruolo. Utilizzando una tecnologia relativamente semplice, gli elementi sensibili possono essere fabbricati in forme piuttosto complesse con dimensioni dell'area ricevente da 10 -4 a 10 6

Possedendo una serie di vantaggi rispetto ai convertitori termici, i PIP piroelettrici stanno diventando sempre più importanti ampia applicazione per la misurazione dei parametri energetici ed energetici spaziali della radiazione laser

Metodo fotoelettrico.

Il metodo fotoelettrico per misurare i parametri energetici della radiazione laser si basa sulla transizione dei portatori di carica sotto l'influenza dei fotoni della radiazione misurata a livelli energetici più elevati. I rilevatori fotoelettrici (PD) vengono utilizzati come PIP fotoelettrici, che sono divisi in due gruppi: con fotoeffetti esterni e interni. Quello esterno consiste nell'emissione di elettroni sotto l'influenza dei fotoni nel vuoto, quello interno - nella transizione degli elettroni da stato vincolato sotto l'influenza dei fotoni nello spazio libero, cioè in uno stato eccitato all'interno del materiale. In entrambi i casi, la transizione avviene quando la sostanza assorbe i singoli quanti di radiazione, motivo per cui i PT sono dispositivi quantistici. Energia radiazioni elettromagnetiche in essi viene direttamente convertito in energia elettrica, che viene poi misurata. Il segnale elettrico in uscita dal PT non dipende dalla potenza della radiazione incidente, ma dal numero di quanti di radiazione e dall'energia di ciascun quanto

L'espressione generale per convertire un segnale ottico in ingresso in un segnale elettrico in uscita effettuato da un PIP fotoelettrico può essere scritta come segue:

I=I FP +I T =S l x P+I T (1.5)
Dove IO- corrente totale che scorre attraverso il FP, UN; Io AF- corrente attraverso il PT causata dal flusso di radiazione incidente, UN; ESSO- corrente oscura, UN; Sl- coefficiente di conversione spettrale, o sensibilità spettrale assoluta del FP, A/I; Pè la potenza della radiazione incidente sul FP, W

Di seguito passiamo in rassegna brevemente i principali convertitori fotoelettrici utilizzati negli strumenti per la misura della potenza e dell'energia della radiazione laser.

Fotoconvertitori con fotoeffetto esterno. L'energia dei fotoelettroni emessi dalla superficie del catodo sotto l'influenza della radiazione elettromagnetica è determinata dall'espressione:

L=h n - l(1.6)
Dove N- frequenza delle radiazioni, Hz; H- Costante di Planck, ( H=6,63 x 10 -34 J x s); w- costante a seconda della natura del materiale del fotocatodo. L'emissione di elettroni avviene solo quando h n > w = h n O, Dove NO- frequenza di soglia al di sotto della quale l'effetto fotoelettrico è impossibile. Lunghezza d'onda l O =c/ NO chiamato confine dell'onda lunga (rosso) dell'effetto fotoelettrico. In genere, il limite della lunghezza d'onda corta del fotoconvertitore è limitato dalla trasmissione della finestra di input PIP

I fotorilevatori basati sull'effetto fotoelettrico esterno includono dispositivi a vuoto: fotocellule (PV) e fotomoltiplicatori,

La gamma spettrale dei PT del vuoto dipende dal materiale del fotocatodo. Attualmente, il fotovoltaico e i fotomoltiplicatori prodotti in commercio coprono la gamma dalla radiazione UV (0,16 μm) alla radiazione quasi IR (1,2 μm per un catodo argento-ossigeno-cesio). La sensibilità spettrale assoluta del PV è determinata come segue:

S l = Q EF x l /1,24 (1,7)
dove Q EF è la resa quantica effettiva, l è la lunghezza d'onda della radiazione, μm, S l varia a seconda del tipo e della struttura del dispositivo (10 -3 ... 10 -1 mA/W)

Per il fotovoltaico l'intervallo dinamico nel quale viene mantenuta la linearità della conversione di un segnale ottico in un segnale elettrico è relativamente ampio. Il limite inferiore è limitato dal rumore e dalla corrente di buio del fotovoltaico, il limite superiore è limitato dall'influenza della carica spaziale e dalla resistenza longitudinale del fotocatodo. Nella modalità di irradiazione continua, il limite inferiore

il limite può raggiungere 10 -14 A, il limite superiore non supera 10 -4 A. In modalità impulso, il limite superiore può essere aumentato a decine di ampere

Il rumore e le correnti di buio dei PV sono relativamente piccoli, tuttavia, a causa della bassa sensibilità dei PV, non è appropriato utilizzarli per misurare bassi livelli di segnali ottici

