Yüksek güçlü fiber lazer sistemlerinin gerçek zamanlı analizi ile verimliliği artıran yeni bir yöntem geliştirilmesi

Abstract

Fiber lazer teknolojisi yüksek ortalama güçleri, eşsiz ışın kalitesi ve yüksek verimlilikleri sebebiyle endüstriyel uygulama pazarlarındaki paylarını hızla artırmanın yanı sıra literatürde de ilgi odağı olmuş durumdadır. Özellikle malzeme işleme sırasında meydana gelen etkileşimlerin matematiksel olarak modellenmesi zor olduğu için yeni simülasyon ve izleme yöntemleri üzerine yapılan çalışmalara doğan ihtiyaç artmıştır. Tez çalışmasında literatürdeki bu açığı kapatmak ve sürece müdahale edebilen bir yapıyla gerçek zamanlı izlemenin potansiyelini ortaya koymak için gelişmiş bir çözüm sunulmuştur. Kesim kafasında yer alan fotodiyot tabanlı sensörlerle, malzeme işleme sırasında anlık olarak elde edilen sinyallerin algoritmalarda kullanılmasıyla delme prosesinin son aşaması ve kesim sırasında oluşabilen problemler algılanarak sürece müdahale eden yazılım geliştirilmiştir. Önerilen yöntem sırasıyla 4,6,8 ve 10 kW lazer güçlerinde yumuşak çelik, paslanmaz çelik, alüminyum gibi endüstride en çok kullanılan malzemeler üzerinde test edilmiştir. Sürece etki eden parametreler arasındaki ilişki, ölçümlerle ortaya konmuş ve literatürdeki diğer bağımsız çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Metodun kattığı yenilikler arasında süreç iyileştirme, malzeme analizi yapabilme, kesim ve delme parametrelerini iyileştirme olanakları bulunmaktadır. Tez çalışmasında ayrıca yüksek güçlü iterbiyum katkılı fiber lazerlerin temel özelliklerinden bahsedilmiş, prosese etki eden parametreler özetlenmiş ve günümüze dair en son gelişmeler gözden geçirilmiştir.

Fiber laser technology has become the focus of attention in the literature, as well as rapidly increasing its shares in the industrial application markets due to its high average powers, unique beam quality and high efficiencies. Especially since the interactions that occur during material processing are difficult to model mathematically, the need for studies on new simulation and monitoring methods has increased. In the thesis study, an advanced solution is presented to close this gap in the literature and to reveal the potential of real-time monitoring with a structure that can interfere with the process. With the photodiode-based sensors located in the cutting head, the signals that are obtained instantly during material processing are processed in algorithms, last stage of the piercing and the problems that may occur during the cutting are detected and software that intervenes in the process has been developed. The proposed method has been tested on the most commonly used materials in the industry such as mild steel, stainless steel, aluminum at laser powers of 4, 6, 8 and 10 kW, respectively. The relationship between the parameters affecting the process was demonstrated by measurements and compared with other independent studies in the literature. Among the innovations of the proposed method are process improvement, material analysis, cutting and piercing parameters improvement. In the thesis study, the basic properties of high-power ytterbium-doped fiber lasers are also mentioned, the parameters affecting the process are summarized and the latest developments are reviewed.