激光技術(shù)是60年代初發(fā)展起來的影響了人類生活方方面面的一門新興科學(xué),由于激光具有強(qiáng)度高、單色性好、相干性好和方向性好等特點(diǎn),在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,大大推動(dòng)了制造業(yè)的進(jìn)步。在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用了激光硯覺三維測(cè)量、激光層析成像、激光無損檢測(cè)技術(shù)和激光振動(dòng)測(cè)量。激光快速成型技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光打孔技術(shù)、激光標(biāo)記技術(shù)、激光熱處理技術(shù)和激光內(nèi)腔加工技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用,對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)辜、減少材料消耗有重要意義,也為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無污染制造提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
1 激光測(cè)試技術(shù)在先進(jìn)制造業(yè)中的應(yīng)用
制造生產(chǎn)中的許多信息需要通過檢測(cè)來提供,生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種故障要通過檢測(cè)去發(fā)現(xiàn)和防上,所需要的精度也要靠檢測(cè)來保證。沒有可靠的檢測(cè)就沒有現(xiàn)代化與自動(dòng)化,更沒有高效率和高質(zhì)量。為適應(yīng)柔性自動(dòng)化的需要,機(jī)器人必須有硯覺系統(tǒng),能對(duì)裝配件的形體與姿態(tài)進(jìn)行識(shí)別,應(yīng)裝有位置與觸覺傳感器,進(jìn)行精確定位與抓握力的控制,自動(dòng)導(dǎo)引車也應(yīng)有視覺或聲發(fā)射傳感器,以發(fā)現(xiàn)行進(jìn)中可能有的障礙物等。
1.1 激光視覺三維測(cè)量技術(shù)
隨汁算機(jī)技術(shù)的日益完善,集信息處理為一體的激光三維硯覺系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。工業(yè)硯覺測(cè)量技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)寧的應(yīng)用主要是視覺檢測(cè)和視覺引導(dǎo)。視覺檢測(cè)主要是使用圖像或圖像的一部分與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較、判別,以達(dá)到檢測(cè)、分析測(cè)試結(jié)果。硯覺引導(dǎo)是運(yùn)用圖像處理的方怯來引導(dǎo)自動(dòng)導(dǎo)向車等的行走路線,找到最佳路徑,克服行走障礙,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的、快速的裝配、上料等。
廣泛應(yīng)用的光點(diǎn)怯硯覺識(shí)別系統(tǒng)和片光怯硯覺識(shí)別系統(tǒng),能對(duì)三維零件和平面圖形進(jìn)行正確的識(shí)別和分類。提高測(cè)量精度和進(jìn)行快速測(cè)量,對(duì)大型復(fù)雜曲面的宏觀形狀測(cè)量具有廣闊的前景,三維測(cè)量技術(shù)解決了對(duì)氣輪機(jī)葉片等大型工件的曲面測(cè)量難題,有助于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真、模態(tài)分析和性能模擬,提高產(chǎn)品的設(shè)汁和制造質(zhì)量。三維測(cè)量技術(shù)在機(jī)器識(shí)別、實(shí)物模型、工業(yè)檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景越來越廣闊。
1.2 激光層析成像技術(shù)
通過激光掃描將激光源發(fā)出的激光照射到物體或流體的截面,探測(cè)陣列接受其透射光及散射光后,轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)宇信號(hào),獲得被測(cè)物體的數(shù)據(jù),然后再將所測(cè)得的數(shù)宇信號(hào)進(jìn)行處理,得到所測(cè)物體的每一像素點(diǎn)的參數(shù)值,根據(jù)像素矩陣經(jīng)圖像處理重建所測(cè)物體的圖像。激光層析成像技術(shù)在先進(jìn)制造業(yè)中的逆向工程,流體機(jī)械寧流場(chǎng)的溫度、密度、壓力和速度分析寧有很重要的應(yīng)用。
