激光切割机切割头位置检测与调高控制系统设计

在激光切割中为了有敢控制激光焦点与工件之间的相对位置,设计了激光切割头自动调高系统的位置检测系统。采用切割喷嘴和切割极板形成的电容构成差动式电桥,以差动式电桥作为测距传感器;用相敏检波电路鉴别切割喷嘴和切割板材间位置变化,伺服系统控制切割头运动,从而实现激光切割头高度调节。通过测试,有效地解决了激光切割焦点跟踪问题,提高了系统的控制品质。所设计的切割头位置检测为激光切割机提供了解决方案。     

有机玻璃激光气化切割前沿

以PMMA(有机玻璃)为试件,采用CCD拍摄到CO2激光气化切割前沿的照片。研究焦点位置、切割速度和激光功率对切割前沿形状和前沿深度的影响,并建立激光能量耦合模型。结果表明,由于前沿存在多次反射,使得切割深度增加。正离焦切割时,前沿吸收的总激光功率密度减小,切割深度减小;负离焦切割时,最大激光功率密度值的位置下移,使得前沿功率密度分布朝着深部推进,切割深度增加,若负离焦量过大,表面光斑直径和光程增加,更深位置的功率密度减小,切割深度减小;随着激光功率增加、切割速度减小,则前沿弯曲程度减小,被激光直接照射的前沿部位增长,前沿吸收激光功率密度增加,切割深度增加。     

激光切割头焦点控制技术研究

随着激光切割机的高速化、高功率化、智能化程度越来越高,作为其关键功能部件的切割头,其在切割过程中的焦点控制对零件的切割质量和切割效率有着重要影响。着重分析光纤切割头和CO₂切割头的光路机理,详细研究切割头的焦点位置控制技术和焦斑直径控制方法,从几何光学角度推导出焦点位置变动量和焦斑直径的理论公式,可为切割头的设计与改进提供理论参考依据。     

基于声波控制激光焦点的打孔系统

激光焦点的位置控制是激光打孔中需要解决的技术问题之一,在现有的几种激光焦点控制方法中,其技术核心均为如何通过传感器进行有效的信号测量.对于不同材料的激光打孔技术,研制一种适合材料的焦点位置监测系统就显得尤为重要.通过对不同方法的比较和试验,阐述了一种基于声波传感器的激光打孔焦点控制系统,系统通过加工过程中产生的声波作为控制信号,实时对激光焦点位置进行在线的监测和控制,通过对金刚石进行激光打孔试验,并对比传统控制方法,得到了满意的结果.     

激光自动测轴机的控制系统

激光自动测轴机用He—Ne激光通过狭缝衍射作为检测手段,用计算机进行控制。本文重点介绍其控制部分。一、CCD与计算机的接口本系统用CCD作为检测元件,接收衍射信号,将其送入计算机。由于CCD和计算机的时钟频率均为4MHz,但互不同步,所以专门设计如下接口电路,以解决这一问题。     

水下激光切割质量影响因素的研究

介绍了在水下进行激光切割时影响切割质量的几种因素.激光切割应用得已经比较普遍,但是用于水下作业的情况还是比较少.水下激光切割时,不同的激光波长和不同的水层深度都会影响到水对激光能量的吸收,从而改变加工效果;水体流动可以加强水的冷却效果和冲刷效果,有助于提高切割质量;由于水对激光的折射作用,会使得焦点位置下移,影响切割质量.     

激光远场能量密度分布测试系统的实现

要设计了基于CCD成像法的激光远场能量密度测量系统,给出了CCD成像法测量远场激光能量密度分布的基本原理,并在特定条件下对激光能量测量模型进行简化.利用漫反射靶板将激光的能量分布信息采集至CCD相机,并在靶板的特征位置上安装能量探测器,依据激光能量模型,将激光光斑图像灰度信息与激光能量探头所测的实际能量值进行信息融合,...     

