Брус профилированный что это такое: Что такое профилированный брус? Описание материала

Содержание

Профилированный брус: плюсы и минусы

Дома из профилированного бруса стали одним из самых востребованных вариантов в загородном строительстве. Деревянное домостроение набирает популярность из-за высокой экологичности, долговечности и невысокой цены – дерево обойдется значительно дешевле кирпича и других видов стройматериалов. При этом жить в брусовом срубе комфортно, приятно и безопасно, если при строительстве были соблюдены все технологические требования. Цельная древесина нуждается в правильной защите от внешних воздействий – это обеспечивает ей долгую безотказную службу.

Краткое содержание:

Как изготавливается профилированный брус?

Профилированный брус – разновидность пиломатериалов, изготовленная из цельной древесины хвойных пород: обычно его производят из сосны и ели, для изготовления также может использоваться кедр или лиственница. Этот материал совмещает в себе преимущества оцилиндрованного бревна или классического строганого бруса. Его боковые стороны могут быть плоскими или полукруглыми, от этого зависят декоративные качества будущих стен. Верхняя и нижняя сторона имеют специальный профиль – система «шип-паз» обеспечивают плотное прилегание венцов друг к другу при сборке сруба.

Профилирование делает стены более прочными и энергоэффективными – профиль «шип-паз» обеспечивает им эффективную защиту от продувания и образования щелей. Кроме того, он предотвращает деформацию в процессе естественной усадки, надежно удерживая венцы друг относительно друга. Дома из профилированного бруса надежно удерживают тепло. Что позволяет меньше тратить на отопление.

Различают две разновидности материала:

Древесина естественной сушки. Заготовки хранятся в специальных условиях длительное время для завершения естественного процесса высыхания. В результате влажность древесины не превышает 22%, что делает ее пригодной для использования в строительстве.
Древесина камерной сушки. Заготовки помещают в специальные камеры, где из них быстро удаляется максимум естественной влаги. Высушенная древесина может сразу использоваться для постройки.

При изготовлении используются заготовки, прошедшие предварительный контроль для выявления брака. Дерево не должно быть поражено грызунами, насекомыми или плесенью. Поскольку для изготовления бруса используется центральная часть древесного ствола, материал обладает наиболее высокой плотностью – это обеспечивает ему долговечность.

Ключевые плюсы использования материала

Брусовые срубы используются при возведении летних дачных домиков, капитальных коттеджей для круглогодичного проживания, а также для бань, гаражей, различных хозяйственных построек. Можно перечислить основные плюсы профилированного бруса:

Доступная стоимость. Этот материал обходится существенно дешевле клееного бруса или кирпича, что делает его более доступным для владельцев загородных участков.
Экологичность. Цельная древесина сохраняет способность к природному воздухообмену: она забирает избыток влаги из домашней атмосферы и по мере необходимости отдает его обратно. В результате в помещениях всегда комфортно находиться, в таком доме будет легко дышать.
Прочность и долговечность. При правильной сборке и регулярной обработке стены могут служить десятилетиями, дому не потребуется капитальный ремонт. Однако он будет нуждаться в регулярном поддерживающем уходе и заботе владельца.
Небольшой вес. Натуральная древесина – один из самых легких строительных материалов, для нее не требуется глубокое заложение бетонного фундамента. Это дополнительно снижает затраты на строительство, так как именно основание требует крупных вложений.

Быстрота строительства. Комплект для сборки сруба заранее изготавливается на производственной площадке, а затем дом собирается из уже готовых элементов. Все они тщательно подогнаны друг к другу, что исключает образование щелей в углах и стенах.
Хорошие теплоизоляционные качества. Древесина намного лучше удерживает тепло, чем бетон или кирпич, это позволяет экономить на утеплителе и поддерживать комфортную температуру в помещениях.
Эффективная шумоизоляция. Деревянные стены блокируют уличные звуки, в помещениях будет тихо и комфортно.
Отличные декоративные качества. Если боковым сторонам бруса придается полукруглая форма, сруб будет напоминать бревенчатый дом. Внутренние стены можно сделать идеально ровными для простоты декоративной отделки. Они не нуждаются в черновых работах, можно воплотить в жизнь различные дизайнерские замыслы.

Одной из положительных особенностей этого материала является относительно невысокая усадка, не превышающая 3,5-6%. Предварительная естественная или камерная сушка позволяет удалить из материала большую часть влаги, в результате исключается дальнейшая деформация и образование трещин. Дом не будет нуждаться в столь частой конопатке, как сруб из бревна или из строганого бруса естественной влажности. Учитывая все преимущества, можно сделать вывод: профилированный брус отлично подойдёт для реализации самых разных строительных проектов.

Есть ли минусы у профилированного бруса?

Как и у других стройматериалов, у этой разновидности есть свои недостатки. Минусы профилированного бруса обязательно нужно учитывать перед началом строительства и при составлении сметы:

Подверженность различным биологическим воздействиям. Дерево без правильного ухода будет неизбежно разрушаться под воздействием гниения, плесени, грибка, его могут повреждать насекомые-древоточцы и грызуны. Чтобы избежать преждевременного разрушения, необходимо своевременно проводить обработку специальными антисептиками – такие пропитки глубоко проникают в структуру древесины и блокируют действие бактерий, грибков и вредителей.
Пожароопасность. Дерево – горючий материал, поэтому при строительстве необходимо строго соблюдать все возможные меры для предотвращения возгорания. Необходимо учитывать все особенности прокладки электропроводки через стены и перекрытия, соблюдать правила установки обогревателей. Также древесина обязательно обрабатывается антипиренами – специальные составы повышают устойчивость к возгоранию.

