Por qué es importante la entrega de haz

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megacam
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Por qué es importante la entrega de haz

Mensaje sin leer por megacam » Enero 11th, 2012, 10:11 pm

Herramientas avanzadas de entrega, la forma y el enfoque del rayo láser para el trabajo a mano

El láser más poderoso del mundo no puede funcionar sin un sistema eficaz, bien afinado entrega de la viga. Su diseño depende de la aplicación, pero algunos elementos básicos de sentar las bases. Juntos, proporcionan una miríada de opciones para encontrar la manera más eficaz de transportar y dar forma al rayo en su camino desde la fuente de láser sobre la pieza.
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Láser en estos días han impregnado un amplio espectro de aplicaciones de fabricación de metal: corte, soldadura, revestimiento, tratamiento térmico, la perforación, y mucho más. Tipos de láser varía. Los que realizan plana convencional hoja de corte que tienen más opciones hoy en día, ya sea una fibra de estado sólido o disco láser o la variedad de gases CO2. Aplicaciones de soldadura, y la superficie puede llamar por diferentes tipos de láser, incluyendo directa del diodo, bombeado por diodos, lámpara de flash de bombeo y otras iteraciones de láser YAG. Sin embargo, eso es sólo la mitad de la imagen. El láser más poderoso del mundo no puede funcionar sin un sistema eficaz, bien afinado entrega de la viga.

Su diseño depende de la aplicación, pero algunos elementos básicos de sentar las bases. Juntos, proporcionan una miríada de opciones para encontrar la manera más eficaz de transportar y dar forma al rayo en su camino desde la fuente de láser sobre la pieza.

Tipos de Óptica

Las vigas pueden ser entregados y enfocado con una combinación de transmisivo (cristalino) o la óptica reflectante (espejo). transmisivo dispositivos ópticos, los más comunes, son enfriados indirectamente, con el agua de refrigeración cerca de donde las ópticas están montadas. reflexiva óptica puede manejar más calor los niveles, por lo que muchos los utilizan para aplicaciones de alta potencia. Pueden tener sustratos de cobre con canales mecanizados sólo unos pocos milímetros por debajo de la superficie, lo que permite enfriar el agua directa .
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Óptica transmisiva mejor trabajo para los láseres de 4 a 6 kW. Más allá de esto, la óptica de reflexión con los sustratos de cobre son mucho más capaces, ya que resultará en el cambio de enfoque mucho menos térmica. Estos cambios se producen por la acumulación de calor. Imaginar un simple lente convexa, gruesa en el centro que en los bordes. Cuando un rayo láser pasa a través de, el centro de la lente será más cálido que los bordes, porque el centro es donde la mayoría de la energía del láser se concentra, en los sistemas de refrigeración indirecta, sino que también pasa a ser más alejado de la zona de enfriamiento. Este calentamiento se amplía un poco la óptica y lo que en realidad puede mover el punto de enfoque una cantidad apreciable. Este cambio térmico se produce en unos pocos minutos.

Directa enfriado por la óptica, por el contrario, sólo una décima parte de el cambio térmico, y se produce en el molino iseconds en lugar de minutos. El enfriamiento directo, lo que minimiza el cambio de temperatura en la óptica, lo hace posible.

Fundamentos del haz de entrega

Entre la fuente láser y centrado la cabeza, haces láser industrial pueden ser entregados a través de la óptica reflectante o una fibra óptica. El método de entrega depende del tipo de láser y de poder que existe. Láser de CO2 por lo general requieren una serie de óptica reflectante, mientras que muchos láseres de estado sólido, incluyendo el disco, la fibra, así como bombeado por diodos y lámpara de flash-YAG bombeado variedades, pueden viajar a través de una fibra óptica de la entrega a la cabeza centrada.

El hecho de que un láser es de estado sólido no significa automáticamente que se entrega a través de una fibra para todas las aplicaciones. Por ejemplo, ciertos grupos de alto pico de potencia láser YAG para aplicaciones de perforación en el mercado aeroespacial emplean espejos estándar para entregar la viga, como láseres de gas. La energía del haz y el pico de potencia son demasiado altos para los convencionales de fibra óptica de la entrega.
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Para los láseres utilizando la óptica de reflexión, varios elementos de ayudar a que el rayo en la cabeza de enfoque (o cabezas). Un doblador haz uso de espejos refrigerados para dirigir el rayo láser de 90 grados de su trayectoria original. También se ajusta un poco para alinear el rayo justo para la siguiente etapa del viaje.

