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激光技術用于檢測工作主要是利用激光的優異特性,將它作為光源,配以相應的光電元件來實現的。它具有精度高、測量范圍大、檢測時間短、非接觸式等優點,常用于測量長度、位移、速度、振動等參數。當測定對象物受到激光照射時,激光的某些特性會發生變化,通過測定其響應如強度、速度或種類等,就可以知道測定物的 形狀、物理、化學特征,以及他們的變化量。響應種類有:光、聲、熱,離子,中性粒子等生成物的釋放,以及反射光、透射光、散射光等的振幅、相位、頻率、偏振光方向以及傳播方向等的變化。

 

◆激光測距:激光測距的基本原理是:將光速為 C 的激光射向被測目標,測量它返回的時間,由此求得激光器與被測目標間的距離 d 。即:d=ct/2   式中t—激光發出與接收到返回信號之間的時間間隔??梢娺@種激光測距的精度取決于測時精度。由于它利用的是脈沖激光束,為了提高精度,要求激光脈沖寬度窄,光接收器響應速度快。所以,遠距離測量常用輸出功率較大的固體激光器與二氧化碳激光器作為激光源;近距離測量則用砷化鎵半導體激光器作為激光源。


◆激光測長:從光學原理可知,單色光的最大可測長度L與光源波長λ和譜線寬度Δλ的關系用普通單色光源測量,最大可測長度78cm。若被測對象超過78cm,就須分 段測量,這將降低測量精度。若用氦氖激光器作光源,則最大可測長度可達幾十公里。通常測長范圍不超過10m,其測量精度可保證在0.1μm以內。

 

◆激光干涉測量:激光干涉測量的原理是利用激光的特性-相干性,對相位變化的信息進行處理。由于光是一種高頻電磁波,直接觀測其相位的變化比較困難,因此使用干涉技術將相位差變換為光強的變化,觀測起來就容易的多。通常利用基準反射面的參照光和觀測物體反射的觀測光產生的干涉,或者是參照光和通過觀測物體后相位發生變 化的光之間的干涉,就可以非接觸地測量被測物體的距離以及物體的大小,形狀等,其測量精度達到光的波長量級。因為光的波長非常短,所以測量精度相當高。

 

◆激光雷達:激光雷達是用于向空中發射激光束,并對其散射信號光進行分析與處理,以獲知空氣中的懸浮分子的種類和數量以及距離,利用短脈沖激光,可以按時間序列觀測每個脈沖所包含的信息,即可獲得對象物質的三維空間分布及其移動速度、方向等方面的信息。如果使用皮秒級的脈沖激光,其空間分辨率可以達到 10cm以下。激光照射在物體上后,會發生散射,按照光子能量是否發生變化,散射分為彈性散射和非彈性散射兩種類型。彈性散射又有瑞利散射和米氏散射之分。相對于激光波長而言,散射體的尺寸非常小時,稱為瑞利散射;與激光波長相當的散射,稱之為米氏散射。瑞利散射強度與照射激光波長的四次方成反比,所 以,通過改變波長的測量方式就可以和米氏散射區別開。相應地,非彈性散射也有拉曼散射和布里淵散射兩種。拉曼散射是指光遇到原子或分子發生散射時,由于散射體的固有振動以及回轉能和能量的交換,致使散射光的頻率發生變化的現象。拉曼散射所表現出的特征,因組成物質的分子結構的不同而不同,因此,將接收的散 射光譜進行分光,通過光譜分析法可以很容易鑒定分子種類。所以,通過測量散射光,就可以測定空氣中是否有亂氣流(米氏散射),以及CO、NO等各種大氣污 染物的種類及數量(拉曼散射)。由此可見,激光雷達技術在解決環境問題方面占據著舉足輕重的位置。

 

激光加工是激光系統最常用的應用。根據激光束與材料相互作用的機理,大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學反應加工兩類。激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產生的熱效應來完成加工過程,包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標、激光鉆孔和微加工等;光化學反應加工是指激光束照射到物體,借助高密 度高能光子引發或控制光化學反應的加工過程。包括光化學沉積、立體光刻、激光刻蝕等。

由于激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性四大特性,因此就給激光加工帶來一些其它加工方法所不具備的特性。由于它是無接觸加工,對工件無直接沖擊,因此無機械變形;激光加工過程中無"刀具"磨損,無"切削力"作用于工件;激光加工過程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,對非激光照射部位沒有或影響極小。因此,其熱影響的區小工件熱變形小后續加工最??;由于激光束易于導向、聚焦、實現方向變換,極易與數控系統配合、對復雜工件 進行加工因此它是一種極為靈活的加工方法;生產效率高,加工質量穩定可靠,經濟效益和社會效益好。

激光加工作為先進制造技術已廣泛應用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等國民經濟重要部門,對提高產品質量、勞動生產率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。

 