I moderni PV temporanei ad alta corrente consentono di ottenere un tempo di salita della risposta al transitorio (tra i livelli 0,1 e 0,9 dal valore massimo) dell'ordine di 10 -10 s

I PMT hanno un'elevata sensibilità grazie alla presenza di un sistema moltiplicatore (diodo). Se il fattore di emissione secondaria i-esimo diodo io, coefficiente di raccolta degli elettroni g i, UN Mè il numero di stadi di amplificazione, quindi il guadagno PMT:

(1.8)
sensibilità spettrale assoluta del fotomoltiplicatore:

dov'è la sensibilità spettrale assoluta del fotocatodo PMT, determinata in modo simile dalla formula (1.7)

La sensibilità del fotomoltiplicatore può raggiungere ~ 10 5 A/W al massimo della caratteristica spettrale. Nei fotomoltiplicatori convenzionali, la linearità viene mantenuta fino a decine di milliampere; nei moderni fotomoltiplicatori ad alta corrente, la linearità viene mantenuta fino a diversi ampere.

Quando si misurano segnali ottici ad alta potenza, è possibile aumentare l'intervallo di linearità del PMT per flussi elevati, utilizzando parzialmente un sistema a dinodi e rimuovendo il segnale dai dinodi intermedi. Il limite inferiore della gamma dinamica è limitato dal rumore e dalle correnti di buio del fotomoltiplicatore, che solitamente sono 10 -11 ... 10 -5 A. La velocità operativa dei moderni fotomoltiplicatori è compresa tra 30...1 ns (1n = 10 -9 secondi)

A PT in base all'effetto fotoelettrico interno includono fotoresistori, fotodiodi, fototransistor, fotorilevatori MIS e altri PT a semiconduttore. Per misurare i parametri energetici della radiazione, i più utilizzati sono i fotodiodi (PD) e i fotoresistori (PR).

L'azione della fotoconduttività si basa sul fenomeno della fotoconduttività, che consiste nella comparsa di portatori di carica liberi in alcuni semiconduttori e dielettrici quando su di essi incide la radiazione ottica. La fotoconduttività porta ad una diminuzione della resistenza elettrica e, di conseguenza, ad un aumento della corrente che scorre attraverso il fotoresistore

L'espressione generale per la sensibilità spettrale assoluta della funzione di fase può essere presentata come:

(1.10)
Dove e- carica dell'elettrone; V- volume di illuminazione di una parte del semiconduttore; Q- resa quantica dell'effetto fotoelettrico interno; M- mobilità dei portafoto; T- durata dei supporti fotografici; l- distanza tra i contatti; tu- tensione applicata al DF

FR vari tipi coprire un ampio intervallo spettrale (0,4…25 µm); la maggior parte richiede il raffreddamento a temperatura nitrogeno liquido o elio liquido, che causa ulteriori difficoltà quando vengono utilizzati in apparecchiature di misurazione come PIP. Inoltre, presentano una maggiore inerzia e una bassa sensibilità, che ne limita anche l'utilizzo per misurare i parametri energetici della radiazione laser

I più utilizzati per questi scopi sono i fotodiodi al germanio e al silicio. I portatori di minoranza che si presentano sotto l'influenza della radiazione diffusa p-n- transizione e indebolire il campo elettrico di quest'ultimo, che porta a un cambiamento nella corrente elettrica nel circuito. La fotocorrente dipende linearmente in un ampio intervallo dall'intensità della radiazione incidente ed è praticamente indipendente dalla tensione di polarizzazione. Per misurare i parametri energetici della radiazione si utilizza solitamente la modalità fotodiodo (con potenza), poiché in questo caso il range di linearità e le prestazioni sono molto maggiori rispetto alla modalità fotovoltaica (senza potenza). Importante per il funzionamento di tutti gli FP è coordinato con il circuito elettronico

Sensibilità spettrale assoluta del PD:

S l = t x g x Q x l (1- r)/1.24(1.11)
Dove T- trasmittanza della finestra del dispositivo; G- coefficiente

ritiro dei vettori; Q- resa quantica; l è la lunghezza d'onda della radiazione; R- coefficiente di riflessione

Nell'intervallo spettrale operativo, la sensibilità spettrale assoluta è di decimi A/I. L'intervallo di sensibilità spettrale dei fotodiodi al silicio è 0,4...1,2 micron (massimo circa 0,85 micron), germanio - 0,3...1,8 micron (massimo nella regione di 1,5 micron). Tali PIP non richiedono raffreddamento. Le correnti oscure dei PD al silicio sono circa un ordine di grandezza inferiori a quelle del germanio e raggiungono 10 -5 ... 10 -7 A e con una tecnologia di produzione speciale - 10 -9 ... 10 -12 A. I PD hanno un livello di rumore relativamente basso, che, in combinazione con li rende altamente sensibili, il loro AF con soglia bassa sensibilità. Ciò consente di utilizzare il PD per misurare flussi di radiazioni molto deboli (fino a 10 -6 W)