Высокие требования к качеству материала. Если брус изготовлен с нарушениями геометрии профиля, невозможно добиться плотного прилегания венцов друг к другу. В результате в стенах будут оставаться щели, которые сложно законопатить. Чтобы избежать таких проблем, необходимо внимательно относиться к выбору пиломатериалов.
Более высокая стоимость, по сравнению с обычным строганым брусом. Если материал проходит предварительную камерную сушку, это также отразится на его итоговой цене.

Хотя усадка у профилированного бруса относительно невелика, она все же есть, и это необходимо учитывать при строительстве. Используются специальные приспособления для компенсации изменения размеров дерева – это позволяет избежать появления трещин и других негативных последствий.

Основной минус дома из этого материала – необходимость обязательного периодического ухода.

Без внимания владельца стены неизбежно потеряют прочность, в результате срок службы окажется намного меньше, чем это было запланировано производителем. Однако любое загородное жилище нуждается в поддержке и периодическом обслуживании, это обязательное условие долговечности.

Варианты строительства из профилированного бруса

Дома из профилированного бурса под ключ в Екатеринбурге остаются одним из самых востребованных решений на строительном рынке. Этот материал открывает широкие возможности для проектирования: с его помощью в жизнь можно воплотить самые разные проекты.

Возможны различные варианты строительства брусовых коттеджей:

Одноэтажные дома различной площади. Они могут иметь достаточно большие размеры, постройка в один этаж наиболее удобна для использования. Однако ей требуется достаточно много места на участке.
Двухэтажные постройки. На первом этаже обычно размещают кухню, гостиную, санузел и другие общие помещения, а спальни помещают наверху. Наличие второго этажа позволяет уменьшить занимаемую на участке площадь, однако приходится решать проблему с размещением лестницы и другие вопросы.
Полутораэтажные постройки – дома с мансардами. Это промежуточный вариант, в котором второй этаж совмещается с используемым подкровельным пространством.

Наша компания предлагает доступные цены на проекты домов из профилированного бруса в Екатеринбурге – готовые типовые решения соответствуют всем требованиям комфорта.

Возможности внешней и внутренней отделки дома

Наружная обшивка для такого здания не является обязательной. Обработки антисептиками и антипиренами будет достаточно для предотвращения воздействия внешних негативных факторов. Здание будет красиво смотреться со стороны, ровные деревянные стены можно окрасить в любой цвет или покрыть прозрачным лаком. Есть немало специальных составов, которые обеспечивают отличную защиту древесины, но при этом сохраняют ее естественный рисунок.

Внутренняя отделка также зависит только от пожелания жильцов по декоративным качествам. Природный цвет древесины может кому-то показаться скучноватым, однако этот материал открывает широкие возможности для оформления. Несколько популярных вариантов внутренней отделки:

Стены иногда обшивают гипсокартонными листами и оклеивают обоями, но при этом теряются все декоративные преимущества деревянного дома. Можно окрасить их специальными составами: краски и полупрозрачные лазури без запаха не закрывают природную текстуру, поэтому в помещениях будет красиво.
Деревянный потолок нежелательно закрывать штукатуркой, так как из-за усадки дерева она со временем начнет осыпаться. Можно подобрать подходящий вариант окрашивания и подшивки: балки перекрытия можно оставить на виду и покрасить – это позволяет создать необычный стильный декор.
Пол можно отделать с помощью паркета, специальной половой доски, паркетной доски. Природные материалы будут наиболее гармонично смотреться в интерьере, а также обеспечат дополнительную теплоизоляцию. Паркет будет теплым и приятным на ощупь.

Один из плюсов строительства дома именно из профилированного бруса – возможность значительно сэкономить на отделке. Древесину не нужно выравнивать, штукатурить, закрывать гипсокартоном – достаточно выбрать подходящий вариант окрашивания, чтобы создать уютный и современный интерьер.

Прокладка коммуникаций в доме из профилированного бруса: важные особенности

Комфортный загородный дом сложно представить без полного набора современных удобств. Здание должно быть оснащено электропроводкой, водопроводом, канализацией, отоплением, правильно обустроенной вентиляцией. Деревянный дом требует соблюдения нескольких важных правил при подключении коммуникационных сетей:

Водопровод прокладывается на глубине ниже уровня промерзания грунта – это позволит без проблем пользоваться им круглый год. Точка ввода требует обязательного утепления. В качестве источника водоснабжения обычно обустраивается скважина с погружным насосом.
Для сбора канализационных стоков устанавливается септик, выгребная яма или современная станция биоочистки. При прокладке внутреннего канализационного трубопровода в брусовых стенах и перекрытиях обязательно делаются компенсационные отверстия из-за возможной деформации стен.
Система отопления в деревянном доме запускается только после полного завершения усадки, ее нельзя включать до завершения высыхания дерева. Чаще всего устанавливается водяное отопление с циркуляцией воды по трубам и радиаторам.
Электропроводка обязательно прокладывается в металлических трубках, чтобы предотвратить возгорание стен. Это одно из требований противопожарной безопасности.

