Los láseres de alta potencia ahora se utilizan ampliamente en la fabricación aditiva y los sistemas de soldadura por láser para cortar y soldar metal con precisión, haciendo todo tipo de piezas metálicas para dispositivos médicos, aplicaciones aeroespaciales, industrias automotrices y más. Con el aumento del uso industrial deprocesamiento láser de alta potencia, los fabricantes buscan cada vez más medidores de potencia láser de alta precisión en el punto de uso que puedan informar rápidamente las potencias del láser en cualquier momento del proceso de fabricación, un aspecto vital para controlar la calidad del producto., son a menudo voluminosos en tamaño y lentos en el tiempo de respuesta.Las mediciones de potencia también se pueden tomar por separado, interrumpiendo el proceso de fabricación.
Ahora, un grupo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST en Boulder, Colorado, ha desarrollado un medidor de potencia láser más pequeño, más rápido y más sensible en forma de espejo plegable al que llaman "espejo inteligente".El novedoso diseño utiliza un transductor de fuerza basado en condensadores y fusiona elementos ópticos, a saber, un espejo de alta reflectividad, y elementos de detección en un paquete de cubo compacto. Los cubos de cuatro centímetros de lado se pueden incrustar convenientemente en sistemas ópticos láser osistemas de soldadura láser para medición y calibración de potencia láser en tiempo real y en el punto de uso. Los investigadores presentarán su innovación en el Congreso OSA Imaging and Applied Optics Congress, que se celebrará del 25 al 28 de junio en Orlando, Florida, Estados Unidos.
"Medir la potencia del láser midiendo la presión de un rayo láser que golpea un espejo es una técnica única, [y] hasta ahora es la única técnica de medición de potencia láser que es verdaderamente un proceso in situ", dijo Alexandera B.Artusio-Glimpse, científico de NIST en Boulder, Colorado, y autor principal. "A diferencia de cualquier otra técnica de medición de potencia óptica, nuestro método nos permite continuar usando el láser para trabajar mientras se toma una medición".
Artusio-Glimpse explicó que los medidores tradicionales de alta potencia miden la potencia del láser absorbiendo toda la energía de un rayo láser en forma de calor y midiendo el cambio de temperatura. La medición calorimétrica tiene que detener temporalmente el rayo láser durante unas decenas de minutos.
"Con nuestro medidor de potencia láser 'Smart Mirror', ese proceso de detener-medir-continuar ya no es necesario. Los fabricantes pueden medir la potencia del láser continuamente durante cada soldadura y monitorear la calibración del láser en tiempo real, lo sabrían de inmediato cuandoel láser tiene un problema y no correría el riesgo de desperdiciar piezas metálicas con malas soldaduras ", dijo Artusio-Glimpse.
El medidor de potencia láser Smart Mirror también se conoce como medidor de potencia de presión de radiación RPPM, ya que el principio de funcionamiento de este medidor se basa en medir la presión del láser, la presión de radiación. La luz no tiene masa, perotiene impulso y cuando un rayo láser golpea un objeto como un espejo, ejercerá una pequeña fuerza conocida como presión de radiación en el espejo, que se relaciona directamente con la potencia del láser. 200 vatios de potencia del láser, por ejemplo, ejercen una fuerzaequivalente a 100 microgramos, que es aproximadamente el peso de una sola pestaña humana.
La parte clave del diseño del Smart Mirror es un transductor de fuerza compacto basado en capacitor. Consiste en un resorte de silicio plano en espiral que sostiene una placa circular con un espejo de alta reflectividad en un lado y un electrodo en el otro. Un resorte de silicio idénticocon un electrodo se coloca cerca del primer resorte de modo que los dos electrodos se enfrentan entre sí, formando un condensador variable. Un rayo láser que se refleja en el espejo del primer resorte empujará el primer resorte para moverse hacia el segundo y cambiará la capacitancia entrelos dos electrodos. Al compararlo con un condensador de referencia fijo, los investigadores pueden calcular la presión de radiación y la potencia del láser. Después de reflejarse en el espejo, el rayo láser se puede utilizar directamente para el trabajo, haciendo un seguimiento en tiempo real de la potencia del láser o la calibración del láserposible.
Según Artusio-Glimpse, el equipo ha estado desarrollando el novedoso medidor de potencia de presión de radiación durante años y una versión anterior de RPPM empleaba una escala disponible comercialmente con una superficie reflejada como transductor de fuerza. El sistema final era aproximadamente del tamaño de uncaja de zapatos, con una sensibilidad de medición de 50 microgramos y un tiempo de respuesta de cinco segundos.
En la nueva versión del Smart Mirror, los investigadores mejoraron la sensibilidad de medición en 100 veces y redujeron el tiempo de respuesta en 50 veces. También mitigaron los errores de flacidez estática del dispositivo causados por la gravedad cuando se gira el dispositivo. Esto permite que elsensor que se incrustará en el extremo de un brazo robótico o en sistemas de fabricación aditiva y soldadura por láser donde el cabezal láser se moverá y rotará, una característica clave de la que carece la versión anterior de RPPM a granel. También cumple con los requisitos de medición de muchos comercialmente importantesaplicaciones.
Según las pruebas preliminares, el nuevo medidor es lo suficientemente sensible para medir 100 vatios de potencia láser con no más del uno por ciento de incertidumbre, y con un tiempo de respuesta más rápido que cualquier otro medidor láser de alta potencia absoluta. Los investigadores ahora continúanvalidar estos resultados con más pruebas. Artusio-Glimpse dijo que el equipo del NIST espera establecer una versión estándar primaria del medidor de potencia láser Smart Mirror en un futuro próximo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
cite esta página :