激光/水射流切割工艺的新型切割头结构设计

对激光切割和磨料水射流切割的原理和优缺点进行简要的阐述,随后提出水射流辅助激光复合加工的方法,通过水射流不断冲击工件表面来降低表面温度和冲走熔渣,减少激光加工的热损伤,但此加工方式对激光与水射流的工作位置有着较高的要求。目前的试验系统大多为独立的激光器和水射流以一定的角度配合使用,这使得两者在加工过程中保持工作位置稳定较为困难。针对这一问题,设计了一种激光与水射流通道一体且能同轴工作的集合式激光/水射流切割头,利用热冲击断裂原理完成对材料的切割,从而得到更高的切割精度。最后使用ANSYS软件对加工过程中的温度场进行仿真分析,并使用切割头对立方氮化硼复合材料进行实际切割,试验结果验证了加工系统的可靠性。     

基于视觉激光切割厚板切割状态监控方法

利用光纤镜头和彩色工业摄像机实时采集激光切割厚板中切割点的图像,从彩色图像中分别选取蓝色、绿色和红色通道图像,分析各通道图像的特点和切割点的几何形状特征。首先以激光焦点在图像中的位置为中心建立坐标系,以x轴方向为起始,45°为间隔向8个方向搜索激光切割区域的边缘点,根据边缘点到坐标原点的距离信息确定激光切割方向和切割顶点;建立边缘识别用抛物线模型,根据边缘处存在灰度特征、梯度特征和方向特征设计识别目标函数,识别切割顶点两侧边缘,进而识别整个切割点处的几何形状。实验表明识别方法具有良好的适应性、准确性和实时性。     

武汉新特光电新研制“高功率Nd∶YAG自浮激光切割头”

激光切割头是激光切割机最重要的配件之一。传统的切割头只有聚焦透镜和喷嘴,没有自动对焦功能。在大幅面激光切割机中,不同地方的加工高度略有不同,致使材料的表面偏离焦距,从而在不同的地方聚焦光斑大小不同,功率密度也不同．不同切割位置的激光切割质量很不一致,达不到激光切割的质量要求。     

红外激光与微水束耦合对准工艺研究

红外激光与微水束耦合划切技术是激光划切应用的前沿领域,在硅晶圆、宝石、陶瓷等材料高精度切割方面具有优势,有效地减小了材料的热损伤和熔渣残留。红外激光束与微水束的耦合对准是研究的关键技术。为保证微水束光纤与激光光束耦合的效果,本文设计了高精度三维耦合对准调整结构,结构主要由准直聚焦光路系统、微孔CCD观测系统、二维微位移平台、耦合装置组成；研究了汇聚激光焦平面与微水束起始端(喷口元件)共面调整的关键工艺和激光光束与喷口元件对准的关键工艺；提出了借助屏幕十字线实现两次对准的工艺方法。经试验验证,微水束耦合激光长度稳定,质量良好,可实现对硅基衬底晶圆等材料的高效无损、高精密划切。     

特种电路基板云母片的激光切割工艺研究

介绍了特种电路基板云母片的加工特点及常用加工方法,通过试验研究了云母片外形的激光加工方法.结果表明:在激光器、聚焦系统和材料确定后,激光功率、脉宽、切割速度、气体压力是影响加工质量的主要因素.合理选择以上参数后,采用激光加工云母片的外形,可以有效避免云母片机械加工时的开裂问题.研究结果具有重要的实用价值.     

激光辐射方向探测的实验研究

本文提出了一种利用四焦点全息透镜和CCD探测激光辐射方向的方法。细激光束入射到全息透镜上,产生四个焦点像,利用CCD和计算机对四个像点进行采样计算,根据激光束在全息透镜上的坐标得到入射激光的方向角。该探测系统结构简单,CCD微米量级定位精度和计算机的高精度计算,提高了系统的探测精度和灵敏度。文中给出了理论分析和探测实验结果。     

用于激光合束系统的光束位置监测装置设计

为了实现近场可见光波段、多路不同波长激光合束中位置误差监测,设计了一种光斑位置监测装置,该装置以缩束系统为基础对同指向激光束位置进行自动监测,在激光合束系统中与快速反射镜相配合,能有效提高合束系统的精度和合束效率。首先对监测装置光学系统进行了设计和仿真分析,使其实现缩束功能的同时减小色差对监测精度的影响。接着,根据设计要求选择了合适的光电探测器。然后,设计了镜筒并对装置的箱体进行有限元优化设计以减轻质量并防止产生共振,使其可以在复杂的环境中工作。最后,根据光斑的特性选择了合适的光斑中心定位算法。实验检测结果表明:缩束倍数达到了15.6倍,监测精度达到了0.1 mm。系统基本上可以使所有激光束成像在CCD上,且光斑能在CCD上成完全像,稳定性较好,精度高,满足使用要求。     