Наша компания предлагает полный комплекс услуг по строительству домов из профилированного бруса с последующим подключением ко всем видам коммуникаций. Готовое жилье будет теплым, уютным и долговечным, а правильный уход обеспечит ему безотказную эксплуатацию. Доступная стоимость пиломатериалов и строительных работ сделала такой вариант одним из самых востребованных на рынке загородного домостроения.

Все о профилированном брусе

Все хотят построить себе крепкий, надежный, экологически чистый дом, который бы долго прослужил. Издавна в домостроении использовалась древесина. И если когда-то строительство было затруднительным, ввиду того, что дерево проходило ручную обработку, то сегодня все намного проще.

Благодаря заводской обработке и камерной сушки, можно получить качественный материал в кратчайшие сроки и без особых усилий. Что это за материал, брус профилированный?

Он соответствует всем требованиям, долговечный, прочный и красивый. А в чем еще его преимущества? Какими характеристиками обладает материал и чем отличается от обычного бруса? Ответы на эти вопросы вы найдете в нашей статье.

ПРОФИЛЬНЫЙ БРУС И ЕГО ВИДЫ

Это природный материал, который изготовляют путем механизированной обработки на производстве. В отличие от оцилиндрованного бруса, профильный имеет идеальную квадратную форму и другие преимущества. Увидеть профилированный брус вы можете на фото ниже.

Если говорить о видах материала, то он зависит от следующих параметров:

Исходное сырье.
Вид геометрического профиля.
Размер бруса.
Степень и качество камерной сушки.
Технология и метод производства.

Для начала рассмотрим самые важные параметры – метод производства и просушка. Если учитывать технологию производства, то можно отметить две разновидности бруса:

цельный брус, который изготовляют из бревна. Материал обстругивают с четырех сторон, чтобы сделать брус. Такие брусья в строительстве считают самыми дешевыми;
клееный брус, получаемый посредством склеивания нескольких планок в один брус. Это новая технология, благодаря которой образуется сверхкрепкий, долговечный, эстетичный и надежный брус.

Ввиду своих характеристик и технологии изготовления, стоимость клееного бруса в несколько раз выше. Вот почему не каждый может позволить себе приобрести его для строительства.

Если говорить о степени просушки, то материалы можно разделить на такие виды:

Сухой брус. Характеризуется процентом влажности. Если материал проходил процесс камерной сушки или обычной, то процент влажности в нем не должен быть больше 20%. Если это так, то брус называют сухим. За счет камерной сушки, готовый дом не будет давать большой усадки.
Брус естественной влажности. Он не проходил никаких обработок, а высыхал сам. Его процент влажности может достигать 50%.

Нужно учитывать, что влажность влияет на эксплуатационные качества материала, его срок службы, усадку и т. д. Поэтому за счет камерной сушки стоимость профильного бруса будет выше.

РАЗМЕРЫ ПРОФИЛЬНОГО БРУСА

Немаловажен и размер изделий. Он определяется еще на этапе изготовления. Когда вы попадете в строительный магазин, чтобы купить брус профильный, то вас спросят необходимое сечение. Что это значит? Этим термином называют толщину бруса. Ниже представлены самые популярные размеры:

140×120 мм.
140×140 мм.
150×140 мм.
190×120 мм.
190×140 мм.
200×145 мм.

Обратите внимание! Внешн

ий вид брусьев тоже может быть разным. Материал может состоять из одного или двух шипов, быть со скошенной фаской, со многими шипами или финским (широкий паз снизу и два шипа вверху, см. фото).

Но есть изделия и больше, вплоть до 320×320 мм. Что касается длины, то стандартно изделия производятся длиной в 6 м. Хотя на рынке присутствуют и удлиненные варианты на 12 м и даже на 18 м. Для работы размер нужно подбирать индивидуально, все зависит от климата, цели постройки и будущих характеристик. Например, для строительства небольшого домика или сельхозпостройки нужны бревна с небольшим сечением (100×100 мм или 150×150 мм). А для домика побольше нужно сечение 200×200 мм или больше.

Совет! Чем больше сечение бруса, тем лучше в доме будет сохраняться тепло. Это очень важно для тех, кто проживает в холодном регионе. Так можно снизить затраты на обогрев помещения.

ПОРОДЫ БРУСА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Брус профилированный сухой или естественный изготавливают только из хвойной породы дерева. Почему? Потому что именно у хвойных деревьев высокие эксплуатационные свойства, низкая теплопроводность, долговечность, материалы проще обрабатывать, заготавливать, а цена на них не такая высокая. В совокупности эти характеристики приводят нас к таким породам, как лиственница, ель и сосна. Каждая порода особенна по-своему.