L'inerzia dei PD convenzionali a semiconduttore è di 10 -6 ...10 -8 s e la risoluzione temporale Ge E Sì La PD da valanga raggiunge 1...10 ns. I PD sono prodotti con dimensioni dell'area fotosensibile da circa frazioni di mm a 10 mm e PD da valanga - fino a 1 mm

Per misurare livelli di potenza ed energia relativamente elevati, è consigliabile utilizzare un PIP con bassa sensibilità, ovvero FE. Per misurare i livelli medi dei parametri energetici della radiazione laser, possono essere utilizzati sia dispositivi a vuoto (PMT) che dispositivi a semiconduttore (PD, PD). La misurazione di piccoli flussi richiede ricevitori con elevata sensibilità e basso rumore. I fotodiodi hanno una sensibilità inferiore ai fotomoltiplicatori. Tuttavia, i PD hanno un basso livello di rumore. Ciò consente di utilizzare il PD per misurare piccole portate non direttamente, ma con l'aiuto di un amplificatore. In questo caso, i PD potrebbero competere con i PMT e in alcuni casi addirittura superarli in termini di caratteristiche

I principali vantaggi del PD rispetto al PMT: dimensioni ridotte, alimentazione a bassa tensione, elevata affidabilità e resistenza meccanica, maggiore stabilità della sensibilità, basso livello di rumore, migliore immunità al rumore da campi elettrici e magnetici

Svantaggi della PD rispetto alla PMT: tempo di risposta più lento per la maggior parte delle PD, maggiore influenza della temperatura sui parametri e sulle caratteristiche del dispositivo

Per misurare i parametri temporali della radiazione laser, dovrebbero essere utilizzati i ricevitori fotoelettrici più veloci - il fotovoltaico; per misurare flussi bassi - fotomoltiplicatori e fotorivelatori da valanga

Per misurare la potenza della radiazione laser in modalità continua, è possibile utilizzare sia PT a vuoto che a semiconduttore, poiché qui la loro alta velocità non è richiesta

Metodo ponderomotorio

L'effetto P. N. Lebedev viene utilizzato nei misuratori di energia ponderosa e di potenza della radiazione laser. La radiazione laser cade su una sottile piastra metallica o dielettrica ricevente e la preme. La pressione (forza) viene misurata da un trasduttore sensibile

Per misurare la pressione di radiazione vengono utilizzati vari convertitori: bilance di torsione capacitive, piezoelettriche, meccaniche e sospese magneticamente, meccanotroni. Le prime due tipologie non sono largamente utilizzate a causa del piccolo valore del coefficiente di conversione, della bassa immunità al rumore e della complessità del sistema di riferimento e registrazione. La più utilizzata è la bilancia di torsione, un classico dispositivo per misurare piccole forze. Lo schema del dispositivo è mostrato in Fig. 1. Un bilanciere 2 con un'ala ricevente 3, un contrappeso 4 e uno specchio 5 situato in una camera evacuata è montato su supporti o sospensione 1. Quando la radiazione ottica colpisce l'ala ricevente, il sistema in movimento devia dalla posizione di equilibrio di un certo angolo, il cui valore può essere utilizzato per giudicare il valore della potenza o energia ottica. Il gancio 6 è destinato al fissaggio del carico durante la calibrazione delle bilance (determinazione del momento di inerzia e della rigidità della sospensione)

Risolvendo l'equazione del moto di un pendolo di torsione si ottiene il valore dell'angolo di rotazione UN piastra ricevente 3 quando esposta a radiazione continua con potenza P

(1.12)
Dove R- coefficiente di riflessione della piastra; T- trasmittanza della finestra di ingresso della telecamera; l- distanza dall'asse del fascio di radiazioni all'asse di rotazione; J- angolo di incidenza della radiazione sulla piastra; C- velocità della luce; K- rigidità della sospensione. Un'espressione simile si può ottenere per l'angolo massimo di rotazione della piastra un massimo- sotto l'influenza di un impulso di energia radiante Wu:

(1.13)
Dove J- momento di inerzia del sistema rotante. Gli angoli di rotazione vengono misurati sulla scala 8 in base alla deviazione del punto luminoso dalla lampadina 7 (Fig. 1.4). Con i parametri noti del sistema, le formule (1.12) e (1.13) consentono di determinare l'energia e la potenza della radiazione in unità assolute

Attualmente sono stati introdotti molti miglioramenti nella progettazione dei contatori ponderomotori, che ne hanno migliorato i parametri operativi e metrologici. Innanzitutto, è stato possibile abbandonare l'evacuazione e utilizzare la pressione atmosferica nella camera. L'uso di piastre dielettriche trasparenti invece di quelle metalliche riflettenti come elementi riceventi ha permesso di aumentare il limite superiore della variazione dell'energia della radiazione (fino a 10 4 J). Tali dispositivi consentono di misurare la potenza della radiazione laser, a partire da unità di milliwatt, e l'energia dell'impulso in decimi di joule.

