Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
![](/pic/nikiforov.jpg)
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-5-859-870
УДК 681.5.073
Разработка адаптивной лазерной головки для компенсации погрешности положения перетяжки пучка во время лазерной обработки с использованием метода обнаружения пятна лазерного излучения
Читать статью полностью
![](/images/pdf.png)
Язык статьи - английский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Ризки М.А., Федосов Ю.В. Разработка адаптивной лазерной головки для компенсации погрешности положения перетяжки пучка во время лазерной обработки с использованием метода обнаружения пятна лазерного излучения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 5. С. 859–870 (на англ. яз.). doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-5-859-870
Аннотация
Введение. Представлены результаты разработки устройства, предназначенного для компенсации погрешности положения лазерного пучка при обработке заготовок. Погрешности, которые возникают при обработке заготовок лазерным пучком, приводят к снижению уровня точности. Погрешности вызваны двумя факторами: наличием вибраций и нестабильным положением перетяжки лазерного пучка. Одной из основных причин нестабильного положения точки фокусировки лазерного пучка является неровная поверхность заготовки, которая приводит к изменению положения перетяжки пучка относительно плоскости обработки. Погрешность положения перетяжки пучка по углу относительно плоскости обработки влияет на точность обработки заготовки. Для уменьшения погрешности в позиционировании перетяжки пучка относительно плоскости обработки, необходимо устройство (система или механизм), способное ее скомпенсировать. Устройство должно обладать способностью адаптироваться к поверхности заготовки. Метод. Таким образом, разработка устройства служит решением проблемы, возникающей при лазерной обработке. Разработанное устройство адаптивной головки лазерного пучка адаптируется к поверхности заготовки для компенсации погрешности положения, стабилизирует положение перетяжки пучка относительно плоскости обработки и уменьшает внутренние вибрации во время обработки заготовки. Головка с фокусирующей оптической системой может перемещаться в трех степенях свободы. Благодаря этому головка может отслеживать форму поверхности и корректировать положение точки фокусировки в соответствии с формой заготовок. Во время работы, чтобы иметь возможность отслеживать положение лазерного пучка на заготовке, устройство оснащено камерой. Выполнен эксперимент с макетом полученного устройства для определения уровня его возможностей. Основные результаты. В результате эксперимента определено, что устройство успешно выполняет свои задачи. Оно обеспечивает удержание лазерного пятна в требуемой точке и постоянное положение лазерного пятна на заготовке так, чтобы искажения его формы были минимальны. Обсуждение. Представленное устройство может быть использовано и применено в качестве системы компенсации погрешности позиционирования лазерного луча при обработке заготовки, а также для совершенствования технологии обработки заготовок с высоким уровнем точности.
Ключевые слова: модифицированная платформа Стюарта, лазерная обработка, адаптивная головка лазерного пучка, система обнаружения лазерного пятна
Список литературы
Список литературы
- Happonen A., Stepanov A., Piili H. Feasible application area study for linear laser cutting in paper making processes // Physics Procedia. 2015. V. 78. P. 174–181. https://doi.org/10.1016/J.PHPRO.2015.11.030
- Naresh, Khatak P. Laser cutting technique: A literature review // Materials Today: Proceedings. 2022. V. 56. P. 2484–2489. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2021.08.250
- Sobih M. Laser-based machining - An advanced manufacturing technique for precision cutting // Advanced Machining and Finishing. 2021. P. 417–450. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817452-4.00012-9
- Metelkova J., Kinds Y., Kempen K., de Formanoir C., Witvrouw A., van Hooreweder B. On the influence of laser defocusing in Selective Laser Melting of 316L // Additive Manufacturing. 2018. V. 23. P. 161–169. https://doi.org/10.1016/J.ADDMA.2018.08.006
- Rodrigues G.C., Vorkov V., Duflou J.R. Optimal laser beam configurations for laser cutting of metal sheets // Procedia CIRP. 2018. V. 74. P. 714–718. https://doi.org/10.1016/J.PROCIR.2018.08.026