Профилированный брус из лиственницы. Преимущество материала в том, что дерево будет обладать устойчивостью к влаге, влиянию солнечных лучей, колебаниям температур и долговечностью. Вот почему изделия из лиственницы так часто используют в строительстве. Если сравнивать ее с другими породами, то она на 30% тверже и имеет в составе больше смолы. А тем, кто живет в северной части страны, лучше выбирать именно ее, так как она не боится пониженных температур. Минус профилированного бруса из лиственницы – высокая стоимость ввиду сложности транспортировки и обработки.
Профилированный брус из ели. Тоже довольно неплохой вариант, который имеет свои особенности. Готовые постройки будут теплыми и не выделять много смолы. Запах в доме будет приятным и ненавязчивым. Стоимость изделий меньше, чем из лиственницы. Однако, так как смол в составе мало, нужно защитить брусья от гниения специальными средствами.
Профилированный брус из сосны. Он считается одним из самых популярных и широко используемых. Спрос на него не падал никогда. С деревом легко работать, поэтому цена на изделия невысокая. А за счет природных смолянистых веществ, дерево обладает антисептическими свойствами. Минус – верхний слой довольно рыхлый, поэтому может темнеть и менять цвет. Все устраняется специальными пропитками.

Если говорить о выборе, то он зависит от вас. Судя по отзывам, каждый материал имеет свои преимущества и недостатки. Все же, пользователи предпочитают брусья из ели или сосны.

СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ ОБЫЧНОГО БРУСА И ПРОФИЛИРОВАННОГО

Все познается в сравнении. Если вы встали перед выбором, из чего строить дом – из обычного бревна или профилированного, то мы поможем вам проанализировать их. Основное преимущество профилированного бруса – он проходит качественную обработку, после которой становится гладким и с определенной формой. А если уж брать во внимание клееный брус, то он и вовсе сделан так, что волокна располагаются в противоположенные стороны. Это делает его на 70% прочнее других изделий. Понятно, что вам нужно будет доплатить, зато вы получите качественные материалы, которые и выглядят приятно, и прослужат дольше.

Хочется отметить и метод возведения домов. Он очень прост за счет замковых соединений, которые есть в изделиях. При кладке получается плотный стык венца к венцу. А в чем еще различия между материалами? Давайте сравним их по 4 основным параметрам, чтобы узнать разницу. Это поможет вам определиться с выбором.

ЭСТЕТИЧНОСТЬ

Начнем с обычного бруса. Его эстетическая сторона желает лучшего, так как во время изготовления он никак дополнительно не обрабатывается. Как результат, готовую постройку нужно будет дополнительно отделывать как внутри, так и снаружи (по желанию).

А вот с профилированным брусом все наоборот. В технологию производства входит обработка сырья, шлифовка, подгонка размеров и формы. На выходе материал получается идеальным. С ним ваш дом будет выглядеть привлекательно и обладать идеальной формой. Дополнительно выполнять отделку не нужно. Все и так смотрится благородно и красиво.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЧИСТОТА

Обычные изделия экологически чистые. Однако, так как их не высушивают, то могут подвергаться негативному влиянию микроорганизмов, таких как грибок и плесень.

Профилированный материал экологически чистый, а за счет обработки дерева защитными составами и сушке, микроорганизмы ему не страшны.

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ

Технология возведения домов из обычного бруса усложнена тем, что материал не обладает четкой геометрической формой. Как результат, вам нужно подгонять изделия друг к другу, чтобы венцы плотно прижимались друг к другу. Да и тогда дом все ровно нуждается в утеплении.

Что касается второго варианта, то он обладает четкими размерами и замковой системой. Это позволяет надежно стыковать брусья друг с другом и создавать плотные стены, через которые не проходит холод. Не зря именно такие материалы используются в холодных регионах. Ведь именно Финляндию можно назвать родиной этого материала.

УСАДКА

Так как простой брус ничем не обрабатывается и не проходит должную сушку, то дает большую усадку. А это значит, что выполнять отделочные работы можно спустя примерно год после возведения. Со вторым видом такой большой усадки не наблюдается, так как изделия высушиваются на производстве.

Если сделать небольшой итог по нашему экскурсу, то логический вывод напрашивается сам собой. Понятно, что решение нужно принимать вам, все же, если вы можете позволить себе приобрести клееное или профилированное дерево, то лучше остановится на нем. В заключение, давайте рассмотрим достоинства этого замечательного материала.

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ СТОРОНЫ ИЗДЕЛИЙ

Пожалуй, именно этот список люди смотрят чаще всего, решая вопрос с выбором материала. За счет технологии производства, материал имеет замечательные свойства и преимущества. Давайте их рассмотрим:

За счет четких геометрических форм и автоматизированной обработке, возводить дом намного проще, быстрее и лучше. Качество возведения заметно выше.
Так как изделия имеют замковые соединения, то плотно прилегают друг к другу, создавая прочные и надежные стены, не продуваемые ветром.
Теплоизоляционные свойства материала тоже на высоком уровне. А вдобавок с предыдущим плюсом, создается очень теплый дом, готовый прослужить в самых суровых условиях.
Внешний вид изделий тоже не может радовать. Это позволит вам сэкономить на отделке дома, так как брус можно только покрасить, чтобы подчеркнуть его натуральную красоту.
Материал является очень прочным, долговечным и не дает усадки. Такие дома прослужат дольше, чем из обычного дерева.
Дерево не боится перепадов температуры и солнечных лучей.