Per misurare l'angolo di rotazione delle bilance di torsione viene spesso utilizzato un trasduttore capacitivo. In questo caso la piastra del contrappeso è una delle piastre del condensatore incluso circuito risonante Generatore Quando il sistema in movimento viene ruotato, la capacità del condensatore, e quindi la frequenza del generatore, cambia; la variazione di frequenza viene misurata da un rilevatore di frequenza. La sensibilità di un tale sistema è molto elevata, ma il sistema stesso è ingombrante e difficile da configurare e controllare

Un altro modo per implementare un sistema di riferimento altamente sensibile è un circuito con due fotoresistori, collegati insieme con due resistori fissi in un circuito a ponte. Nella posizione di equilibrio il ponte è bilanciato. Quando il sistema devia, l'illuminazione delle fotoresistenze cambia, il ponte si sbilancia e nella sua diagonale di misura appare una corrente proporzionale all'angolo di rotazione, che viene registrato dal microamperometro. Sistemi di indicazione simili sono utilizzati nei fotoamplificatori galvanometrici F117, F120, che hanno una sensibilità di circa 0,1 A/rad, che consente di misurare l'angolo di deviazione minimo dell'ordine di diversi secondi d'arco

Una maggiore sensibilità nei misuratori ponderomotori e un migliore isolamento del sistema in movimento da urti e vibrazioni sono stati ottenuti utilizzando la sospensione senza contatto in un campo magnetico (Fig. 1.5). Il sistema mobile 1 con la piastra ricevente 2, il contrappeso 3 e l'armatura ferromagnetica 4 è sospeso nel campo magnetico del solenoide 5 all'interno della camera. La corrente del solenoide è regolata da uno speciale sistema automatico costituito da un sensore 6, un lineare 7 e un dispositivo differenziale 9. Quando cambia la posizione verticale del sistema, viene generato un segnale in risposta al segnale del sensore feedback, aumentando o diminuendo la corrente attraverso il solenoide e stabilizzando la posizione del sistema. La stabilità laterale è assicurata dal gradiente radiale dell'intensità del campo del solenoide

Oltre alle bilance di torsione, per la misurazione vengono utilizzati i mecatroni, che sono un dispositivo di vuoto elettrico con elettrodi controllati meccanicamente. Quando esposti a un segnale meccanico esterno, uno o più elettrodi mobili si muovono nel mecatrone, provocando una corrispondente variazione nella corrente anodica

Immagine 1. 6 Schema del dispositivo meccanotron a diodi

L'industria nazionale produce una serie di convertitori meccatronici, progettati sotto forma di tubi elettronici convenzionali con base ottale (6MXIB, 6MXZS, ecc.) E in un design in miniatura con conduttori flessibili (6MXIB, ecc.). Il design di questi mecatroni è mostrato in Fig. 1.6. Il mecatrone stesso è un diodo con elettrodi piano-paralleli. Il cilindro di vetro 1 contiene un catodo stazionario 2 con un riscaldatore 3 e un anodo mobile 4, rigidamente collegato a un'asta 5, che è saldata in una membrana flessibile 6. Il segnale meccanico in ingresso (forza F) viene fornito all'estremità esterna del l'asta. In questo caso, l'anodo mobile si sposta rispetto al catodo stazionario, il che porta ad una variazione della corrente anodica e del segnale di uscita del convertitore, che è incluso nei circuiti a ponte per la misurazione

La sensibilità dei meccatroni non supera i 10 mA/g (o la potenza 10 -9 A/W). Questo valore di sensibilità con fluttuazioni di corrente di 0,1 μA causate da derive termiche, urti e vibrazioni consente di misurare con sicurezza una pressione di radiazione continua di oltre 1 kW. Se la radiazione viene modulata in modo che il sistema mobile del mecatrone entri in risonanza, il limite inferiore di misura può raggiungere i 100 W. Pertanto, un convertitore meccatronico viene solitamente utilizzato per misurare alti livelli di potenza ed energia degli impulsi di radiazione laser, ad esempio la radiazione continua di laser a CO 2 ad alta potenza e la radiazione pulsata su vetro con neodimio

