Современные информационные технологии/ 1. Компьютерная инженерия

Лукашенко А.Г., Лукашенко В.М., Вербицький О.С., Міценко С.А., Талімончук О.Ю.

Черкаський державний технологічний університет, Україна

Основні характерні особливості сучасних лазерів

Одним з найважливіших напрямків є застосування лазерного технологічного комплексу (ЛТК) для зварювання елементів деталей. До якості зварених з'єднань пред'являються високі вимоги по забезпеченню заданої міцності, відсутності несплавок, підрізів, пор, прожигів і ін. Дослідження, проведені по лазерному зварюванню, показують, що даний вид обробки є перспективним напрямком підвищення якісних показників технологічного процесу та значно залежить від сукупності взаємодіючих між собою ланок складної системи ЛТК, в тому числі від виду лазеру [1-3].

Оптимальним шляхом побудови системи автоматичного керування лазерним технологічним комплексом, що приводить до стабілізації показників якості технологічного процесу, є стабілізація потужності і точності позиціювання фокуса лазерного випромінювання.

Побудові систем керування потужністю випромінювання лазеру присвячено ряд робіт В.В .Долгова, С.А Жукова, Г.І. Колеснікова, В.Ф. Лазукіна, В.Ф.Майбороди, С.Л. Погорєльского, А.Г. Шипунова, Г.П. Піхновського, М.А.Абрамова та ін.

Проте при проектуванні в умовах обмеженого часу недостатньо висвітлено в стиснутій формі питання про рекомендації для конкретної області застосування сучасних видів лазерів та характерні їх особливості, які сприяли б швидко вибрати вид лазеру та відповідний напрямок удосконалення підсистем керування ЛТК. Тому, на підставі системного аналізу згаданої вище тематики результати зведені в таблицю 1, в якій показані широко розповсюджені види лазерів, область їх застосування з відповідними недоліками й перемогами.

Таблиця 1 – Основні характерні особливості сучасних лазерів

Вид лазера	Потужність вихідна	Область застосування	Недоліки	Переваги
Твердо тільні	1…5, кВт	Обробка матеріалів, датчики, спектроскопія, наукові дослідження.	Необхідність постійного юстування. Наявність витратних матеріалів. Наявність теплової лінзи. Невисока когерентність. Велика розбіжність випромінювання. Значні габарити.	Велика потужність споживання. Високий ККД (з діодом) > 20%. Велика енергія (до кДж / імпульс). Широкий діапазон довжин хвиль та тривалостей імпульсу (від 10^-2 до 10^-15 с). Висока надійність.
	КПД,%
	2….6
Напівпровідникові	1… 4, кВт	Оптичний зв'язок, зберігання інформації, друк, сканери, юстування, датчики, наукові дослідження, медицина.	Погана якість випромінювання – висока асиметрична розбіжність. Невисока монохроматичність та когерентність. Невисока температурна стабільність.	Високий ККД (≈50%) Малі габарити Велика потужність споживання. Можливість: - суміщення довжини хвилі з оптичним волокном; - регулювання довжини хвилі. Малий час вмикання-вимикання. Зручність управління.
	КПД,%
	20…30

Таблиця 1 Основні характерні особливості сучасних лазерів (продовження)

Вид лазера	Вихідна потужність	Область застосування	Недоліки	Переваги
Волоконні	1….30, кВт	Оптичний зв'язок, промисловість, медицина.	Висока деградація випромінюючого торця, висока вартість систем накачування	Високий ККД. Висока якість випромінювання. Можливість генерації як неперервного, так і коротких імпульсів випромінювання. Рекордно великі потужності випромінювання. Ефективність генерації на багатьох довжинах хвиль. Зручність електричного управління часовими характеристиками. Висока надійність та великий ресурс роботи. Висока стабільність параметрів ±2%, стійкість до механічних, теплових та інших впливів. Малі масогабаритні розміри.
	КПД,%
	20…25
Газові СО2	1….30, кВт	Обробка матеріалів, медицина, наукові дослідження.	Значні габарити. Складна система охолодження. Висока напруга живлення.	Висока кутова розбіжність та монохроматичність. Неперервний та імпульсний режими. Високий ККД. Висока щільність потужності.
	КПД,%
	8..10

Крім того, акцентовано увагу на діапазон вихідної потужності та пропонується метод керування потужністю лазерного випромінювання (рис.1).

Рисунок 1– Образно-знакова модель керування потужністю лазерного випромінювання

Суть якого полягає в тому, що задають опорний сигнал, виділяють сигнал, пропорційний величині вихідного параметра, і управляють потужністю накачування відповідно до величини різниці між опорним сигналом і виділеним сигналом, при цьому потужність накачування збільшують пропорційно цієї різниці, якщо опорний сигнал більше виділеного сигналу, або зменшують, якщо опорний сигнал менше виділеного сигналу [2]. Отже, запропонований матеріал дозволить скоротити час при проектуванні і як наслідок зменшити вартість системи ЛТК.

Литература:

1. Лазерная сварка сильфонов с арматурой / С.Л. Федоров, Л.С. Хромов, А.М. Звездочкин, А.А. Хромов. // Сварочное производство. №6. 1990. c. 30-31.

2. Патент США № 4581515 В23К 9/00. – 06.005.86.

3. В.Н. Бернадский, В.Д. Шелягин, О.К. Маковецкая. Современный рынок лазерной техники для сварки и обработки материалов, Журнал «Автоматечиская сварка» №10, 2007.