◆激光切割:激光切割技術廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工中,可大大減少加工時間,降低加工成本,提高工件質量。激光切割是應用激光聚焦后產生的高功率密度能量來實現的。與傳統的板材加工方法相比 , 激光切割其具有高的切割質量、高的切割速度、高的柔性(可隨意切割任意形狀)、廣泛的材料適應性等優點。

 

◆激光焊接:激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一,焊接過程屬熱傳導型,即激光輻射加熱工件表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復頻率等參數,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其獨特的優點,已成功地應用于微、小型零件焊接中。與其它焊接技術比較,激光焊接的 主要優點是:激光焊接速度快、深度大、變形小。能在室溫或特殊的條件下進行焊接,焊接設備裝置簡單。

 

◆激光鉆孔:隨著電子產品朝著便攜式、小型化的方向發展,對電路板小型化提出了越來越高的需求,提高電路板小型化水平的關鍵就是越來越窄的線寬和不同層面線路之間越來越小的微型過孔和盲孔。傳統的機械鉆孔最小的尺寸僅為100μm,這顯然已不能滿足要求,代而取之的是一種新型的激光微型過孔加工方式。目前用CO2激光器加工在工業上可獲得過孔直徑達到在30-40μm的小孔或用UV激光加工10μm左右的小孔。目前在世界范圍內激光在電路板微孔制作和電路板直接成型方面的研究成為激光加工應用的熱點,利用激光制作微孔及電路板直接成型與其它加工方法相比其優越性更為突出,具有極大的商業價值。

快速成型(RP)是一種創新技術,它可以在幾個小時內利用三維CAD設計的圖形直接生產出復雜零件。自從1988年第一臺快速成型系統出現以后,超過二十種以上的系統被開發,每一種系統都有一些細小的差別。最初,這些系統應用于汽車和航空領域,之后在許多其它的領域,例如玩具、電腦、珠寶及醫藥等領域都得到 了應用。

 

◆立體光固化(SLA):SLA 法是最早商品化、市場占有率最高的RP技術,它以光敏樹脂為原料,計算機控制紫外激光按零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進行逐點掃描,使被掃描區域的 樹脂薄層產生光聚合反應而固化,形成零件的一個薄層。一層固化完畢后,工作臺下移一個層厚的距離,以使在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態樹脂,然后就可進行下一層的掃描加工。新固化的一層牢固地粘在前一層上,如此反復直到整個原型制造完畢。

 

◆疊層法(LOM):LOM法出現于1985年。首先在基板上鋪上一層箔材(如紙張),然后用一定功率的紅外激光在計算機的控制下按分層信息切出輪廓,同時將非零件部分按一定的網格形狀切成碎片以便去除,加工完一層后,再鋪上一層箔材,用熱輥碾壓,使新鋪上的一層在粘接劑的作用下粘在已成型體上,再切割該層的形狀,如此反復 直至加工完畢。最后去除切碎的多余部分,便可得到完整的零件。

 

◆激光選區燒結法(SLS):SLS法采用紅外激光器作能源,使用的造型材料多為粉末材料。加工時,首先將粉末預熱到稍低于其熔點的溫度,然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平;激光束在計算機控制下根據分層截面信息進行有選擇地燒結,一層完成后再進行下一層燒結,全部燒結完后去掉多余的粉末,則就可以得到一燒結好的零件。目前成熟的工 藝材料為蠟粉及塑料粉,用金屬粉或陶瓷粉進行燒結的工藝還在研究之中。

 

◆融熔沉積法(FDM):FDM法是1988年發明的。噴頭中噴出的熔化材料在X-Y工作臺的帶動下,按截面形狀鋪在底板上,一層一層加工,最終制造出零件。商品化的FDM設備使用的材料范圍很廣,如鑄造石蠟、尼龍、熱塑性塑料、ABS等。此外為提高效率可以采用多個噴頭。

 

激光全息防偽技術是近年來在國內外受到普遍關注的一項現代化激光應用技術成果,它以深奧的全息成像原理及色彩斑斕的閃光效果博得消費者的青睞。激光全息圖像防偽技術是通過激光制版,將影像制作在塑料薄膜上,產生五光十色的衍射效果。并使圖片具有二維、三維空間感,在普通光線下,隱藏的圖像、信息會重 現。當光線在某一特定角度照射時,又會呈現新的圖像。這種模壓全息圖片可以像印刷一樣大批量快速復制,成本較低,且可以與各類印刷技術相結合使用。    

隨著全息技術的不斷創新和發展,出現了許多以全息圖為載體的新技術,如動態全息技術, 2D/3D技術、點陣全息技術、縮微加密技術、合成加密技術、光化浮雕技術、機器識別信息技術等等。這使得全息防偽技術兼具一線防偽和二線防偽的特性,相信全息技術將會成為應用最為廣泛,防偽力度最強的防偽技術之一,并以其獨特的藝術效果和防偽性能,在印刷包裝領域中得到大規模應用。

 

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