激光精密加工设备检验检测规范(T-TCCT 001—2021).pdf
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1、 ICS 2 5.040.10 CCS J 54 团体标准 T/TCCT 0012021 激光精密加工设备检验检测规范 Checking Standards for Laser Micromachining Equipment 2021-10-29 发布 2022-05-08 实施 天津市质检服务商会 发 布 T/TCCT 0012021 I 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 产品类别.3 5 要求.3 6 检测方法.5 7 标记.11 8 文件.12 附录A (规范性)仪器设备.13 参考文献.14 T/TCCT 0012021 II 前言 本文
2、件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本件的某些内容可能涉及专利,本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由天津市质检服务商会提出并归口。本文件主要起草单位:德中(天津)技术发展股份有限公司、天津凯普林激光科技有限公司、奥测河北电子产品检测技术服务有限公司、北京量传计量技术服务有限公司、天津励测检测技术服务有限公司。本文件参与起草单位:中国光学工程学会团体标准化技术委员会、中国质量协会、中国电子质量管理协会、天津市激光学会、天津市工商业联合会标准化工作委员会、深圳光韵达光电科技股份有限公司、苏州英谷激光有限公司。本文件主要起草人
3、:朱凯、杨赫、曲子琪、陈泽、郝继博、屈元鹏、王铁男、曹新、姜晓丹、王璐、李勃、盛泉、马建立、崔晓敏、曹艳、高帆。T/TCCT 0012021 1 激光精密加工设备检验检测规范 1 范围 本文件规定了激光精密加工设备的产品类别、特性要求、安全通用要求、检测方法、标记和文件。本文件适用于激光精密加工设备,包括配套使用的相关激光器。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB 7247.1-2012 激光产品的安全 第 1 部分:设备分类
4、、要求 GB/T 18490.1-2017 机械安全 激光加工机 第 1 部分:通用安全要求 GB/T 5226.1-2019 机械电气安全 机械电气设备 第 1 部分:通用技术条件 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 激光精密加工设备 laser micromachining equipment 激光加工设备一般指以激光即受激辐射放大光作为材料加工的具体手段,结合机械系统、软件系统、电控系统及光学系统组合而成的一种专用设备,可分为切割、焊接、表面处理等不同应用方向。激光精密加工设备又称激光微加工设备,是激光加工设备中的一种,一般将设备系统精度在数微米至数十微米、最小加工图形尺
5、寸在数微米至数十微米、被加工材料厚度或有效加工深度在数百微米内的激光加工设备称为激光精密加工设备。本标准涉及的激光精密加工设备工艺范围一般以透切、定深加工、打孔等去除被加工材料的工艺为主。3.2 激光器 laser 利用受激辐射原理使光在工作介质中放大或振荡发射的器件 3.3 光束直径 beam diameter 在垂直光束轴平面内,内含功率(或能量)占光束总功率(或能量)规定比例的最小孔径的直径。3.4 束散角 divergence angle 光束宽度内含功率(能量)定义的在远场增大形成的渐进面锥所构成的全角度。3.5 光束指向稳定度 beam pointing stability y 所
6、测光束轴角偏移量的标准方差的2倍。3.6 光束传输比 beam propagation ratio T/TCCT 0012021 2 M2 光束传输因子(倒数)beam propagation factor(deprecated)K 光束参数积逼近理想高斯光束衍射极限程度的度量,即:20M1Kd4 式中:K光束传输因子 波长,单位为微米(m)d0束腰直径,单位为毫米(mm)束散角,单位为毫弧度(mrad)3.7 脉冲功率 pulse power 脉冲能量与脉冲持续时间之比。3.8 偏振 polarization 电磁波的振动限制在一定方向的现象。3.9 光束质量 beam quality 激光