Единственный минус, который является довольно весомым – это цена на материал. Гораздо дешевле купить простой брус, поэтому многие не обращают внимания на этот вид изделий. Все же, его характеристики значительно выше, поэтому вы знаете, за что переплачиваете.

ОТЗЫВЫ ПОКУПАТЕЛЕЙ

Можно много говорить о том, какой это хороший материал. Все же, следует прислушаться к мнению тех потребителей, которые уже давно эксплуатируют дома из профилированного дерева. Именно они могут рассказать обо всех тонкостях и характеристиках материала.

Вот что говорит Дмитрий, который на протяжении 2-х лет проживает в доме из профилированного бруса: «Перед покупкой анализировал все характеристики и плюсы и минусы материала. Скажу честно, удивился, но все это правда. Материал хорош тем, что не гниет, дом построили довольно быстро, он прочный и надежный. Мы утеплили его паклей и забыли, что такое холода. Я очень доволен, что остановился на этом варианте. Единственный момент – постройка довольно быстро остывает в зимнее время суток. Достоинства: практичность, уют, быстрота возведения, тепло в доме. Недостатки только цена».

Елена же, проживающая в доме 4 года, сообщает: «Это отличный материал для строительства. Я очень довольна, что получила красивый, экологически чистый и уютный домик. Он довольно теплый и обладает хорошим подавлением шума. Уже спустя несколько месяцев после возведения, мы могли заселиться. Мало того что сам процесс строительства был быстрым, так еще и усадка прошла очень быстро. Недостатков у материала я не заметила».

Егор из Воронежа, который уже год и три месяца проживает в таком доме заметил: «Постройка очень теплая, что позволяет сэкономить на отоплении. Кроме того, дерево сухое, красивое, экологически чистое и не требует дополнительной отделки. Даже в сильные морозы мой дом из профилированного бруса нагревается очень быстро. Своих денег это материал точно стоит. Минусов просто нет».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В конце остается сказать, что новые технологии делают все проще и качественней. Благодаря заводской обработке дерева, мы получили прекрасный материал, который обладает массой преимуществ и хорошо оценивается пользователями. Проанализировав эту информацию, вы можете сделать для себя какие-то выводы при выборе того или иного материала для строительства.

Профилирование луча

: что вам не говорит ваш лазер? | Особенности | июнь 2021 г.

Приборы для профилирования лазерного луча прошли долгий путь за последние несколько десятилетий. Это помогает обеспечить качественное построение систем и избежать неудовлетворительных результатов в приложениях по обработке материалов.

KEVIN D. KIRKHAM, MKS/OPHIR

Хотя может показаться интуитивно понятным, что увеличение мощности лазера даст более быстрые результаты в операции обработки материалов, инструменты измерения луча часто показывают, что это только распределяет энергию лазера по большей области, что приводит к снижению освещенности (энергии на единицу площади) цели. Сегодняшнее оборудование для профилирования луча позволяет конечным пользователям настраивать свои лазерные процессы для достижения точного излучения, достаточно интенсивного для задачи, но не настолько интенсивного, чтобы, например, сварной шов перегревался и давал менее оптимальные результаты.

Ранние инструменты измерения лазерного луча полагались на выжигающую бумагу, которая давала приблизительный порядок величины размера луча, но не содержала количественных данных и подробностей о горячих точках или дырах в луче, вызванных смещением резонатора лазера. Предоставлено Кентек.

Не всегда можно было быстро и легко оценить качество луча лазерного обрабатывающего инструмента. Когда-то операторы лазеров полагались на депрессоры для языка, апельсиновые корки или просто на стену в конце скамейки, чтобы наблюдать и измерять распределение энергии лазера в поперечном сечении или профиль луча. Лезвия бритвы даже использовались для измерения интенсивности некоторых прототипов импульсных лазеров. Лучи сравнивали в «Жиллетте», что означало количество лезвий, через которые может пройти энергия импульсного лазера. Позже нашли применение такие устройства, как термометры для мяса и силовые шайбы, хотя их показания часто давали лишь приблизительную оценку, им не хватало точности и простоты. использования в современных измерительных устройствах.

Эволюция приложений, основанных на освещении, была как разрешена, так и остановлена наличием соответствующих и точных измерительных систем. Многие достижения в лазерных приложениях были вызваны одновременным развитием технологий, используемых для измерения их прикладных свойств.

От первоначальных продуктов для измерения лазерного луча, которые были ориентированы исключительно на удобство, до умных, инновационных продуктов, которые стали основой для современных тщательно спроектированных решений для лазерных измерений — технология развивалась для решения задач измерения параметров лазера, которые имели решающее значение для успеха ранних лазерные приложения.

Измерители мощности и профилировщики луча

Сегодня большинство пользователей лазеров знакомы с измерителями мощности, которые используют полупроводниковые или термоэлементные датчики для измерения интенсивности лазерного излучения от нескольких фемтоватт до сотен киловатт. Пользователи высокоэнергетических импульсных лазеров используют пироэлектрические или полупроводниковые датчики для измерения энергии, содержащейся в каждом импульсе. Коммерческие лазерные датчики энергии, способные измерять импульсы от микроджоулей до килоджоулей, могут без перерыва количественно определять частоты импульсов от одиночных импульсов до сотен килогерц.

