INFLPR Sectia Laseri RAPORT DE CERCETARE Nr. 5 / 16.09.2011 Proiect ISOTEST - POSCCE 2.1.2 In cadrul activitatilor de dezvoltare experimentala si cercetare industriala prevazute pentru a cincea perioada de raportare (16.06.2011 – 15.09.2011) au fost obtinute urmatoarele rezultate: Activitatea 1.5. Proiectarea si realizarea sistemului software-hardware de operare automata si de achizitie / procesare semnale (durata: lunile 3 – 13) – Realizat partial. • A fost semnat un contract de servicii dezvoltare software cu S.C. Delisoft SRL, privind dezvoltarea si implementarea unei aplicatii software pentru procedura S-on-1 de masurare a pragului de distrugere a componentelor optice in camp laser. Contractul prevede 3 etape de implementare (durata totala 05.07.2011 – 01.03.2012) si o etapa finala de teste tehnologice (01.03. 2012 – 25.06.2012). In ziua de 29.08.2011 fost receptionata prima etapa de implementare a aplicatiei sofware intitulata “Definirea structurii generale a aplicatiei, stabilirea comunicarii cu perifericile si implementarea protocoalelor de comunicare cu acestea”, pe baza testelor si a demonstratiilor efectuate de furnizor pe instalatia ISOTEST in zilele de 22 august si 29 august a.c. Rezultatele acestor teste sunt sintetizate in continuare: 1. Interfata grafica a fost realizata conform cerintelor din Caietul de Sarcini , impartit in patru sectoare, doua fiind dedicate graficelor evolutiei algoritmului, unul rezervat pentru harta siturilor, si unul pentru comanda si control conform Fig.1 : Fig.1 Interfata grafica a aplicatiei software
Transcript
INFLPR
Sectia Laseri
RAPORT DE CERCETARE Nr. 5 / 16.09.2011
Proiect ISOTEST - POSCCE 2.1.2
In cadrul activitatilor de dezvoltare experimentala si cercetare industriala prevazute pentru a cincea
perioada de raportare (16.06.2011 – 15.09.2011) au fost obtinute urmatoarele rezultate:
Activitatea 1.5. Proiectarea si realizarea sistemului software-hardware de operare automata si de achizitie /
procesare semnale (durata: lunile 3 – 13) – Realizat partial.
• A fost semnat un contract de servicii dezvoltare software cu S.C. Delisoft SRL, privind dezvoltarea si
implementarea unei aplicatii software pentru procedura S-on-1 de masurare a pragului de distrugere a
componentelor optice in camp laser. Contractul prevede 3 etape de implementare (durata totala 05.07.2011 –
01.03.2012) si o etapa finala de teste tehnologice (01.03. 2012 – 25.06.2012).
In ziua de 29.08.2011 fost receptionata prima etapa de implementare a aplicatiei sofware intitulata
“Definirea structurii generale a aplicatiei, stabilirea comunicarii cu perifericile si implementarea protocoalelor de
comunicare cu acestea”, pe baza testelor si a demonstratiilor efectuate de furnizor pe instalatia ISOTEST in
zilele de 22 august si 29 august a.c. Rezultatele acestor teste sunt sintetizate in continuare:
1. Interfata grafica a fost realizata conform cerintelor din Caietul de Sarcini , impartit in patru sectoare, doua
fiind dedicate graficelor evolutiei algoritmului, unul rezervat pentru harta siturilor, si unul pentru comanda si
control conform Fig.1 :
Fig.1 Interfata grafica a aplicatiei software
2
2. Comunicarea cu monitorul de energie
Testarea comunicarii a fost realizata prin urmatoarele secvente :
- Conectarea prin intermediul software-ului la monitorul de energie ;
- Trimiterea de comenzi pentru setarea parametrilor masurarilor si pornirea procesului de achizitie a valorii
energiei ;
- Software-ul scrie la terminarea unui ciclu de N pulsuri (numar setat anterior), intr-o locatie prestabilita un
fisier de tipul “dd.mm.yy_energy.csv” in care scrie data, ora, energia medie a ciclului, si abaterea
standard a energiei in Jouli.
