激光加工机的工作原理
激光加工工作原理
激光加工工作原理激光加工是一种利用高能量密度的激光束对材料进行切割、焊接、打孔等加工的方法。
其工作原理主要包括激光产生、激光传输、激光聚焦、激光作用以及加工控制等方面。
1.激光产生激光的产生是通过激发介质在特定环境下产生的。
通常使用的是气体、液体或固体介质，如二氧化碳、氢气、氮气、金属等。
在介质中加入特定元素，如二氧化碳气体，通过放电或燃烧等方法将介质加热到高温状态，然后通过反射镜和透镜的组合将光能聚焦到一点上，形成高能量密度的激光束。
2.激光传输产生的激光需要通过传输系统将其传输到加工区域。
传输过程中，激光束通常会被封闭在保护罩内，以防止激光辐射对工作人员和环境造成伤害。
同时，还需要使用光导纤维或反射镜等装置将激光传输到加工区域。
3.激光聚焦在加工区域，激光束需要通过聚焦系统将其缩小到一定尺寸，以便进行精细的加工操作。
聚焦系统通常由一组反射镜和透镜组成，可以将激光束缩小到微米级别，从而实现对材料的精细加工。
4.激光作用聚焦后的激光束会作用在材料表面上，根据不同的加工需求进行切割、焊接、打孔等操作。
激光作用过程中，材料表面的温度会迅速升高，导致材料熔化、汽化或发生化学反应，从而实现加工操作。
5.加工控制激光加工过程中需要对其进行精确控制，以确保加工质量和效率。
控制系统中通常包含各种传感器和执行器，如位置传感器、速度传感器、功率传感器等，用于监测和控制激光束的位置、速度和功率等参数。
同时，还需要使用计算机数控系统对加工过程进行精确控制，实现自动化加工。
总之，激光加工工作原理是通过产生高能量密度的激光束，将其传输到加工区域并进行聚焦操作，然后对材料表面进行作用实现加工操作。
整个过程需要精确控制以确保加工质量和效率。
第五章 激光加工
频率的脉冲激光器。
• 切割金属材料：同轴吹氧工艺
• 切割布匹、纸张、木材等易燃材料：同轴吹保护
气体（二氧化碳、氮气等）
激 光 加 工
三、激光刻蚀打标记
• 小功率的激光束可用于对金属或非金属表面进行 刻蚀打标，加工出文字图案或工艺美术品。例如， 可在竹片上刻写缩微的孙子兵法、毛主席诗词等。 • 激光还可用于表面热处理、表面改性等加工。
激 光 加 工
激 光 加 工 根据光的量子学说，又可以认为光是一种具有一定能量 的以光速运动的粒子流，这种具有一定能量的粒子就称为光 子。不同频率的光对应于不同能量的光子，光子的能量与光 的频率成正比，即
E = hν
式中：E—光子能量； —光的频率；
h—普朗克常数。
一束光的强弱与这束光所含的光子多少有关，对同一频率 的光来说，所含的光子数多，即表现为强；反之，表现为弱。
2、按工作 方式分类
（一） 固体激光器
1.固体激光器的基本组成： 工作物质、光泵（脉冲氙灯）、玻璃套管、滤光液、冷却水、
聚光器、谐振腔等
激 光 加 工
光学谐振腔作用：
是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其
他频率和方向的光加以抑制。如图，凡不沿谐振腔轴线运动的 光子均很快逸出腔外，与工作介质不再接触。沿轴线运动的光
激 光 加 工
第一节 激光加工的原理与特点 （一）光的物理概念及原子的发光过程 1．光的物理概念
光具有波粒二象性。根据光的电磁学说，可以 认为光实质上是在一定波长范围内的电磁波。
c λ= ν
人们能够看见的光称为可见光，它的波长为0.4～0.76 μm。可见光根据波长不同分为红、橙、黄、绿、蓝、 青、紫等七种光，波长大于0.76的称红外光或红外 线，小于0.4的称紫外光或紫外线。
激光雕刻机的结构和工作原理
激光雕刻机的结构和工作原理激光雕刻机是一种将计算机中的图像或文字通过激光焊接在不同材质表面上的设备。
与传统机械雕刻不同，激光雕刻机由于是使用激光进行雕刻，因此具有高精度、高速度等优点，广泛应用于纪念品、礼品、宣传品等行业。
这里将介绍激光雕刻机的结构和工作原理。
激光雕刻机的结构激光雕刻机主要由以下四个部分组成：1. 激光器激光器是激光雕刻机的核心组件，用于产生一束聚焦到几乎可见的小点的高能量激光束。
激光器中的气体分子被激发时，将能量释放出来，将电子从低能级跃迁到更高能级。
当电子回到低能级时，会释放出一束光。