L'esperienza acquisita nello sviluppo e nel funzionamento di vari tipi di misuratori di energia e potenza laser ci consente di trarre una conclusione sulle aree di applicazione, vantaggi e svantaggi dei vari metodi

I vantaggi del metodo termico per misurare i parametri energetici della radiazione laser comprendono ampi intervalli di misurazione spettrali e dinamici, semplicità e affidabilità degli strumenti di misura. Attualmente, la massima precisione di misurazione è stata raggiunta in alcuni misuratori calorimetrici e, con l'uso di rilevatori di radiazioni piroelettriche e termoelementi e bolometri ad alta velocità, è stato possibile raggiungere velocità fino a pochi nanosecondi

Gli svantaggi del metodo termico includono la bassa velocità e la sensibilità proprio di quegli strumenti termici che forniscono la massima precisione di misurazione

Nei dispositivi basati sull'azione fotoelettrica delle radiazioni si ottiene la massima sensibilità e velocità; ciò consente loro di essere utilizzati come misuratori di forma di impulso e di potenza di impulso fino alla gamma dei subnanosecondi. Gli svantaggi di tali dispositivi sono un intervallo spettrale relativamente ristretto e solitamente un limite superiore basso per la misurazione della potenza (energia), nonché un ampio errore di misurazione (5...30%) rispetto ai dispositivi termici

Il vantaggio del metodo ponderomotivo è un limite superiore elevato per la misurazione dell'energia e della potenza della radiazione con una precisione sufficientemente elevata delle misurazioni assolute. Lo svantaggio principale sono i severi requisiti per le condizioni operative (in particolare le vibrazioni) e, di conseguenza, le restrizioni all'uso sul campo.

Misurazione dei parametri principali di un impulso laser

Come è noto, a causa di limitazioni fondamentali o tecniche, numerosi mezzi attivi funzionano solitamente in modalità laser pulsata, tra cui principalmente laser su transizioni autoterminanti: un laser ad azoto nella gamma UV (l = 337,1 nm) e un laser a vapori di rame, che produce potenti impulsi di radiazione verde (l = 510,5 nm).Ancora più diffusi sono i laser a rubino e i laser a vetro al neodimio, la cui generazione pulsata è dovuta principalmente alle peculiarità del sistema di pompaggio e raffreddamento del mezzo attivo. Infine, in alcuni dei casi più critici, per aumentare la potenza di picco della radiazione, alcuni laser vengono commutati in modalità di generazione controllata; in questo caso, i metodi di controllo del fattore di qualità del risonatore vengono spesso utilizzati per ottenere il cosiddetto impulso gigante e sincronizzare le modalità longitudinali per ottenere impulsi di picosecondi (più correttamente, ultracorti)

Di conseguenza, si pone il compito di misurare i parametri principali dell'impulso di radiazione generato dal laser. Ovviamente, la soluzione più semplice sarebbe quella di costruire misurazioni utilizzando uno schema per ottenere la dipendenza assoluta della potenza di radiazione dal tempo P(t) quindi estraendo da esso tutte le quantità di interesse, solitamente la potenza di picco P u,max =P(t *), energia dell'impulso

e la sua durata D t. Tuttavia, la precisione di tali misurazioni è generalmente bassa. Pertanto, di regola, la misurazione del tempo ( Pmax E tu) ed energia ( W) parametri che, oltre ad aumentare la precisione dei risultati ottenuti, permettono di semplificare le misurazioni stesse. In questo caso, la misura dell'energia dell'impulso viene solitamente effettuata utilizzando un misuratore calorimetrico (vedi 1.1), che fornisce la massima precisione, oppure un fotodiodo con successiva integrazione della fotocorrente, e la misura della dipendenza Р(t)- utilizzando un ricevitore fotoelettronico ad alta risoluzione temporale. È secondo questo schema che vengono costruiti i dispositivi seriali dei marchi FN e FU, progettati per funzionare nell'intervallo 0,4 ... 1,1 micron con un'energia di impulso di 10 -3 ... 10 J e una potenza di picco di 10 4 ... 10 8 W; con durata dell'impulso t u =2,5…5 x 10 -9 s e frequenza di ripetizione F< 1 кГц погрешность измерения энергии d E » 20%, а мощность около 25%

Analisi dei parametri degli impulsi utilizzando un oscilloscopio.

