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观察激光相互作用的新方法可以改善激光加工的准确性

2021-4-1 09:13| 发布者: vantsing| 查看: 132| 评论: 0

摘要: (左下)激光在材料上打孔。(左上)测量激光的通量。(右下)叠加了通量和孔深的测量值。(右上)然后确定这些测量值之间的关系,以便可以仅基于注量来计算孔深度。尽管数十年来对激光及其应用进行了大量研究,但科 ...

(左下)激光在材料上打孔。(左上)测量激光的通量。

(右下)叠加了通量和孔深的测量值。

(右上)然后确定这些测量值之间的关系,以便可以仅基于注量来计算孔深度。


尽管数十年来对激光及其应用进行了大量研究,但科学家们仍难以准确,直接地观察其与材料相互作用的细节。研究人员首次发现了一种使用低成本设备从生产激光器中获取此类数据的方法。该技术可以极大地提高用激光切割或蚀刻的物品的准确性。鉴于激光器的普遍存在,这可能对实验室,商业和工业应用产生一定的影响。


激光在现代世界中的应用非常广泛。尤其重要的一个领域是制造领域,因为激光可以操作的精度水平远高于等效的物理工具。从理论上讲,这种精确度甚至更高,从而导致了新一代尚未想象的技术。可以提高激光精度的一种重要方法是获得有关激光与材料相互作用的方式的反馈的更好方法。这将在激光器的切割和蚀刻动作中赋予更大的控制力和更少的不确定性。事实证明,到目前为止,这个问题难以解决。


“测量激光切割到表面的距离通常需要数十或数百个深度读数。东京大学物理系的Junji Yumoto教授说:“这对于快速、自动化的激光生产系统来说是一个巨大的障碍”。因此,我们设计了一种新的方法来确定和预测激光脉冲产生的孔的深度,该方法基于单个观察结果而不是数十个或数百个观察结果。这一发现是提高激光加工可控性的重要一步。”


Yumoto和他的团队试图使用尽可能少的信息来确定激光孔的深度。这导致他们研究所谓的激光脉冲通量,即脉冲在给定区域内传递的光能。直到最近,仍需要昂贵的成像设备来观察这种能量通量,并且缺乏足够的分辨率。但是由于电子和光学其他领域的发展,事实证明相对简单的Raspberry Pi摄像机2代版本可以胜任这项工作。


当他们的测试激光设备在蓝宝石上打孔时,照相机直接记录了激光脉冲的注量分布。然后,激光显微镜测量孔的形状。通过将这两个结果叠加起来并使用现代数值方法,该团队得出了一个庞大而可靠的数据集,该数据集可以准确地得出通量和孔深之间的关系。


Yumoto说:“这相当于从一次测量中提取了大约250,000个数据点。”“我们的新方法可以有效地为机器学习提供大数据,并提供新的数值模拟方法,以提高用于制造的激光加工的准确性和可控性。”


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