Ризки Мухамад Албани — аспирант
sc 58038476200
Санкт-Петербург, 197101
Muhamad Albani Rizki — PhD Student
sc 58038476200
Saint Petersburg, 197101
Федосов Юрий Валерьевич — кандидат технических наук, доцент
sc 57194080548
Санкт-Петербург, 197101
Yuri V. Fedosov — PhD, Associate Professor, Associate Professor
sc 57194080548
Saint Petersburg, 197101
Введение. Лазерная обработка материалов на наклонных или неоднородных поверхностях часто сопровождается расфокусировкой и ошибками позиционирования лазерного пучка, что приводит к снижению точности и повторяемости технологического процесса. Адаптивные лазерные механизмы представляют собой перспективный подход к снижению влияния указанных факторов; однако их практическая реализация требует верифицированных архитектур систем, обеспечивающих надежную интеграцию сенсорных, исполнительных и управляющих функций. Метод. Представлены разработка и экспериментальная оценка прототипа адаптивного лазерного механизма, предназначенного в качестве испытательной платформы для подсистем автоматической фокусировки и детектирования лазерного пучка. Для снижения механической и вычислительной сложности прототип намеренно ограничен одной вращательной степенью свободы при сохранении основных принципов адаптивного управления лазерным пучком. Экспериментальная установка включает источник непрерывного видимого лазерного излучения с длиной волны 532 нм, сенсорный модуль на основе камеры с поляризационным фильтром, исполнительную систему, подсистему измерения угла наклона на базе датчика MPU6050 и вращающуюся платформу для формирования контролируемых углов наклона поверхности. Основные результаты. Экспериментальная оценка при углах наклона поверхности до 0,262 рад показала стабильную и воспроизводимую проекцию лазерного пучка при различных угловых положениях платформы. Количественный анализ подсистем измерения и позиционирования продемонстрировал максимальную погрешность измерения угла наклона 0,001 рад, время установления от 2,52 до 5,18 с и установившуюся ошибку менее 0,001 рад. Качественный анализ также подтвердил возможность использования прототипа для систематического исследования поведения лазерного пучка при изменении ориентации поверхности, хотя различия в размере, форме и распределении интенсивности пятна лазерного пучка визуально выражены незначительно. Обсуждение. Разработанный прототип формирует практическую и масштабируемую основу для дальнейшего развития адаптивных лазерных механизмов, обеспечивает контролируемую оценку характеристик проекции лазерного пучка в упрощенной экспериментальной среде. Показано, что количественная оценка характеристик лазерного пучка не может основываться исключительно на визуальном анализе, что обусловливает необходимость разработки специализированных методов детектирования и мониторинга лазерного пучка. В дальнейших исследованиях планируется усложнение механизма до нескольких степеней свободы, а также проведение количественного анализа характеристик пятна лазерного пучка с использованием усовершенствованных алгоритмов обработки изображений.
Laser-based material processing on inclined or non-uniform surfaces is often affected by beam defocus and alignment errors which can reduce process accuracy and repeatability. Adaptive laser mechanisms provide a promising approach to mitigating these effects; however, their practical implementation requires validated system architectures that support reliable integration of sensing, actuation, and control functions. This paper presents the design and experimental evaluation of a prototype adaptive laser mechanism developed as a dedicated test platform for laser beam autofocusing and laser beam detection subsystems. The prototype is intentionally constrained to a single rotational degree of freedom to limit mechanical and computational complexity while retaining the essential characteristics of adaptive beam control. The experimental setup integrates a continuous-wave visible laser source operating at a wavelength of 532 nm, a camerabased sensing unit with polarization filtering, an actuator system, an MPU6050 inclination measurement subsystem, and a rotating platform to introduce controlled surface inclinations. Experimental evaluation conducted at surface inclination angles up to 0.262 rad demonstrated stable and repeatable laser beam projection under varying angular conditions. Quantitative assessment of the inclination measurement and positioning subsystems showed a maximum measurement error of 0.001 rad, settling times between 2.52 s and 5.18 s, and steady-state positioning errors below 0.001 rad. Qualitative observations further confirmed the capability of the prototype to support systematic investigation of laser beam behavior in response to surface inclination, although visual differences in beam spot size, shape, and intensity distribution remained subtle. The presented prototype contributes a practical and scalable foundation for the development of adaptive laser mechanisms by enabling controlled evaluation of beam projection performance in a simplified experimental environment. The results indicate that quantitative characterization of laser beam behavior cannot rely on visual inspection alone, thereby motivating the development of dedicated laser beam detection methods. Future work will focus on extending the mechanism to multiple degrees of freedom and on the quantitative analysis of laser beam spot characteristics using advanced image-based detection algorithms.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.