Per misurare la forma dell'impulso e i suoi parametri temporali (in particolare, durata dell'impulso tu, tempi di salita e discesa, ecc.), vengono utilizzati fotorilevatori ad alta velocità con elevata linearità della caratteristica della luce. Tra questi, innanzitutto, le fotocellule coassiali della serie FEK, sviluppate appositamente presso VNIIOFI, progettate per un carico di 75 Ohm e una tensione di alimentazione di 1000 V; la loro risoluzione temporale (costante di tempo intrinseca) varia da 10 -9 a 10 -10 s e la fotocorrente massima va da 1 a 7 A per marche diverse, diverse per design e tipo di fotocatodo

Pertanto, la questione della conversione effettiva di un impulso luminoso in un impulso elettrico in prima approssimazione (secondo almeno per laser con impulso “gigante”) si può considerare risolto. Per studiare la forma dell'impulso elettrico ricevuto vengono utilizzati sia oscilloscopi universali convenzionali con una larghezza di banda fino a 10 7 Hz, sia oscilloscopi speciali ad alta velocità con una larghezza di banda di 1...5 GHz e una sensibilità di ~ 1 mm/V . Questi ultimi di solito non hanno un amplificatore (ingresso verticale) e il segnale in essi contenuto viene alimentato direttamente alle piastre di deflessione di verifica, che forniscono un'ampia larghezza di banda, ma con una bassa sensibilità al segnale di ingresso. Un'ulteriore analisi dell'oscillogramma viene eseguita utilizzando la sua fotografia, nonché quando si utilizza un CRT con un bagliore di fosforo a lungo termine o con accumulo di carica e la sua successiva lettura ripetuta

A causa della scarsa riproducibilità dei parametri dell'impulso laser, l'uso di metodi di ricerca stroboscopici non fornisce la necessaria precisione di misurazione e pertanto non è solitamente praticato

Studio della forma degli impulsi laser ultracorti

Come indicato in 1.1.2, i rilevatori di radiazioni fotoelettriche più veloci hanno una costante di tempo di 10 -10 ... 10 -9 s, cioè con il loro aiuto è possibile studiare in modo affidabile solo gli impulsi “giganti”, la cui durata tipica è di 10 -8 s, e i tempi di salita e discesa possono essere molto più brevi. Pertanto, quando si studiano le dipendenze dal tempo nel caso degli impulsi giganti più brevi e, in particolare, degli impulsi di picosecondi, vengono utilizzati metodi indiretti, basati sull'uso di scansioni temporali utilizzate negli oscilloscopi elettronici e ottici. Attualmente, il principio della scansione temporale ad altissima velocità è implementato sia sulla base della scansione ottico-meccanica con raster (una cinepresa del tipo "lente d'ingrandimento temporale"), che consente di registrare una serie di informazioni a basso contenuto immagini bidimensionali con una frequenza di ripresa di 10 5 ... 10 8 fotogrammi/s, e sulla base di scansione ottico-meccanica monodimensionale continua (a fessura) (fotoregistratori a fessura) con una risoluzione temporale da 10 -7 a 3 x 10 -9 secondi. Pertanto, l'uso della scansione ottico-meccanica non consente alcun miglioramento significativo nella risoluzione temporale fornita dai fotorivelatori a bassa inerzia, ma consente di ottenere un insieme di caratteristiche bidimensionali (ad esempio, distribuzione sulla sezione trasversale del fascio) o immagini unidimensionali (sezione trasversale unidimensionale del raggio, spettro, ecc.), tuttavia solo per la radiazione laser nei campi UV, visibile e vicino IR, che è determinata dalla gamma spettrale limitata delle pellicole fotografiche usato

Pertanto, in alcuni casi, la scansione elettronica di "immagini" elettroniche mono o bidimensionali provenienti dal fotocatodo (antimonio-cesio, multi-alcali o ossigeno-cesio, da specificare al momento dell'ordine di un dispositivo specifico) del tubo intensificatore di immagine si usa. Nel caso di utilizzo di un fotocatodo ossigeno-cesio, il confine “rosso” raggiunge 1,3 µm. Tuttavia, un vantaggio più significativo degli OEP utilizzati per la registrazione ad alta velocità è un aumento significativo della luminosità dell'immagine registrata - fino a (10 3 ... 10 8) x nei dispositivi multistadio (2 ... 6) ; questo è importante quando si registrano impulsi di picosecondi a bassa potenza. A seconda del sistema di scansione elettronico è possibile ottenere 9...12 fotogrammi separati (immagini bidimensionali) con un tempo di esposizione fino a 10 -9 ...5 x 10 -13 s, fornito da un otturatore elettronico separato, solitamente situato sul fotocatodo. Il frame rate fornito dal funzionamento sincrono di due sistemi di deflessione elettrostatica reciprocamente perpendicolari (l'intero fascio di fotoelettroni) è molto più basso, il che rende difficile studiare la dinamica del processo di generazione