Un servicio de transporte del haz en esencia es un espejo en movimiento. Cuando se introdujo en el haz, que envía el rayo láser a uno de varios caminos. En un sistema de dos vías y de un servicio de transporte del haz se coloca por encima de la trayectoria del haz. Para cambiar la ruta, el servicio de transporte del haz se mueve para interceptar el rayo, el envío por un camino alternativo. Cuando el traslado se retrae de nuevo, el rayo vuelve a su trayectoria anterior. Un sistema podría tener muchas naves de haz, aunque sólo hasta tres es típico. Las vigas pueden ser enviados a áreas de trabajo diferentes, o en algunos casos, un dispositivo de diagnóstico.

Lanzaderas y los dobladores no se puede enviar un haz de varios lugares al mismo tiempo. En otras palabras, no se dividió el rayo, sólo cambiar su dirección. Para enviar un rayo láser de gas a varias áreas a la vez, divisores de haz desempeñar un papel. Estas implican una óptica que sólo el 50 por ciento de reflexión, más o menos similar a un espejo de dos vías o gafas de espejo. Este tipo de óptica tiene revestimientos especiales que permiten que la mitad de la energía láser para pasar a través, si bien refleja la energía de la viga que queda en una nueva dirección. Esto significa un 50 por ciento de la energía del haz se refleja por un camino del haz, y un 50 por ciento se refleja por otro.

Muchos usan divisores de haz para procesar los componentes generalmente de medio metro de distancia o menos. El divisor permite una fuente de energía láser para enviar energía a dos cabezas de enfoque, que a menudo proceso de piezas idénticas. La configuración es rentable debido a un rayo láser con el doble de potencia no es el doble de caro. En otras palabras, la división de una fuente de energía láser puede ser menos costosa que la compra de dos láseres completa. Tales configuraciones de doble esencia puede compartir los elementos del sistema mismo movimiento, que también es menos costoso que dos sistemas separados.

En fibra óptica entregado el láser, la mayoría de la división del haz se produce en la fuente de alimentación, cuando la energía del haz entra en las fibras de la entrega. Esto simplifica enormemente el envío de energía del haz de múltiples áreas de trabajo.

Haz de colimación

Fibra de láser requieren entrega de colimación . Esto toma la energía del haz de la fibra de la entrega y la convierte en un haz de tamaño entre 5 y 45 mm de diámetro, que puede ser dirigida y enfocada con lentes y espejos .
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Un haz de luz de una fibra de la entrega surge como un cono de luz que seguirá creciendo hasta que llega a algo que va a colimar un haz paralelo. La óptica más el colimador es de la fibra de entrega, mayor será el haz paralelo resultante. La óptica de colimación se encuentra en su punto focal. Si la óptica tiene una distancia focal de 100 mm, se debe colocar 100 mm de distancia de donde el rayo sale de la fibra de la entrega.

Haz típico colimador longitudes focales de 25 a 200 mm. Láseres de alta potencia por lo general se benefician de colimadores con distancias focales largas, ya que esto permite a la densidad de potencia de difusión, la combinación de calor menos concentrada a través de la óptica y la ampliación de su vida.

