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光束分析在激光工艺验证中的作用

2013-08-27 10:02
PokerJoker
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  ——美国作家、工程师、企业家和性能改进顾问詹姆斯·哈林顿 (H. James Harrington)因一句名言而被人记住,“测量是通向控制并最终提高的第一步。如果你不能测量它,你就无法了解它。如果你不能了解它,你就无法控制它。如果你不能控制它,你就无法改进它。”

  尽管哈林顿的名言说的是提高一个人工作表现的质量,但也同样适用于维持高质量的激光工艺。理解如何控制激光器的最初步骤就是定量和定性测量激光的性能,以多种方式使用得到的测量数据。

  在制造中使用激光工艺的公司需要在工艺的每个步骤中控制激光器。首先,工艺参数的发展是制造工艺的一个重要组成部分,因为它同时需要质量与数量。如果不能理解和控制激光的行为,终端用户最终可能会遭遇工作质量和数量的下降。 其次,一旦开发的参数集从应用实验室转移到工作单元,至关重要的是要了解受影响的激光系统的表现,即使它是工艺参数集完全一样的相同的激光器。第三,该系统交付前的合格检查应该涉及某种形式的工厂验收测试。建立此阶段激光器性能的基线是很重要的,并且在某些情况下是必需的,因此,如果激光器或工艺出现什么问题,比如系统被移动,仍然可以返回到正常状态。最后,一旦采用激光系统,必须经常进行维护。维护活动可以改变系统的性能。只有采用激光测量的工具和技术,你才能充分了解激光在激光系统的生命周期中的每一步行为。

  然而,目前激光测量仍然没有得到普遍应用。在某家工厂(该工厂没有计划去支持其激光器产品)讨论激光测量的话题时,最终会产生这样的问题,“激光功率测量或光束分析能为我做什么呢?”或者“我怎么样使用这些从光束轮廓中获取的数据?”。如果没有一个已经应用这些问题的例子,有时很难获取这些问题的答案。

  激光工艺验证程序的演变

  今年年初,一家面向生物医药行业供应激光焊接零件并提供其他服务的公司的内部激光工艺调整。该公司与其多数医疗设备相关的制造工艺一直不断扩张。作为一家开放式供应商能为全国较大规模医疗设备制造商提供高质量零件, 其成功的关键因素之一是在业界建立良好的声誉。

  初期,该公司决定研发激光焊接工艺中的激光监测,该工艺连接两种不同金属的可植入设备,如图1所示。在该接合工艺中,利用灯泵浦掺钕钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)激光器,同时在重复脉冲模式下进行自由空间光学操作,该操作被集成到一个小的用于手工焊接的手套式操作箱工作站。这一工艺已经有既定的激光参数,他们认为最好从监测每个脉冲读数的功率开始。然而,在当时,并没有真正的激光质量保证程序到位,读数只是让人了解激光器每天都在工作。

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