7、束可聚焦程度的度量,是表征激光束聚焦能力的指标。3.10 脉冲宽度 pulse duration 激光脉冲上升和下降到它的50%峰值功率点的间隔时间。3.11 脉冲重复频率 pulse repetition frequency 指激光器每秒钟所投射出的脉冲数目。3.12 行程 travel 运动部件移动的最大距离。3.13 工作台回转角 swivel angle of table 工作台可回转的最大角度。3.14 位置偏差 deviation of position 运动部件到达的实际位置减去目标位置之差。3.15 T/TCCT 0012021 3 轴线单向重复定位精度 unidirectio
8、nal repeatability of positioning 沿轴线或绕轴线的任一位置的单向重复定位的最大值。3.16 轴线单向定位精度 unidirectional accuracy of positioning of an axis 由单向定位系统偏差和单向轴线重复定位精度估算的2倍的组合来确定的范围。3.17 振镜 galvo scanning system 又称扫描振镜,由摆动电机带动反射镜片转动,通过控制摆动电机摆动的角度,从而实现镜片反射后出射光束受控偏转的运动组件。典型的振镜系统一般由两组摆动电机、电机驱动器、光学反射镜片组成,并配以场镜共同实现聚焦光斑的受控运动。4 产品类
9、别 按照GB/T 4754中的行业分类,本文件的设备属于C35专用设备制造业下的C356电子和电工机械专用设备制造。5 要求 特性要求 5.1 5.1.1 激光器特性要求应符合表 1 的规定。表1 激光器特性要求 项目 单位 要求 光斑直径 百分比 偏差在标称值10%之内 光斑圆度 百分比 标称值 发散角 毫弧度 mrad 2.0mrad(Full Angle)光束指向稳定性 每分钟或每摄氏度(Per Minute/Per )50.0urad 光束质量 M2 百分比 偏差在标称值10%之内 脉冲能量非稳定度 均方差 rms 100:1 平均功率稳定性 均方差 rms 2%5.1.2 其它激光精
10、密加工设备特性要求应符合表 2 的规定 表2 其它激光精密加工设备特性要求 项目 单位 要求 定位精度 水平轴定位精度 比值 1.1 垂直轴定位精度 比值 1.1 水平旋转轴定位精度 比值 1.1 垂直旋转轴定位精度 比值 1.1 振镜轴定位精度 比值 1.1 重复定位精度 水平轴重复定位精度 比值 1.1 垂直轴重复定位精度 比值 1.1 水平旋转轴重复定位精度 比值 1.1 T/TCCT 0012021 4 垂直旋转轴重复定位精度 比值 1.1 振镜轴重复定位精度 比值 1.1 轴间精度 振镜间拼接精度 比值 1.1 水平轴间垂直度 比值 1.1 垂直轴与加工平面垂直度 比值 1.1 水平
11、旋转轴轴线与加工平面平行度 比值 1.1 垂直旋转轴轴线与加工平面垂直度 比值 1.1 平台精度 被加工部件承载台平面度 比值 1.1 视觉系统相关精度 同轴视觉定位与激光聚焦位置偏差值 比值 1.1 旁轴视觉定位与激光聚焦位置偏差标称值与实际值误差 比值 1.1 同轴视觉定位与激光聚焦位置偏差值的重复精度 比值 1.1 旁轴视觉定位与激光聚焦位置偏差值的重复精度 比值 1.1 远心成像镜头畸变值 百分比 10%视觉系统定位精度 比值 1.1 视觉系统重复定位精度 比值 1.1 系统精度 被加工部件承载台范围内加工精度 比值 1.1 速度 单轴运动速度 百分比 1%振镜运动速度 百分比 1%靶
12、标定位时间 比值 1.1 被加工 材料 单位时间加工孔数(在有孔数要求的项目中适用本条款)百分比 10%每小时加工件数(在有件数要求的项目中适用本条款)百分比 10%加工尺寸范围标准 平面加工尺寸范围标准 百分比 1%垂直加工尺寸范围标准 百分比 1%单振镜加工平面尺寸范围标准 百分比 5%单振镜加工垂直方向可加工尺寸范围标准 百分比 20%激光终端参数 聚焦光斑相关参数 聚焦光斑直径 百分比 10%焦深 百分比 10%聚焦光斑椭圆度 百分比 90%聚焦光斑相散 百分比 实际相散值与标称值的比值在0.9与1.1之间 设备终端激光 平均功率稳定性 短期平均功率稳定性 百分比 3%长期平均功率稳定