En los sistemas de fibra entregada, una simple fórmula da una idea de el tamaño del punto final que termina en la pieza de trabajo: Diámetro del spot = Entrega de fibra de diámetro x (óptica de enfoque de distancia focal / Colimador longitud óptica de focal) . Por eso, un colimador ya distancia focal no sólo significa que el diámetro del haz colimado será mayor, pero también que el tamaño de enfoque puntual final sobre la pieza de trabajo será menor .
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Los láseres de alta calidad del haz y de pequeño diámetro de fibra requieren colimadores con longitudes focales cortas. Esto se debe a que estos rayos tienen divergencias muy bajas, se extienden ligeramente cuando se desprenden de la fibra de la entrega. No se necesita una distancia focal larga para colimar al paralelo, para luego enfocarse hacia abajo, hasta el punto de enfoque deseado. En un láser de fibra multimodo típicos, como se usa ahora en varias máquinas que cortan las hojas planas, la viga que se desprende de la fibra de entrega puede tener un diámetro entre 20 mm y 45. De un solo modo de rayos láser utilizados con más frecuencia para aplicaciones de baja potencia como microsoldadura-podría tener un diámetro del haz de sólo 5 o 10 mm. (Tenga en cuenta algunos conceptos básicos de láser: A "de 10 micras" haz producido por un láser de CO2 y un "de 1 micra" haz de luz de una fibra de láser o de disco se refiere a la longitud de onda de la luz del láser, no su diámetro del haz).

Centrándose órganos de la cabeza


Encontrar y mantener el tamaño óptimo de enfoque puntual y forma dependen de la aplicación, pero todos los láseres utilizar algunas herramientas comunes para alcanzar el lugar y mantener la atención lo más constante posible durante todo el ciclo de procesamiento.

Jefe de enfoque automático. En esta configuración, la cabeza centrada ajusta sobre la base de información procedente de un sensor de contacto o sin contacto de la pieza. En el acuerdo de no contacto, la boquilla de gas actúa como un sensor capacitivo para medir la brecha entre él y el conductor de la pieza de abajo. Esta señal dirige un sistema de servo que ajusta la altura de la cabeza para mantener la concentración óptima, incluso si la altura de la superficie de la pieza varía de forma inesperada. De material no conductor, un sistema de contacto tradicionales de detección, incluyendo un brazo con una bola rodante en el extremo, se puede utilizar.

Para realizar estos ajustes, una máquina de corte por láser se puede mover la cabeza en la Z. O una cabeza centrada puede tener un sistema autónomo de ajuste del eje Z, que funciona bien con ciertas aplicaciones, tales como cabezas montadas sobre robots, que pueden no ser capaces para reaccionar con suficiente rapidez para ofrecer durante el proceso de ajuste de altura.

Trepanners. Estas ópticas enviar el rayo en un círculo para cortar los agujeros precisos con gran rapidez. Un trepanner óptico tiene un par de ópticas en forma de cuña separados por una distancia pequeña. Rotación de una de esas cuñas crea un desplazamiento fuera de la central de la viga, mover el enfoque puntual rápidamente. Mediante el ajuste de las posiciones de cuña y girando juntos, el sistema crea un movimiento circular de radio de trepanar variable y velocidad .
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Otra estrategia trepanar utiliza servomotor impulsada por los espejos para cambiar la longitud de la trayectoria del haz de modo que su punto central se mueve en un círculo. Piense en la sección transversal del haz en la rueda de una máquina de vapor antiguo, y el punto focal como el punto de sistema de barras en el diámetro exterior de la rueda. La posición del haz en sí no se mueve de izquierda a derecha o de arriba abajo. En su lugar, cambiando la longitud de la viga de la ruta hace que un eje de la viga a cambiar rápidamente, permitiendo que el punto focal para viajar rápidamente en un círculo.

Espejos escáneres y Galvo. Situada justo antes o después de una lente de enfoque, estos espejos servoasistido dirigir el rayo láser rápidamente de un punto a otro. Se utilizan especialmente en aplicaciones de soldadura a distancia, en la que la lente de enfoque puede ser un metro o más lejos de la superficie de la pieza.

Boquillas. Literalmente, cientos de diferentes tipos de boquillas disponibles (ver Figura 6 ). Para seleccionar la más adecuada requiere un peso de muchas variables, incluyendo características de la pieza, la operación en la mano (corte, soldadura, revestimientos, tratamiento de calor, y así sucesivamente), que forma parte y las características esenciales, así como la longitud de onda del láser. Selección de la boquilla en realidad es una ciencia en sí misma.
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Para el procesamiento de un objeto con obstrucciones mecánicas y otras restricciones al acceso a la zona de trabajo, una boquilla larga y delgada podría satisfacer. Plana de la hoja de corte con sensor capacitivo de la altura puede requerir una boquilla cortas y rechonchas. Sin embargo, el más largo y delgado, las boquillas más frágil que puede ser mecánica. Diámetro del orificio también cambia con los parámetros. Para muchas aplicaciones, máquina boquillas suficiente, pero el procesamiento láser críticos se pueden beneficiar de las boquillas en frío, que ofrecen un acabado liso y un espejo.