Fig. 2 Conectarea si achizitia de date de la monitorul de energie
3. Comunicarea cu Profilometrul Laser cu camera CCD
Au fost implementati urmatorii pasi :
- Conectarea prin intermediul software-ului la profilometrul laser ;
- Software-ul creeaza la terminarea unui ciclu de N frameuri (numar setat anterior), intr-o locatie
prestabilita un fisier de tipul “dd.mm.yy_spatial.csv” in care scrie : numarul de frame-uri achizitionate pe
ciclu, valoarea medie a Total ISO, T ; valoarea medie a Peak ISO, P ; 2 0
,2 0
2 0
1
2 0
1∑∑== == i
ii
i PP
TT si
valoarea ariei efective, A, 281 0*3 6.1 9* c mPTAe f f
−= .
3
Fig. 2 Conectarea si achizitia de date de la Profilometrul Laser cu camera CCD
4. Comunicarea soft-ului PC cu DSP.
Dezvoltatorul software a participat la dezvoltarea protocolului de comunicare a PC cu DSP, apoi a implementat
acest protocol in softul PC pana la nivelul de formare pachete comunicare, generarea instructiunilor de interogare
si comanda a PC catre DSP si verificarea integritatii pachetului de date la transmisie. Luni 29.08.2011 s-a efectuat
verificarea softului de comunicare si s-a constatat functionarea lui conform protocolului de comunicare elaborat
de echipa ISOTEST. Ramane de dezvoltat (si verificat) interpretarea instructiunilor si datelor din pachetele de
raspuns ale DSP catre PC. Acestea vor fi verificate in cursul etapei urmatoare (atunci cand DSP va fi functional si
din punct de vedere al comunicarii cu PC).
• S-a inceput realizarea a unei platforme hardware (o varianta imbunatatita fata de varianta experimentala)
pentru DSP.
• A fost conceput si s-au elaborat specificatiile protocolului de comunicare dintre DSP si PC.
• Pe platforma hardware experimentala existenta a dispozitivului DSP s-a dezvoltat modulul software de
comunicare a DSP cu calculatorul PC conform cu specificatiile protocolului de comunicare. Pana in prezent
acest modul a fost dezvoltat in proportie de 20%.
• Pe aceeasi platforma a dispozitivului DSP, s-a continuat dezvoltarea modulului de control al motoarelor pas
cu pas, motoare ce regleaza pozitia fasciculului pe tinta si puterea laserului. Aceasta activitate este in curs de
desfasurare si realizata in proportie de 70%.
4
• A fost proiectat si realizat partial circuitul de detectie a siturilor distruse, varianta revizuita, in urma testelor si
verificare si optimizare realizate cu varianta experimentala.
• A fost realizat circuitul alimentare si comanda de la distanta a sursei de 24 V, ce alimenteaza motoarele pas cu
pas ale instalatiei.
• Au fost achizitionate o serie de materiale pentru sistemul software-hardware: cabluri, conectori, cartele,
carcase metalice, ciocan de lipit.
Activitaea 2.1. Montajul si testarea sub-sistemelor instalatiei automate. Punere in functiune sursa laser de mare
stabilitate in pulsuri de nanosecunde si optimizarea parametrilor de fascicul (energie per puls, structura modala,
distributie spatiala de putere, profil temporal) in UV (355 nm), vizibil (532 nm) si infrarosu apropiat (1064 nm).
(durata: lunile 14 – 19) – Realizat partial.
• Montajul si testarea sub-sistemelor instalatiei automate
Sub-sistemele instalatiei automate pentru procedura S-on-1 de masurare a pragului de distrugere in camp
laser a componentelor optice, care in prezent sunt montate pe masa optica a setup-ului experimental, au fost
utilizate in teste preliminare de masurare a pragului de distrugere si de fiabilitate in camp laser a componentelor
optice. In aceste experimente au fost utilizate urmatoarele sub-sisteme ale instalatiei S-on-1:
- Sursa laser Brilliant B SLM;
- Obturator de fascicul LSTXYW8-123 cu controler CX2450B;
- Atenuator variabil de fascicul realizat cu doi polarizori lama si o lama semiunda montata in montura de
rotatie;
- Sistem de deflexie si pozitionare a fasciculului laser cu oglinzi total reflectante la lungimea de unda laser;
- Sistem optic cu zoom pentru focalizarea si reglarea marimii spotului laser pe proba de test [1];
- Sistem de translatie xyz pentru pozitionarea probei in fascicul;
- Modul de detectie on-line a distrugerii sitului iradiat cuplat la osciloscop;
- Model experimental de dispozitv DSP (procesor digital de semnale);
- Detector piroelectric J- 50MB- YAG cu monitor LabMax-TOP.