1.3 激光無損檢測(cè)技術(shù)
激光技術(shù)應(yīng)用于無損檢測(cè)的方法有激光全息干涉法、壓力波檢測(cè)怯、激光超生檢測(cè)怯。激光全息干涉技術(shù)能對(duì)金屬表面缺陷進(jìn)行檢測(cè),壓力波檢測(cè)怯是利用激光作用在材料上所產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)材料的內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè),激光超生檢測(cè)法是利用超聲到達(dá)被測(cè)物體表面或沿表面?zhèn)鞑r(shí),物體表面形狀或反射率的改變,將引起反射光的位置、強(qiáng)度對(duì)E位和頻率的變化來實(shí)現(xiàn)的。
1.4 機(jī)械振動(dòng)的激光測(cè)量技術(shù)
激光技術(shù)用于機(jī)械振動(dòng)測(cè)量的方怯有邁克爾遜光纖干涉測(cè)量、激光衍射測(cè)量、全息術(shù)干涉法測(cè)量、多普勒測(cè)量技術(shù)和聲光調(diào)制雙頻外差測(cè)試儀等。全息術(shù)干涉怯測(cè)量和多普勒測(cè)量技術(shù)為非接觸式測(cè)量,對(duì)被測(cè)物沒有影響,通過對(duì)全息干涉條紋進(jìn)行解調(diào)汁算,求出振動(dòng)機(jī)件各向的位移值、振動(dòng)頻辜,發(fā)現(xiàn)振源位置。通過對(duì)振動(dòng)的激光測(cè)量與振動(dòng)的特性分析,制造出輕量化、低噪聲、低袖耗、高性能的經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保型設(shè)備是現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展方向和目標(biāo)。
2 激光加工技術(shù)在先進(jìn)制造業(yè)中的應(yīng)用
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由于現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展,機(jī)械制造己包含著一種新的意義。它己經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的機(jī)械制造。它是集機(jī)械、電子、光學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)、激光學(xué)、管理學(xué)等最新成就為一體的一個(gè)新興技術(shù)與新興工業(yè)。
2.1 激光快速成型技術(shù)
傳統(tǒng)的工業(yè)成型技術(shù)大部分是遵循“去除法”的,如車削、銑削、鉆削、磨削、刨削;另外一些是采用模具進(jìn)行成形,如鑄造、沖壓。激光快速成形技術(shù)集成了激光技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)和材料技術(shù)的最新成果,根據(jù)汁算機(jī)設(shè)汁出的零件的CAD模型立體圖形,直接制造出模型,它制造模型的辦怯是在一層接一層的基礎(chǔ)上不斷添加材料。激光快速成型方法有,液態(tài)光敏聚合物選擇性固化、薄型材料選擇性切割、絲狀材料選擇性熔復(fù)、粉末材料選擇性燒結(jié)。
激光快速成型技術(shù)在模具制造寧的應(yīng)用最為廣泛,可以用快速成型件直接用作模具;用快速成形件作母模,翻制軟模具;用快速成形件翻制硬模具。用快速成形技術(shù)制作模具,既避開了復(fù)雜的機(jī)械切削加工,又可以保證模具的精度,還可以大大縮短制模時(shí)間、節(jié)省制模費(fèi)用,對(duì)于形狀復(fù)雜的精度模具,其優(yōu)點(diǎn)尤為突出。該技術(shù)己在航空航天、電子、汽車、家電等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,目前還存在著模具壽命相對(duì)較短的缺點(diǎn),即使是金屬面、硬背襯模具,其使用壽命也不及真正的金屬模,所以快速成形模具較適合于單件小批量生產(chǎn)。
2.2 激光焊接技術(shù)
激光焊接是目前工業(yè)激光應(yīng)用的第二大領(lǐng)域。激光焊接是把激光聚焦成很細(xì)的高能量密度光束照射到工件上,使工件受熱熔化,然后冷卻得到焊繞。激光焊結(jié)熔深大,速度快,效辜高;激光焊繞窄,熱影響區(qū)很小,工件變形也很小,可實(shí)現(xiàn)精密焊接,激光焊繞結(jié)構(gòu)均勻,品粒很小,氣孔少,夾雜缺陷少,在機(jī)械性能,抗蝕性能和電磁學(xué)性能上優(yōu)于常規(guī)焊接方法。
