激光光束品质分析及其应用意义

lindaf · 发表于 2010-11-14 22:54:21

几千瓦大功率的切割、焊接、钻孔、强化等工业激光加工广泛用在汽车加工行业、航空精密制造行业和船舶型材加工行业，这些行业需要测量工具来监测激光光束质量与功率来保证激光加工的品质。
通过对大功率光束光斑的诊断，能获得大功率激光光束的尺寸、模结构、束腰位置、焦点大小、聚焦光斑形态、强度截面分布、M2因子等测量参数，能评判激光束的光束质量和稳定性，为制造大功率的激光器及聚光镜、反射镜等光学元件提供基本的检测数据，为进行各种材料的大厚度、长距离的激光快速焊接和切割等大的加工范围激光加工质量的提高提供最基本的数据。
激光加工技术作为一种有效的加工手段，在国内外得到了迅速的发展。特别是近十年来，大功率激光器在工业生产及科学研究中已获得日益广泛的应用，如激光切割、焊接、表面热处理等。从加工应用的角度，相应地提出了：一方面需深入研究光束基本参数对激光与物质相互作用的影响机制，另一方面要求对激光加工过程中大功率激光束的传输与聚焦质量进行监测，因为激光功率、光束的模结构与聚焦光斑形态等参数对加工质量都起着决定性的作用。因此，在激光加工过程中需要对激光光束的质量进行迅速定量的评估。激光光束光斑诊断系统正是为适应这种需求，能够对大功率激光光束的模结构及其稳定性、聚焦光斑尺寸与功率密度分布进行测量的仪器。
德国PRIMES公司的系列大功率激光光束光斑诊断仪与功率计不仅广泛应用于激光器研究与制造行业，而且也广泛用于激光材料加工行业，比如汽车车身激光焊接、航空航天激光焊接、船舶型材激光焊接、激光切割、表面热处理、精密微加工以及激光熔覆加工等。

usezhuce · 发表于 2010-11-16 14:57:38

看看

lindaf · 发表于 2011-1-14 22:10:05

德国PRIMES公司已经销售了两千多套激光光束分析与功率测量系统，主要产品有：

MicoSpotMonitor 微细激光分析仪
基于摄像机的测量系统用来研究UV、VIS和NIR激光的二维、三维光斑能量分布、M2光束传播因子等光束质量参数。
FocusMonitor激光焦点分析仪
适用于聚焦激光光束的工业在线测量与分析，基于旋转针孔扫描原理。
BeamMonitor激光光束轮廓分析仪
基于旋转镜扫描原理，适用于非聚焦激光光斑直径与位置的快速测量。
PocketMonitor袖珍功率计
设计紧凑的电子激光功率计，使用简便，快速测量大功率。
PowerMonitor激光功率分析仪
用于测量大功率激光功率。

lindaf · 发表于 2011-1-14 22:24:10

本帖最后由 lindaf 于 2011-1-14 22:27 编辑

◦三、大功率M2因子测试仪的测量功能
MicoSpotMonitor 微细激光分析仪

适用于聚焦激光光束的工业在线测量与分析，基于旋转针孔扫描原理。

(1)通过集成Z坐标轴实现全自动动束腰测量

(2)大动态范围（12位数模转换器及额外增益）

(3)单个探测器和测量端头的模块系统可测量不同波长及散度的光束（CO2，Nd:YAG，光纤激光器、二极管激光器、薄片激光器）

(4)响应激光波长 300nm～12μm

(5)通过小于125μm的测量窗口实现微小焦点80μm～4mm的测量

典型的能量范围：二氧化碳激光 20W至20kW，功率密度可达30MW/cm2 ，Nd:YAG 激光 5W 至8kW，二极管激光 1W至6kW

(6)功能强大的专业测评软件

lindaf · 发表于 2011-1-14 22:49:52

◦四、工业应用举例
FocusMonitor激光焦点分析仪

应用举例

(1)通过测量功率密度分布来确定聚焦光斑的直径、位置、功率密度分布、M2光束传播因子

(2)测量与记录工业激光系统聚焦区的光斑质量与长期稳定性

(3)在工业激光系统有故障时查找与确认故障原因，无需逐个更换光学器件

(4)提高材料加工质量，避免激光切割毛刺，提高平头对接焊的焦点定位精度

(5)测量与记录激光加工过程中的激光参数。

两千多客户中的典型参考客户有上海交通大学(SJTU)、德国不莱梅应用技术研究所(BIAS)、美国宾夕法尼亚州大学应用研究实验室(ARL／PSU)、意大利普瑞玛工业公司 (PRIMA，激光切割)、德国通快公司(Trumpf，金属板材切割激光器)、法国依莱帕激光中心(IREPA)、美国戴姆勒-克莱斯勒汽车公司（DaimlerChrysler）、德国迈尔造船厂 (Meyer Werft)、德国罗芬公司(Rofin，激光焊接)、德国西门子公司(Siemens，激光切割)、德国弗劳恩霍夫材料和射线研究所 (Fraunhofer IWS)、德国弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer ILT)、欧洲宇航防务集团(EADS)、美国通用电气发那科智能设备公司(GE Fanuc)、诺帮汽车公司(ThyssenKruPP DnuzNothelfer，激光多点焊接)、芬兰坦佩雷理工大学(TUT)、美国阿帕奇光子公司(IPG，光纤激光汽车焊接、航空航天激光焊接)、德国 EOS公司（激光烧结快速成型）、德国宝马汽车股份公司(BMW)

◦1．双点焊接汽车加工行业应用
Wegmann-Baasel 12 kW CO2 激光器，汽车拼板的激光焊接(Tailor Steel,Bremen, Germany)

Rofin–Sinar DY033 Nd:YAG激光器，汽车车身铝板焊接(AUDI AG, Neckarsulm, Germany)

2 x 2 kW Haas HL2006D Nd:YAG激光器，加工研发(DaimlerChrysler, Ulm, Germany)

◦2．船舶型材焊接加工行业应用
德国的Meyer Werft造船厂

MIG复合热源激光焊接

Butt & Fillet对接缝焊与角焊缝
测量方案

对TRUMPF TURBO 12000通快激光器功率测量结果

对TRUMPF TURBO 12000激光器光束质量测量结果

◦3．工业微加工应用
248nm准分子UV激光器的平顶光束分布，焦点光斑直径27μm（使用MicoSpotMonitor 微细激光分析仪测量）

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