Testele au fost efectuate pe acoperiri dielectrice antireflex la lungimea de unda de 1064 nm, in
conformitate cu recomandarile standardului ISO 11254. Pragul de distrugere al acoperirilor antireflex a fost
evaluat prin determinarea experimentala a caracteristicii probabilitate de distrugere versus densitatea de energie
(fluenta) pulsurilor laser, penntru 500 pulsuri aplicate per sit. A rezultat o fluenta laser la prag de 7,1 J / cm2 la o
durata a pulsului laser de 4,2 ns (iradianta pulsului laser 1,7 GW / cm2). Testul de fiabilitate, efectuat la nivelul de
iradianta laser solicitat de producator (1,1 GW /cm2), nu a evidentiat situri distruse pe probele de test. Probele de
test au fost furnizate de compania Sc Opticoat Srl din Bucuresti, care produce componente optice pentru laseri de
mare putere. Rezultatele testelor sunt prezentate in detaliu in Anexele I si II ale prezentului raport.
5
• Punere in functiune sursa laser de mare stabilitate in pulsuri de nanosecunde si optimizarea
parametrilor de fascicul
A fost finalizata punerea in functiune si optimizarea sursei laser de mare stabilitate in pulsuri de
nanosecunde model Brilliant B-IR-10-SLM. Au fost stabiliti parametrii optimi de pompaj ai oscilatorului laser in
regim SLM pentru procedura automata S-on -1 de masurare a pragului de distrugere in camp laser: tensiunea de
incarcare a condensatoarelor de pompaj 1520 V, intarzierea intre aprinderea lampilor flash si deschiderea celulei
Pockels 220 µs. In acest regim de lucru, caracteristicile de fascicul ale sistemului laser sunt sintetizate in tabelul 1.
Nr Parametru Valori masurate
1 Energie per puls > 700mJ la 1064 nm > 250 mJ la 532 nm > 120 mJ la 355 nm
2 Fluctuatia energiei per puls (rms)
< 0,6 % la 1064 nm < 1 % la 532 nm < 2 % la 355 nm
3 Frecventa de reptitie a pulsurilor laser
10 Hz
3 Durata pulsului (FWHM)
4,3 ns la 1064 nm 3,5 ns la 532 nm 3,5 ns la 355 nm
4 Stare de polarizare la 1064 nm
75 % liniar polarizat (orizontal)
Tabelul 1. Parametrii de fascicul ai sursei laser de mare stabilitate in pulsuri de nanosecunde in regim SLM.
Stabilitatea inalta a energiei laser per puls in functionare indelungata in regim SLM (statistica realizata pe
40.000 pulsuri laser) este ilustrata in fig. 1: energie medie per puls 736 mJ, cu o abatere standard (rms) de < 4 mJ
(< 0.6 %). Masurarile au fost efectuate cu un detector piroelectric J- 50MB- YAG cu monitor LabMax-TOP
(Coherent). Pentru a controla caracteristicile spatiale ale spotului laser aplicat pe proba de test (profilul
transversal de iradianta laser), am utilizat un sistem optic zoom cu distanta de lucru fixa, care permite reglajul
formei si al dimensiunilor profilului spatial in limite largi [1]. Pentru doua spoturi de marimi diferite, au fost
determinate experimental aria efectiva a spotului laser, Aeff, (parametru laser fundamental introdus de standardul
ISO 11254 care reglementeaza masurarea pragului de distrugere a componentelor in camp laser) si incertitudinea
standard, uC, a rezultatului masurarii utilizand metoda de masurare dezvoltata in cadrul prezentului proiect [2].
Rezultatele sunt sintetizate in fig. 2.
6
Fig. 1. Masurarea energiei pulsului laser la 1064 nm (statistica pe 40.000 pulsuri): energia medie per puls 736 mJ,
abaterea standard (rms) < 4 mJ (< 0,6 %).
(a) (b)
Fig. 2 Profilul spatial al spotului laser inconjurat de apertura software in interiorul careia a fost calculata aria