激光焊接技術(shù)具有鉚他序化效應(yīng),能純凈焊繞金屬,適用于相同和不同金屬材料間的焊接。激光焊接能量密度高,對(duì)高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱辜和物理特性相差很大的金屬焊接特別有利。目前,汽車行業(yè)將不同材質(zhì)的薄鋼板實(shí)施激光拼接焊后沖壓成型,激光拼接焊取代了電焊。通過光纖傳輸?shù)亩嗦芳す馐M(jìn)行多點(diǎn)或多組件焊接越來越普及。在遠(yuǎn)離裝配區(qū)的位置裝置一臺(tái)中心激光器,由技工操作將激光能量用光纖傳輸?shù)叫枰庸さ牡攸c(diǎn)從而最大限度的利用YAG系統(tǒng)的焊接效果。由于YAG激光器可利用光纖傳輸能量進(jìn)行遠(yuǎn)距高的焊接將大大促進(jìn)高功率YAG激光焊的發(fā)展。
2.3 激光切割技術(shù)
激光切割系統(tǒng)一直是激光加工應(yīng)用最廣泛的一項(xiàng)技術(shù),激光切割是利用激光束聚焦形成高功辜密度的光斑,將材料快速加熱至汽化溫度,再用噴射氣體吹化,以此分割材料。脈沖激光適用于金屬材料,連續(xù)激光適用于非金屬材料,后者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。
與計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)設(shè)備結(jié)合,激光束具有無限的仿形切割能力,切割軌跡修改方便;通過預(yù)先在汁算機(jī)內(nèi)設(shè)汁,進(jìn)行眾車復(fù)雜零件整張板徘料,可牢邵.車零件同時(shí)切割,提高效車,節(jié)省材料。激光切割無機(jī)械變形、無刀具磨損,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。激光切割技術(shù)用在零件生產(chǎn)線上,做平板切割等工序,配合其生產(chǎn)產(chǎn)品的一道工序,可為完成產(chǎn)品零件生產(chǎn)解決加工關(guān)鍵,或提高加工速度。
2.4 激光打孔技術(shù)
激光打孔技術(shù)具有精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成本低和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn),己成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家己將激光深微孔技術(shù)大規(guī)模地應(yīng)用到航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。國(guó)內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和大然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。目前,激光打孔朝著多樣化、高速度、孔徑更微小的方向發(fā)展。例如,在飛機(jī)機(jī)翼上打上 5萬個(gè)直徑為 0 064mm的小孔,可以大大減小氣流對(duì)飛機(jī)的阻力,取得節(jié)袖的效果。
2.5 激光標(biāo)記技術(shù)
激光標(biāo)記機(jī)的市場(chǎng)是近兒年發(fā)展最快的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。激光標(biāo)記是利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射,使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng),從而留下永久性標(biāo)記的一種技術(shù)。激光標(biāo)記有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),能標(biāo)記各種宇行、圖案、數(shù)宇以及條形碼,標(biāo)記線寬可小于0.0lmm。,可深可淺,對(duì)很小零件也可打標(biāo),這是其他標(biāo)記方法不能實(shí)現(xiàn)的;#p#分頁標(biāo)題#e#
激光打的標(biāo)記屬永久性,不像噴墨打印的宇可擦掉;可作防偽標(biāo)記。不易被人假冒;屬不接觸加工,所以對(duì)零件表面沒有損傷;標(biāo)記的宇符清晰,圖形質(zhì)量好;效率很高,成本低,可對(duì)多種材料進(jìn)行標(biāo)記;由汁算機(jī)操作易于更換標(biāo)記內(nèi)容,也可以一個(gè)零件一個(gè)標(biāo)記;由于有以上多種特點(diǎn),所以應(yīng)用越來越廣泛,特別是多種電子器件、集成電路模塊、汽車零件甚至汽車窗玻璃、導(dǎo)線、接插件、工具、醫(yī)療器械、精密儀器儀表、線路板、橡膠制品、計(jì)算機(jī)鍵盤、手機(jī)面板、精美禮品、玻璃制品等等。
