Lazer ışığının teorik ve deneysel olarak karakterizasyonu ile otomatik odak noktası belirleme

Abstract

Son yıllarda ve endüstri 4.0 platformu ile birlikte , yüksek güçlü lazerlerin kaynak, düzeltme, kazıma, kesme gibi malzeme işleme için bir araç olarak kullanımında önemli bir gelişme olmuştur. Gauss ışın yardımıyla malzeme üzeri eritelerek malzeme şekillendirme işlemi gerçekleştirilmektedir. Bir ısı kaynağı olarak kullanılabilen Gauss lazer ışını, içinden lazer ışınının geçtiği ve arkasından lensin odak noktası etrafında minimum bir ışın demetine yakınsadığı bir lens tarafından odaklanır. Merceğin odak noktasındaki bu yoğunlaşmış enerji ile bilinen herhangi bir materyali ısıtmak, eritmek ve buharlaştırmak mümkündür. Lazer malzeme işleme alanındaki araştırmalar, faz değişimi olan ve olmayan durumları ortaya koymuş ve çeşitli ışınlama veya kaynak koşulları hem teorik hem de deneysel olarak incelenmiştir. Bu bağlamda termal kesim yöntemleri iki kategoride incelenebilir: Bunlar (1) ısıl işleme ve (2) frekans değişimiyle malzeme üzerinde buharlaştırma metoduna bağlı olarak incelenebilir. Bu çalışmada endüstriyel bir kesim kafası yardımıyla CW yani sürekli bir lazer kaynağı ile ideal kalitede malzeme kesim yöntemleri üzerine çalışılmaktadır. Lens odak noktasının yüzeyin üstünde veya altında olma durumuna göre , minimum ışın yarıçapı ve ışın sapma oranı gibi odaklanma parametrelerinin etkisi araştırılmaktadır. Bu araştırmalar neticesinde elde edilen karakterize edilmiş ışın filtrelenip otomatik odak bulucu sistemi geliştirilmiştir. Belirlenen odak değerleri otomatik olarak lazer kesim sistemine uygulanabilir özelliktedir.

In recent years and with the industry 4.0 platform, there has been a significant development in the use of high-power lasers as a tool for material processing such as welding, trimming, engraving, cutting. With the help of Gauss beam, the material is formed by melting the material. The Gaussian laser beam, which can be used as a heat source, is focused by a lens through which the laser beam passes and then converges to a minimum beam of light around the focal point of the lens. With this concentrated energy at the focal point of the lens, it is possible to heat, melt and vaporize any known material. Research in laser material processing has revealed states with and without phase change, and various irradiation or welding conditions have been studied both theoretically and experimentally. In this context, thermal cutting methods can be examined in two categories: These can be studied depending on the method of (1) heat treatment and (2) evaporation on the material with frequency variation. In this study, with the help of an industrial cutting head, CW, that is, a continuous laser source, and ideal quality material cutting methods are studied. Depending on whether the lens focal point is above or below the surface, the effect of focusing parameters such as minimum beam radius and beam deflection rate is investigated. The characterized beam obtained as a result of these researches was filtered and an automatic focus finder system was developed. The determined focus values are automatically applicable to the laser cutting system.