Распределение интенсивности лазера в поперечном сечении или профиль луча — еще один важный параметр, который часто измеряется. Профили луча могут предоставить визуальные признаки смещения резонатора или оптики доставки, ухудшения или смещения фокусирующей оптики и других проблем, влияющих на доставляемую лазерную энергию. Продукты для профилирования луча предлагают численный анализ интенсивности, размера, местоположения и радиальной симметрии луча — или цилиндрической однородности. Статистический анализ этих данных можно использовать для мониторинга рабочих параметров, поиска производственных аномалий или тенденций и документирования согласованности параметров процесса.

Сканирующие апертурные датчики также используются для профилирования лазерных лучей. Эти устройства создают профиль луча за короткое время, поскольку через луч проходит очень тонкая щель или микроскопическое отверстие. Сенсоры на основе апертуры требуют очень небольшого оптического затухания, если оно вообще требуется, потому что лишь незначительная доля лазерного излучения передается через апертуру на одноэлементный детектор.

Системы на базе камер требуют на много порядков большего оптического затухания, поскольку сенсоры камер могут насыщаться при уровне освещенности всего 1,0 мкВт/см ² . Оптические аттенюаторы для профилирования лазерного луча могут безопасно обеспечивать оптическое ослабление до 16 порядков с очень небольшим искажением падающего луча. Для успешного выполнения оптического затухания требуется тщательное проектирование и выбор материалов. Высококачественные материалы, такие как плавленый кварц лазерного качества, с очень низким уровнем загрязнения, высокой прозрачностью, превосходным оптическим качеством поверхности и плоскостностью, обеспечивают некоторые из характеристик, необходимых для успешных многокиловаттных систем отбора проб лазерного луча.

Профилировщики профилей

Пироэлектрические и кремниевые детекторы с линейными матрицами, а также продукты со сканирующей апертурой использовались ранними изобретателями лазеров для контроля профиля интенсивности их невидимых лазерных лучей. Первоначальные профилировщики пучка на основе камеры включали аналоговые датчики CID (устройство ввода заряда) и CCD или, для NIR, видиконовые камеры с фотоэлектрическим катодом из сульфида свинца. Массивы пироэлектрических матриц с низким разрешением использовались для характеристики лазерных лучей, работающих в коротковолновом и длинноволновом ИК-диапазоне, поскольку эти матрицы были единственными доступными устройствами для обнаружения этих длин волн.

Неохлаждаемые системы измерения мощности лазера обеспечивают удобные измерения интенсивности на рабочем месте и даже в небольших ограниченных пространствах, например, в системах аддитивного производства. Предоставлено MKS/Ophir.

Сегодня 8-битные аналоговые камеры 1980-х годов были обновлены 12- и 14-битными мегапиксельными версиями с огромным динамическим диапазоном и пространственным разрешением. Профильные лучи камеры InGaAs с высоким разрешением в коротковолновом ИК (КВО) спектре, а также пироэлектрические и микроболометрические камеры широко используются для контроля лазеров MWIR и LWIR.

Возможности подключения камеры также значительно расширились, так как аналоговые интерфейсы были заменены. Вместо этого изображения с высоким разрешением оцифровываются в камере и отправляются по высокоскоростным кабелям USB 3.0 или Gigabit Ethernet в приложение для анализа луча, установленное на ноутбуке, ПК или смартфоне.

Современные лазерные измерительные системы могут измерять от фемтоватт до сотен киловатт и от пикоджоулей до сотен джоулей. Предоставлено компанией Coherent.

Сканирующие апертурные датчики второго поколения поставляются с широким спектром опций, которые обеспечивают полный охват лазерного спектра, от УФ до LWIR. Сканирующие щелевые системы и сканирующие точечные системы практически не требуют оптического затухания лазерного луча, что делает их очень удобными для промышленных применений, в которых обычны высокие уровни лазерного излучения. Благодаря использованию специальных материалов, сканирующей апертуры и продуктов для профилирования луча на основе камеры теперь можно контролировать сфокусированную область многокиловаттных волоконных и дисковых лазеров без риска повреждения датчика или оптики выборки луча.

Измерение мощности сегодня

Неохлаждаемая система измерения мощности лазера для непрерывного или импульсного лазера делает мониторинг интенсивности луча удобным на рабочем месте. Существующие системы, такие как прибор Ophir Ariel, могут профилировать выходную мощность до 8000 Вт без необходимости водяного охлаждения для измерения несфокусированных лучей при типичной плотности вычислительной мощности. Приложения для таких инструментов включают профилирование мощности и энергии лазеров, используемых для аддитивного производства, а также для резки, сварки, термообработки и других операций обработки материалов.

Бесконтактные лазерные анализаторы могут одновременно контролировать всю каустику области фокусировки и мощность лазера. Предоставлено MKS/Ophir.

Семейство высокоскоростных тонкопленочных пироэлектрических датчиков Coherent PowerMax-Pro еще раз иллюстрирует, как профилирование луча мигрировало из лаборатории в производственные цеха.

Эта технология обеспечивает откалиброванное измерение мощности и мониторинг формы импульса с микросекундным временем нарастания для лазеров MWIR и FWIR, используемых для высокоточной микрообработки и обработки материалов, таких как сварка пластика и скрайбирование стекла.