13、性 百分比 6%安全通用要求 5.2 5.2.1 分类 由于激光束的波长、能量及脉冲特性涉及的范围很广,所以潜在的危害程度差别较大。不可能按共同的安全限值把激光产品定义为一组。5.2.1.1 分类职责 激光产品的分类职责应符合GB 7247.1-2012第8.2章的要求。5.2.1.2 分类规则 激光产品分类规则应符合GB 7247.1-2012第8.3章的要求。5.2.2 确定可达发射水平 依据GB 7247.1-2012第9章确定可达发射水平。5.2.3 安全要求及措施 5.2.3.1 激光辐射 激光辐射危害的防护应符合GB/T 18490.1-2017第5.3.2章、第6章的要求。T/T
14、CCT 0012021 5 5.2.3.2 由材料和物质产生的危险 由材料和物质产生的危险的防护应符合GB/T 18490.1-2017第5.3.4章、第6章的要求。5.2.3.3 电气安全 5.2.3.3.1 基本要求 基本要求应符合GB/T 5226.1-2019第4章的要求。5.2.3.3.2 引入电源线断接法和切断开关 引入电源线断接法和切断开关应符合GB/T5226.1-2019第5章的要求。5.2.3.3.3 电击防护 电击防护应符合GB/T 5226.1-2019第6章的要求。5.2.3.3.4 电气设备的保护 电气设备的保护应符合GB/T 5226.1-2019第7章的要求。5
15、.2.3.3.5 等电位联结 等电位联结应符合GB/T 5226.1-2019第8章的要求。5.2.3.3.6 控制电路和控制功能 控制电路和控制功能应符合GB/T 5226.1-2019第9章的要求。5.2.3.3.7 操作板和安装在设备上的控制器件 操作板和安装在机械上的控制器应符合GB/T 5226.1-2019第10章 件 采取安全防护措施。5.2.3.3.8 控制设备:位置、安装和电柜 位置、安装和电柜应符合GB/T 5226.1-2019第11章的要求。5.2.3.3.9 导线和电缆 导线和电缆应符合GB/T 5226.1-2019第12章的要求。5.2.3.3.10 配线技术 配
16、线技术应符合GB/T 5226.1-2019第13章的要求。5.2.3.3.11 电动机及有关设备 电动机及有关设备应符合GB/T 5226.1-2019第14章的要求。5.2.3.3.12 插座和照明 插座和照明应符合GB/T 5226.1-2019第15章的要求。5.2.3.3.13 验证 应依据GB/T 5226.1-2019第18章进行验证。5.2.3.4 机械安全风险评估 应依据GB/T 15706-2012进行机械风险评估。6 检测方法 激光器 6.1 6.1.1 光斑测量 T/TCCT 0012021 6 6.1.1.1 根据激光器功率范围选择适当的输出比例,一般为 8%15%之
17、间。6.1.1.2 在出光口处固定半波片,调节半波片,使激光经过 PBS 分得两束光且强度基本一致,偏振方向即为 45,如图 1 所示,依次固定介质膜反射镜、功率计、扩束镜,使激光准确照射在功率计中心。图1 6.1.1.3 连 接 光 斑 分 析 仪CCD,设 置Home-Main Controls-Definition为1/e along crosshairs(13.5%),设置 Setup-Exposure time 为 Auto,Image Averaging 为 None。6.1.1.4 激光器满功率出光,将 CCD 放置在距离出光口 500mm 处测量反射镜透射光,微调 CCD 位置
18、,使光斑位于画面中央,确认 CCD 曝光时间在 0.06200 之间,否则更换衰减片。要求光斑参数:圆度90%、光斑直径:标称值的10%。6.1.2发散角6.1.2.1在距离出光口 200mm 处,加入一个焦距为 300mm 的正透镜,使经过介质膜反射镜的透射光聚焦。调整透镜角度,使透镜与 CCD 接收面平行,调整透镜位置,使光斑位于画面中央,确认 CCD 曝光时间在 0.06200 之间,否则更换衰减片。6.1.2.2记录光斑 x,y 直径,即透镜焦平面的光斑尺寸,直径/300mm 即为发散角。要求发散角:小于 2.0mrad(Full Angle)。6.1.3光束指向稳定性6.1.3.1使
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