Per questo motivo, i tubi intensificatori di immagine scansionati vengono solitamente utilizzati per studiare solo le dipendenze temporali dell'intensità di un raggio laser a picosecondi focalizzato (da una lente monocromatica). La scansione monodimensionale (solitamente lineare) utilizzata in questo caso può avere una velocità fino a 10 10 cm/s, che garantisce di ottenere in uscita uno schermo luminescente (Æ 40 mm) con una risoluzione da 5...10 linee/ mm (negli intensificatori di immagine a 5-6 stadi) fino a 50 linee/mm (negli intensificatori di immagine a stadio singolo) risoluzione temporale 10 -11 s. La velocità record della scansione unidimensionale (a spirale) (6 x 10 10 cm/s) è stata raggiunta nell'intensificatore di immagini Picochron-1 attraverso l'uso della tensione a microonde (l = 3 cm) sulle piastre di deflessione;

Di conseguenza, con una risoluzione (non schermo) di 5 linee/mm, la risoluzione temporale raggiunge 5 x 10 -13 s, che corrisponde alla dispersione temporale degli elettroni nel fascio, e quindi non può essere migliorata aumentando la velocità di scansione. È caratteristico che, al fine di garantire caratteristiche di luminosità soddisfacenti del segnale di uscita (spirali su schermi luminescenti), "Picochron-1" ha un sistema di amplificazione a sei stadi, a seguito del quale la luminosità aumenta di 10 7 ... 10 8 volte rispetto all'originale (tranne la risoluzione dell'output "Immagini")

Pertanto, la questione dello studio della dipendenza dal tempo della generazione di impulsi laser a pico e persino a femtosecondi può essere considerata risolta in prima approssimazione. Tuttavia, la complessità, i costi elevati, l’ingombro e la necessità di una manutenzione altamente qualificata lo rendono difficile in alcuni casi uso pratico telecamere a scansione ottico-meccanica ed elettronica

Questo è uno dei più tecnologie moderne, utilizzato non solo nella produzione, ma anche in piccoli laboratori. Questo metodo quando selezione corretta il tipo di attrezzatura è adatto a quasi tutti i metalli, consente di eseguire tagli ordinari e artistici (ricci). Realizzare buoni risultati, è necessario esplorare le tecnologie e i principi di funzionamento di questa apparecchiatura.

Potenza laser per il taglio di grezzi metallici di vari spessori

Il taglio termico con raggio laser consente di ottenere una precisione che elimina quasi completamente la necessità di ulteriori lavorazioni. Per aumentare l'efficienza vengono utilizzati vari gas: ossigeno, anidride carbonica, azoto, idrogeno, elio, argon. La scelta dipende dal tipo di materiale, dallo spessore del pezzo e dai piani per le successive lavorazioni. Se il taglio richiede temperature molto elevate, viene utilizzato l'ossigeno. Per lavorare con zirconio o titanio è adatto solo l'argon.

Qualsiasi apparecchiatura laser è composta da:

meccanismo (sistema) che fornisce l'approvvigionamento energetico;
corpo generatore del fascio (solido, fibroso, sotto forma di miscela di gas);
specchi (risonatore).

L'apparecchiatura laser a stato solido contiene un diodo e un'asta di rubino, neodimio o granato. Nei laser a fibra, l'elemento generatore del raggio (a volte il risonatore) è una fibra ottica. Le apparecchiature a gas utilizzano gas o loro miscele. La potenza e l'ambito di applicazione dipendono interamente dal tipo di apparecchiatura:

solido (per ottone, rame, alluminio e sue leghe) – 1-6 kW;

gas – fino a 20 kW;

Laser CO 2 (per qualsiasi pezzo di metallo sottile) – 600-8000 kW;
gasdinamico – da 150 kW.

Per il taglio dei metalli, la potenza del laser è di 450-500 W (ad eccezione dei metalli non ferrosi, che richiedono 1 kW o più). Questo metodo è più efficace per i pezzi il cui spessore non supera i 6 mm. A 20-40 mm, l'apparecchiatura laser viene utilizzata raramente. Per metalli di grande spessore, il taglio laser (da 40 mm) non viene quasi mai utilizzato.

Dipendenza della potenza dallo spessore del pezzo

Tipo di metallo	Spessore del pezzo (mm)	Potenza, W)
Acciaio (lega, carbonio)




Acciaio inossidabile







Leghe di alluminio

Per la lavorazione di acciai legati e al carbonio come elemento ausiliario viene utilizzato l'ossigeno, per l'acciaio inossidabile - azoto con una pressione fino a 20 atmosfere. I metalli non ferrosi e l'alluminio sono caratterizzati da un'elevata conduttività termica e da un basso assorbimento del raggio laser. Per tagliare questi materiali viene utilizzato un laser a stato solido che funziona in modalità pulsata.