2.6 激光熱處理技術(shù)
激光熱處理是利用高能激光照射到金屬表層,通過激光和金屬的交互作用達(dá)到改善金屬表面性能的目的。激光表面熱處理技術(shù)包括激光相變硬化技術(shù)、激光涂覆技術(shù)、激光合金化技術(shù)、激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)等,這些技術(shù)對(duì)改變材料的機(jī)械性能、耐熱性和耐腐蝕性等有重要作用。激光相變硬化〔即激光淬火〕是激光熱處理寧研究最早、最多、進(jìn)展最快、應(yīng)用最廣的一種新工藝,適用于大多數(shù)材料和不同形狀零件的不同部位,可提高零件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。激光合金化和激光涂覆是利用高功率激光束快速掃描金屬工件表面,使一種或多種合金元素與工件材料表面一起快速熔化再凝固,共同形成硬化層。激光表面合金化技術(shù)是材料表面局部改性處理的新方怯,激光沖擊強(qiáng)化使用脈沖寬度極短的激光照射到材料表面,可以產(chǎn)生高強(qiáng)度沖擊被,使得金屬材料的機(jī)械性能改善,阻止裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展,提高鋼、鋁、鐵等合金的強(qiáng)度和硬度,改善其抗疲勞性能。激光熱處理技術(shù)在汽車工業(yè)寧應(yīng)用廣泛,如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理,同時(shí)在航空航天、機(jī)床行業(yè)和其它機(jī)械行業(yè)也應(yīng)用廣泛。
2.7 激光內(nèi)腔加工技術(shù)
在光電通訊、制導(dǎo)和雷達(dá)等軍工和醫(yī)療器械上,經(jīng)常有一些高精度的內(nèi)腔形體零件,這些零件口小型腔大,有的內(nèi)腔形狀還比較復(fù)雜。如果用傳統(tǒng)的工藝方法,將它一分為二分別進(jìn)行加工,盡管能保證兩體加工精度很高,但是在合二為一的裝配中,無論什么裝配方法,都避免不了裝配誤差的存在,影響了產(chǎn)品的使用性能,難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)汁師的構(gòu)想。伴隨MEMS技術(shù)的發(fā)展,越來越多”口小肚子大”的內(nèi)腔形體零件需機(jī)械制造業(yè)突破原有的工藝方法去實(shí)現(xiàn)其加工。回此,加工復(fù)雜高精度內(nèi)腔形體難題己成為機(jī)械制造業(yè)刻不容緩亟待解決的間題。借助激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,把激光對(duì)透明材料的作用機(jī)理運(yùn)用到內(nèi)腔加工上,使上述間題的解決成為了現(xiàn)實(shí)。激光在固體材料透明材料內(nèi)部對(duì)材料產(chǎn)生作用,若激光的功辜密度大于介質(zhì)的破壞值,則在激光作用的很短時(shí)間內(nèi),強(qiáng)激光的輻射將導(dǎo)致介質(zhì)吸收大量的激光能量,產(chǎn)生使材料破壞的內(nèi)爆轟,形空隙,達(dá)到體內(nèi)局部切割的作用。由于切割過程相當(dāng)迅速,聚焦點(diǎn)周圍熱傳遞造成的熱損傷幾乎為零。該方法是非接觸加工,因而加工過程無變形,目無噪聲和化學(xué)污染。
3 結(jié)束語
當(dāng)前機(jī)械制造技術(shù)不僅在它的信息處理與控制等方面運(yùn)用了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光加工技術(shù),在加工機(jī)理、切削過程乃至所用的刀具也無不滲透著當(dāng)代的高新技術(shù),再也不是原來意義上的“機(jī)械加工”了。隨著激光技術(shù)的快速發(fā)展,激光在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,越來越重要,影響越來越大。激光快速找正、激光測(cè)量、激光成形加工、焊接、切割、標(biāo)記以及熱處理等激光技術(shù)在先進(jìn)制造業(yè)寧的應(yīng)用,必將引起機(jī)械制造業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的全面改觀。
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