- Cao B.X., Hoang P.L., Ahn S., Kim J., Noh J. High-precision detection of focal position on a curved surface for laser processing // Precision Engineering. 2017. V. 50. P. 204–210. https://doi.org/10.1016/J.PRECISIONENG.2017.05.008
- Rana R.S., Chouksey R., Dhakad K.K., Paliwal D. Optimization of process parameter of Laser beam machining of high strength steels: a review // Materials Today: Proceedings. 2018. V. 5. N 9. P. 19191–19199. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.06.274
- Düsing J.F., Eichele T., Koch J., Suttmann O., Overmeyer L. Laser surface processing of integrated thin film systems on arbitrarily shaped components // Procedia Technology. 2014. V. 15. P. 122–128. https://doi.org/10.1016/J.PROTCY.2014.09.063
- Ding C., Zhu D., Wei Z., Tang M., Kuang C., Liu X. A compact and high-precision method for active beam stabilization system // Optics Communications. 2021. V. 500. P. 127328. https://doi.org/10.1016/J.OPTCOM.2021.127328
- Chang Y.H., Hao G., Liu C.S. Design and characterisation of a compact 4-degree-of-freedom fast steering mirror system based on double Porro prisms for laser beam stabilization // Sensors and Actuators A: Physical. 2021. V. 322. P. 112639. https://doi.org/10.1016/J.SNA.2021.112639
- Wang X., Liu B., Mei X., Wang W., Duan W., Wang X. An adaptive laser focus auto-positioning method for non-datum complex components based on 3D vision // Optics and Lasers in Engineering. 2022. V. 149. P. 106834. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2021.106834
- Karkantonis T., Penchev P., Nasrollahi V., Le H., See T.L., Bruneel D., Ramos-de-Campos J.A., Dimov S. Laser micro-machining of freeform surfaces: Accuracy, repeatability and reproducibility achievable with multi-axis processing strategies // Precision Engineering. 2022. V. 78. P. 233–247. https://doi.org/10.1016/J.PRECISIONENG.2022.08.009
- Duan Y., Vo Q., Zhang X., Wang Y., Huang S., Fang F. Novel method of measuring optical freeform surface based on laser focusing probe without calibrating focus error signal // Measurement. 2019. V. 148. P. 106961. https://doi.org/10.1016/J.MEASUREMENT.2019.106961
- Rizki M.A., Fedosov Yu.V. Evaluation and development of a method for compensating the positioning error of computer numeric control equipment // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 6. С. 1063–1071. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1063-1071
- Russo M., Dong X. A calibration procedure for reconfigurable Gough-Stewart manipulators // Mechanism and Machine Theory. 2020. V. 152. P. 103920. https://doi.org/10.1016/J.MECHMACHTHEORY.2020.103920
- Song Y., Tian W., Tian Y., Liu X. Calibration of a Stewart platform by designing a robust joint compensator with artificial neural networks // Precision Engineering. 2022. V. 77. P. 375–384. https://doi.org/10.1016/J.PRECISIONENG.2022.07.001
- Yang X.L., Wu H.T., Chen B., Kang S.Z., Cheng S.L. Dynamic modeling and decoupled control of a flexible Stewart platform for vibration isolation // Journal of Sound and Vibration. 2019. V. 439. P. 398–412. https://doi.org/10.1016/J.JSV.2018.10.007
- Navvabi H., Markazi A.H.D. Hybrid position/force control of Stewart Manipulator using Extended Adaptive Fuzzy Sliding Mode Controller (E-AFSMC) // ISA Transactions. 2019. V. 88. P. 280–295. https://doi.org/10.1016/J.ISATRA.2018.11.037
- Cao B.X., Hoang P., Ahn S., Kim J.O., Sohn H., Noh J. Real-time detection of focal position of workpiece surface during laser processing using diffractive beam samplers // Optics and Lasers in Engineering. 2016. V. 86. P. 92–97. https://doi.org/10.1016/J.OPTLASENG.2016.05.008
- Zhang Y., Li Y., Gu X., Liu H., Zhang Y., Hu W. Laser spot image acquisition and processing based on LabVIEW // Optik. 2019. V. 185. P. 505–509. https://doi.org/10.1016/J.IJLEO.2018.12.051
- Alexeev I., Wu J., Karg M., Zalevsky Z., Schmidt M. Determination of laser beam focus position based on secondary speckles pattern analysis // Applied Optics. 2017. V. 56. N 26. P. 7413. https://doi.org/10.1364/AO.56.007413
- Voisey K.T. Laser drilling of metallic and nonmetallic materials and quality assessment // Comprehensive Materials Processing. 2014. V. 9. P. 177–194. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-096532-1.00919-5