Бесконтактное измерение

Многокиловаттные волоконные и дисковые лазеры, используемые для сборки топливных элементов и сварки компонентов батарей, теперь можно контролировать с помощью систем бесконтактного профилирования луча. Эти интегрированные системы находят фокальную плоскость — место вдоль оси распространения пятна наименьшего размера — и на основе общей мощности луча определяют положение профиля распределения освещенности, в котором применяется лазерная энергия. Критические рабочие параметры, такие как смещение фокуса или изменение положения талии, глубина фокуса, размер луча, мощность и освещенность в рабочей плоскости, — все это показатели производительности лазерной системы. Правильное освещение рабочей поверхности порошкового слоя является особенно важным показателем успешной сборки для приложений аддитивного производства. Текущие измерительные решения также сохраняют данные, что позволяет сравнивать все перечисленные параметры производительности с предыдущими профилями производительности.

Бесконтактные лазерные анализаторы могут одновременно контролировать всю область фокусировки, каустику луча и мощность лазера. Изображения, полученные в результате этих измерений, определяют профиль освещенности, доступный для лазерного процесса. Измерение параметров лазера до и после каждого процесса может немного замедлить процесс, но это гарантирует, что к детали применяется правильная энергия/излучение для получения желаемого результата процесса. Отсутствие точного контроля параметров, таких как мощность лазера, энергия и излучение на заготовке, может привести к потере ценных материалов и времени обработки. Кроме того, это подвергает процесс несоответствующим требованиям условиям, что может привести к увеличению брака и ухудшению процесса до такой степени, что это негативно повлияет на срок службы конечного продукта.

Что дальше?

На протяжении десятилетий лазерная технология зависела от измерительных систем и методов, что позволяло расширять область применения и улучшать как производительность, так и продукцию лазерных разработок.

Современные применения промышленных лазеров напрямую выигрывают от измерительных технологий, и дальнейшее внедрение лазерных инструментов зависит от высокоточного анализа критических параметров лазера, таких как выходная мощность или энергия, излучение на заготовке, положение в фокальной плоскости и стабильность луч.

Изобретательность всегда играла важную роль в разработке инструментов для лазерных измерений, и современные технологии мониторинга готовы помочь совершить следующую революцию в лазерной обработке материалов. Любое начинание, основанное на лазере, выиграет от более глубокого понимания производительности лазера.

В будущем мониторинг производительности лазерной системы может стать стандартной практикой для ведения постоянной записи правильной освещенности для целей мониторинга процесса. Четкий профиль оптимального луча, применяемого к процессу, поможет изолировать или оправдать лазер как виновника, если процесс ухудшится. Но это также может помочь обеспечить успех операций лазерной обработки с высокой добавленной стоимостью, проверяя, что процесс стабилен и воспроизводим, и что он поддерживает условия, которые ранее производили качественную продукцию.

Без сомнения, появятся новые технологии и методики измерения, которые сделают возможными новые революции в лазерной обработке и критически важные новые применения света.

Что дальше? Более продвинутый датчик можно ожидать, что технологии, такие как камеры с меньшими пикселями, более крупными датчиками и расширенным охватом длин волн, станут более широко использоваться по мере снижения их стоимости. Компактная оптика для отбора проб лазерного луча позволит проводить анализ луча на линии и в режиме реального времени. И бесконтактные методы будут более широко использоваться.

В конце концов, проще измерять параметры лазера до и во время процессов, решать проблемы по мере их возникновения, а не переделывать или утилизировать изделия, изготовленные из недостаточное знание переменных процесса.

Работу мощных лазерных систем теперь можно легко контролировать. Быстрые, неохлаждаемые датчики мощности и бесконтактные инструменты для профилирования луча упрощают определение характеристик и снижают затраты. Первые пионеры лазеров осознали необходимость точных, воспроизводимых измерений. Можете ли вы позволить себе не знать свой лазер?

Познакомьтесь с автором

Кевин Д. Киркхэм (Kevin D. Kirkham) — старший менеджер по развитию нового бизнеса Ophir в MKS Instruments. Он имеет более чем 30-летний опыт работы в области лазерной диагностики и оценки качества. До работы в MKS он был менеджером по продукции в Coherent Inc. и региональным менеджером по продажам в Molectron Detector; электронная почта: [электронная почта защищена].

О компании MKS Ophir, Light & Measurement

Системы профилирования луча и их применение

Системы профилирования луча являются важной технологией, обеспечивающей качество и однородность лазеров. Профилировщики луча измеряют оптическую пространственную интенсивность входного лазерного луча, предоставляя информацию об однородности луча во времени, а также в разных областях луча. Лазеры используются повсеместно — для передачи сигналов, спектроскопии, производства и многих других областей — поэтому крайне важно, чтобы применяемый лазерный луч был должным образом откалиброван по своим свойствам и постоянству с высокой степенью точности. 92, произведение угла расхождения на радиус перетяжки). Тем не менее, огромное количество лазерных приложений поддается соразмерно разнообразному количеству различных лазерных лучей, а это означает, что ни один профилировщик одного луча не подходит для каждой задачи.