Importante! Per il taglio di metalli spessi 1 mm, la scelta della potenza del laser dipende dal tipo di materiale. Per l’acciaio sono sufficienti 100 W, per il titanio sono necessari 600 W.

Diodo laser per il taglio dei metalli

Il diodo laser per il taglio dei metalli è un laser a semiconduttore progettato secondo principio p-n diodo omostrutturale. Il semiconduttore è un wafer, il cui strato superiore crea la regione n (negativa), lo strato inferiore crea la regione p (positiva). transizione p-n relativamente grande e piatto. Le estremità sui lati fungono da risuonatori. Un fotone che si muove perpendicolarmente viene riflesso più volte dalle estremità, solo allora può uscire.

Nel processo di passaggio lungo le estremità vengono creati nuovi fotoni, la radiazione si intensifica e inizia la generazione del raggio. Al momento del rilascio diverge notevolmente, quindi viene raccolto dalle lenti. Diodi laser per tagliare il metallo con una potenza elevata (10 micrometri), viene emessa inoltre anidride carbonica (CO 2).

Importante! Le apparecchiature di questo tipo sono caratterizzate da maggiore produttività e costi relativamente bassi.

Laser CO 2 (anidride carbonica) per il taglio dei metalli

I laser ad anidride carbonica hanno caratteristiche che li rendono ideali per le applicazioni di taglio industriale. La prima è costituita da lunghe onde infrarosse, ideali per il riscaldamento. Secondo - alta efficienza(dal 30%). Utilizzo diossido di carbonio rende il taglio più fluido (rispetto alle apparecchiature in fibra di vetro). Il campo di applicazione si sta espandendo, gli investimenti stanno rapidamente dando i loro frutti.

Lo svantaggio di un laser CO 2 per il taglio del metallo è la necessità di specchi ottici dotati di elementi in zaffiro e oro. Inoltre questo tipo di apparecchiature richiedono un'elevata scarica elettrica durante la fase di beamforming. Per tagliare metalli (acciaio inox, alluminio) di 2 mm di spessore, se si utilizza questo tipo di laser è sufficiente una potenza di 160 W. Aumentando la potenza a 200 W è possibile tagliare lamiere spesse 3 mm.

Il mezzo attivo è costituito da una miscela di anidride carbonica, elio e neon. A seconda della potenza del laser necessaria per tagliare il metallo, è possibile aggiungere xeno o idrogeno. Le proporzioni cambiano anche in base ai requisiti per le proprietà della trave, ma il volume di CO 2 non supera il 20%. Apparecchiature di questo tipo sono disponibili sul mercato con una potenza di 1 kW, 3-5 kW e 10 kW.

Lunghezza d'onda del laser per il taglio dei metalli

L'assorbimento di un raggio laser da parte di un materiale è influenzato in modo significativo dalla qualità dell'onda: lunghezza e spettro. La lunghezza d'onda di un laser per il taglio dei metalli dipende interamente dal tipo di materiale. Se consideriamo un laser a fibra, uno dei suoi nodi crea un raggio con una lunghezza d'onda di 1 micron (millimicron). Se è necessaria una trave più lunga, viene utilizzato un combinatore per unire le travi di più moduli. Le prestazioni dei modelli a stato solido differiscono poco: anche la lunghezza d'onda è di 1 micron. Questi tipi di laser sono ideali per tagliare quasi tutti i tipi di metalli (anche quelli nobili). Per il taglio di metallo (acciaio inossidabile) 20 mm, la potenza del laser a fibra è di 2 kW.

Nei laser ad anidride carbonica, la lunghezza d'onda raggiunge i 10,6 micron, il che ne crea di più alta densità sulla superficie trattata. Questo tipo di attrezzatura viene utilizzata per tagliare vetro, legno, fibra di vetro, dimostrazioni alta qualità taglio anche a grossi spessori.

Quando si sceglie l'attrezzatura, non è sufficiente studiare specifiche: tipo di emettitore, potenza, lunghezza d'onda, precisione e qualità di taglio. È importante determinare con precisione i requisiti di una particolare produzione. La potenza del laser per il taglio del metallo (ad esempio acciaio inossidabile) di 3 mm di spessore non può essere inferiore a 500 W. Altrimenti, la produttività diminuirà e il materiale si surriscalderà. A prima vista potrebbe essere adatto un laser a CO 2 della potenza richiesta. Ma in questo caso è necessario tenere conto della lunghezza d'onda, che non è del tutto adatta ai pezzi metallici.

Consiglio! Per non commettere errori, prima dell'acquisto è necessario calcolare con precisione tutto o consultare uno specialista qualificato.

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