Tipo de material y el espesor también juegan un papel. Por ejemplo, en una aplicación que requiera el papel de aluminio, un sistema de láser se pueden beneficiar de una boquilla de la ducha, en la cual los pequeños orificios de chorro de gas rodean un orificio central. Esta distribución de la asistencia de gas alrededor de la circunferencia de la boquilla y evita que la hoja fina de aluminio del aleteo durante la operación con láser.

A través de la lente de visión. Durante años, los sistemas de alta potencia láser que utiliza un láser infrarrojo visible para ayudar al operador enfocar el haz. Desafortunadamente, estos láseres visibles se centran en un plano diferente que con el láser de procesamiento real. Por lo tanto para trabajos de precisión, que puede requerir un enfoque preciso, así como monitoreo de procesos en general, muchos han utilizado a través de la lente de visión. Cámaras montadas sobre la trayectoria del haz se puede configurar para que su punto focal es la misma que la del rayo láser. Con estos sistemas, lo que ves es realmente lo que hay.

Los cajones de la lente. A la cabeza de enfoque puede tener cartuchos o cajones, que acepta lentes lentes de diferentes longitudes focales. Un sistema típico de corte por láser podría tener un cartucho con una lente de 5 pulgadas de distancia focal y, justo por encima, otro cartucho con una lente de 7,5 pulgadas de distancia focal. Como dos lentes sistemas permiten cambiar de lente rápido. La boquilla tendrá la disputa misma de la pieza de trabajo, incluso después de un cambio de lentes. Debido a las posiciones de cajón, sin que se centren los ajustes cabeza debe ser necesario.
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Protección de accidente y prevención. Crash sistemas de protección, básicamente, actúan como un dispositivo de seguridad. Al romperse, el sistema se apaga, el ahorro de la máquina de daños más graves. Estos pueden conllevar interruptores mecánicos, sensores de proximidad, sistemas neumáticos, y otras herramientas. Protección contra choques simplemente impide la destrucción de la cabeza centrada.

También puede guardar una pieza grande, caro. Digamos que un láser corta un pedazo grande de la hoja y se bloquea la mitad de la operación. Algunos dispositivos de protección contra choques permiten al operador para restablecer la cabeza y empezar de nuevo en un momento determinado, de modo que toda la pieza no se pierde en el montón de chatarra.

Algunos sistemas también ofrecen prevención de accidentes. Utilizando las mismas herramientas de detección como la función de enfoque automático, la tecnología de prevención de accidentes constantemente envía señales de vuelta al controlador. Si una superficie de la pieza no está donde debe estar, envía una alerta, tratando de detener a un accidente antes de que suceda.


Teniendo en cuenta todas las variables

Hay más que el láser de su tipo. Si usted está utilizando una fibra de CO2,, disco, lámpara de flash, o bombeado por diodos YAG, o cualquier otra cosa, la elección de la trayectoria del rayo adecuada y sistema de enfoque puede ser vital. Si no se entrega y se centró adecuadamente para la aplicación, no el rayo láser, sin importar su calidad, pueden ser realmente eficaces.

Jepeto
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Re: Por qué es importante la entrega de haz

Mensaje sin leer por Jepeto » Julio 8th, 2014, 12:53 pm

Muy buenas, gran explicación,

Dejo a continuación un par de referencias que también he encontrado y me han sido de mucha ayuda.

Ahora se ve que el láser de fibra está de moda, debido a que es mucho más económico de mantener y ahorra muchos costes operativos y de mantenimiento de la máquina. Parece que tendra salida.

Definición del corte por láser de fibra

http://www.microstep.es/index.php/es/ac ... fibra.html

Definición del corte por láser convencional

http://www.microstep.es/index.php/es/ac ... laser.html

Interesante artículo dónde explica las ventajas de la nueva tecnología del láser de fibra

http://www.microstep.es/index.php/es/no ... diato.html


Saludos!

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