Какие существуют типы систем профилирования балки?

На рынке доступны два основных типа систем профилирования лазерного луча: профилировщики на основе камеры и профилировщики с ножевым краем или сканирующей щелью. Профилировщики луча на основе камеры включают прямое освещение лазером ПЗС- или КМОП-сенсора для непосредственного измерения интенсивности профиля лазерного луча до определенного разрешения на основе пикселей. Лазерные профилировщики на основе камер являются сегодня наиболее часто используемыми системами на рынке. В профилировщиках с ножевым краем используется вращающееся лезвие или «нож», позволяющий анализировать части лазерного сигнала с помощью измерителя мощности, после чего программное обеспечение может реконструировать полный профиль луча. Преимущество профилировщиков пучка с остроконечной кромкой заключается в их обычно превосходном нижнем пределе разрешения, контролируемом дифракцией, который обычно составляет порядка микронов (по сравнению с десятками микрон, наблюдаемыми в профилировщиках пучка на основе камеры). Однако профилировщики остроконечного луча подходят только для непрерывных лазерных источников, а не для импульсных лазеров.

Для систем профилирования луча на основе камеры обычно необходимо ослабить измеряемый луч в зависимости от чувствительности используемой системы профилирования луча с помощью фильтров нейтральной плотности. Обычно это не требуется для систем профилирования луча с острой кромкой из-за небольшой площади поперечного сечения луча, анализируемого в любой момент времени. Одним из недостатков систем профилирования луча с острым краем является то, что они обычно измеряют луч только по нескольким осям луча, что не дает информации о луче, перпендикулярном направлению его движения по краю.

Системы на базе ПЗС- или КМОП-камер?

При выборе системы профилирования луча на основе камеры также необходимо учитывать систему формирования изображения – ПЗС или КМОП? ПЗС, или устройство с зарядовой связью , датчик изображения , использует матрицу фоточувствительных ячеек, которые перетасовывают фотоэлектроны из каждой ячейки в единый считывающий усилитель, что позволяет каждой ячейке использовать все свои возможности для преобразования светового сигнала в электронный сигнал. . Он также имеет тенденцию уменьшать шум в выходном цифровом сигнале, но требует больше времени для считывания. КМОП или 9С другой стороны, комплементарные системы датчиков изображения 0011 металл-оксид-полупроводник состоят из считывающих усилителей для каждой светочувствительной ячейки, которые преобразуют входной аналоговый свет в электронное напряжение. Хотя такая установка может увеличить сложность, датчики изображения CMOS часто считаются выгодными из-за их более широкой полосы пропускания и, как правило, имеют меньшую стоимость из-за отсутствия внешней электронной структуры для перемешивания и интерпретации сигналов, присутствующих в ПЗС-системах.

В настоящее время в большинстве профилировщиков луча используется датчик изображения CMOS из-за его более низкой стоимости и простоты изготовления. Как уже упоминалось, КМОП-системы, как правило, имеют более высокую пропускную способность, что позволяет быстрее обрабатывать изображения и, как правило, снижает энергопотребление. Кроме того, ПЗС-системы склонны к перенасыщению сигнала в ячейке, «проливу» своего лишнего сигнала в соседние ячейки и созданию эффекта цветения в цифровом сигнале. Хотя это обычно смягчается в КМОП-датчиках изображения из-за параллелизма аналого-цифрового преобразования, может быть сложнее исправить, когда это происходит из-за обилия активной электроники на борту, которую необходимо перевести в состояние низкого напряжения. для коррекции шума. Однако по мере развития технологии КМОП и совершенствования методов коррекции шума можно ожидать, что датчики изображения на основе КМОП будут продолжать доминировать на рынке.

Выбор системы профилирования балки для вашего применения

Различные профили балки для различных применений. Предоставлено UCSD

Системы профилирования балки чрезвычайно важны для целого ряда разнообразных приложений. Независимо от того, профилируете ли вы луч для волоконно-оптических, производственных или медицинских инструментов, знание однородности и стабильности луча может сделать или сломать лазерные приборы. Например, незнание диаграммы направленности лазера при производстве может привести к неравномерному резу или появлению нежелательных дефектов в изготавливаемом материале.

Первый фактор, который необходимо принять во внимание, это размер и форма используемого вами лазерного луча. Предварительное знание размера лазерного луча необходимо, особенно для пятен сфокусированного луча размером порядка микрона. При таких малых размерах системы профилирования луча на основе камер становятся невозможными, поскольку системы на основе камер обычно имеют общую чувствительную площадь порядка миллиметров. Это можно преодолеть с помощью расширителей луча или датчиков большой площади. С другой стороны, если ваш луч слишком велик для площади датчика, можно использовать расширитель луча в обратном направлении.

Форма лазерного луча также влияет на методы, используемые для профилирования луча. Как правило, гауссовский луч используется в приложениях, где желательно сконцентрировать лазерный луч в одной точке. Другой профиль луча, который может быть желательным – это профиль с плоской вершиной для равномерного распределения по площади (используется при фоторефракционной кератэктомии) или эллиптический профиль луча для целей лазерного производства. Различия в плотностях мощности, зависящие от формы луча, требуют различных уровней ослабления луча при использовании системы профилирования луча на основе камеры.