利用等离子体光、电信号对激光深熔焊焦点位置的双闭环控制

本文利用等离子体电荷信号和等离子体光信号的特性,研制成功可同时控制喷嘴－工件距离和光束焦点位置的双闭环控制系统。     

CCD的非线性响应特性对光束质量测量的影响及修正

在利用电荷耦合器件CCD对激光光束质量测量的过程中,通过对比不同的激光波长,分析了CCD的光电响应非线性特性对光束质量M2因子评价的影响。由于对未进行线性标定的CCD所测得的四种不同波长的激光器的光束束宽值相对比较大,这会对激光光束质量的测量精度带来影响,因此提出了一种新的基于面阵型光电探测器的光电响应标定方法。搭建基于CCD测量法的激光光束质量测量系统,建立高斯型激光光束的近远场传输模型,对激光束在传输方向上不同位置处的焦散廓形进行多次采样,利用统计学方法得到CCD的光电响应线性区间。仿真和实验结果表明:利用CCD光电响应特性的标定结果对图像进行非线性灰度修正,对比国际标准激光光束质量分析仪,所测得的激光光束质量M2因子更加准确且相对误差降低了2.36%。提出的方法可有效提高激光光束质量M2因子的测量精度,对于评价激光光束质量具有重要的应用价值。     

半导体激光切割碳钢板方法研究

采用500 W半导体激光对碳钢板材进行切割实验。为了提高切割能力，针对半导体激光光束发散角较大的特点，以及碳钢板材的激光切割工艺特性，对切割头的光学系统进行改进，并进行比较实验。结果显示，适当增加光斑尺寸，焦深延长，可一定程度上加强半导体激光对于3 mm以上碳钢板的切割能力，将切割厚度拓展到6 mm。在此条件下，切割速度有所下降。但在3～6 mm厚度范围内切割效率同500 W光纤激光器切割效率相近。     

基于织物面料的激光自动裁剪机控制系统

研究了激光发生系统、激光切割点移动规律及移动轨迹的自动纠偏技术,基于ARM嵌入式系统开发了激光裁剪机的自动控制系统,围绕其数据读入和显示、样片裁剪控制、光点模拟与监控、工作状态自动检测等功能进行了系统硬件设计和软件设计。裁剪时碳化区宽度为0.1mm至0.2mm,切割速度为0mm/s至1480mm/s,重复定位精度为±0.03mm,满足了织物布料小批量、多品种裁剪的需要,特别适用于织物裁片形状经常翻改、具有小批量、多品种特点的布料产品加工。     

一种基于CCD的线路激光测量仪的研制

研制了一种基于电荷耦合器件(CCD)的线路激光测量仪.它利用激光的强方向性作为测量基准,激光束经CCD成像后,通过数据处理系统对激光光斑中心进行计算,从而可以测量出铁路钢轨在70 m弦长上任意位置处的高低和方位向偏差.与传统的弦绳测量法相比,此测量仪用激光束代替弦绳,用光电靶代替钢板尺,用数字显示代替人工读数,既解决了提速段钢轨参数的测量问题,又提高了测量精度和工作效率.

Abstract：

One track laser measuring instrument based on CCD is elaborated, which uses laser as strong directional measurement benchmarks. After the laser beam was imaged on CCD, the laser spot center would be calculated through the data processing system, so it is convenient to measure the deviation of the track in vertical and orientation directions within a 70 m chord length at an arbitrary position. Compared with the traditional rope chord measurement method, in this new method, a laser beam, a photoelectric target and a digital display are used to replace the string rope, the steel ruler and manual reading, respectively. This not only resolves the problem of measuring the parameters of a speed-raising rail, but also improves the measurement accuracy and working efficiency.