激光器中的放大介质包括CO2、Nd:YAG等，它们在激光材料中有不同的激发方法。
2. 控制系统激光雕刻机的控制系统主要由计算机、运动控制卡、马达、传感器以及运动系统等组成。
计算机下达指令后，会通过运动控制卡将指令发送给运动系统，运动系统会驱动马达完成对工件的运动，马达的位置信息会通过传感器返回至运动控制卡进行反馈。
3. 光路系统激光雕刻机中的光路系统主要由反射镜以及凸透镜等组成，其功能是将激光发生器发出的光束反射、折射和聚焦，传送到要处理材料表面。
通过调整凸透镜的位置和倾斜角度，可以使激光束成为一个尖锐的光点，保证刻画的效果可以满足要求。
4. 工作台工作台是激光雕刻机的基础，可以分为标准固定工作台与真空吸附工作台两种。
其主要功能是固定要雕刻加工的物品，并使其与激光束相对应，在或纸、塑料、木、皮革、织物等材质上进行刻画。
激光雕刻机的工作原理激光雕刻机将计算机中的文字或图像设计，根据设计要求选择不同的激光适配器，然后必须使工作板最佳位置。
然后开启激光照射工件，激光束成层次状地照耀于工作板之上，通过激光的高温烧蚀的方式进行凸起和微观断裂，使被雕刻平面上出现文字、图案或图像。
激光刻画的原理是通过控制遮光板人机放置在工艺头两侧的，然后在工艺头两侧开一些罅隙，以便激光穿过罅隙照射到工件平面发生酸蚀，即所谓的点蚀(Keyhole)或拓个洞(Hole drilling)。
激光机的工作原理
激光机的工作原理
激光机的工作原理基于聚集的光子通过受激辐射的过程产生一束非常高度同步、高亮度的电磁波。
具体来说，激光机的工作原理包括以下几个关键步骤：
1. 激光介质激发：激光机通过光泵或电激励等方式，将激光介质（可以是气体、液体或固体）的原子或分子从基态激发到激发态，使其处于一个高能量的激发态。
2. 光子受激辐射：当激发态的原子或分子通过碰撞或光子的相互作用，释放出与激发态能量差相等的能量，这些能量以光子的形式释放出来。
3. 光子增益：在激光介质中，光子通过受激辐射过程不断放大，形成一束高度同性的光波。
4. 谐振腔：激光机通常包含一个或多个反射镜和一个透镜，它们构成一个谐振腔。
光波在谐振腔内不断反射，进一步增强光波的强度。
5. 输出激光：当光波在谐振腔内达到足够的强度时，它会被输出到激光机外部。
通过调整谐振腔的反射镜和透镜的位置，可以控制激光的输出方向和光束质量。
以上是激光机的基本工作原理，不同类型的激光机可能会有一些差异，但总体上都是基于上述原理。
激光加工.pdf
第七章激光加工第七章激光加工•激光加工（Laser Beam Machining，简称LBM）•激光是一种可控的单色光，强度高，能量密度大，可以在空气介质中高速加工•激光加工不需要任何加工工具，而且加工速度快、表面变形小•激光加工可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理、以及激光储存等各个领域12第一节激光加工的原理和特点一激光的产生原理第一节激光加工的原理和特点一激光的产生原理•激光是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度靠光热效应来加工各种材料的•原子是由原子核和绕核转动的电子组成的。
原子的内能就是电子绕原子核转动的动能和电子被原子核吸引的位能之和。
如果由于外界的作用，使电子与原子核的距离增大或缩小，则原子的内能也随之增大或缩小。
电子只有靠近原子核的轨道运动才是最稳定的，这时电子所处的状态称为“基态”。
当外界传给原子一定能量时，原子内能就会增加，外层电子的轨道半径会扩大，被激发到高能级，称为“激发态”或“高能态”•被激发到高能级的电子是很不稳定的，它总是力图回到低能级去。
电子从高能级回落到低能级的过程称为“跃迁”。
•基态原子可以长时间地存在，而处于激发状态的各种高能级原子停留的时间一般都较短。
而有些原子或离子的高能级或次高能级却有较长的寿命，这种寿命较长的较高能级称为亚稳态能级。
这种亚稳态能级的存在是形成激光的重要条件•当原子从高能级跃迁回到低能级或基态时，常会以光子的形式辐射出光能量34•原子从高能态自发地跃迁到低能态而发光的过程称为“自发辐射”•当一束光入射到具有大量激发态原子的系统中，这种光的频率v 与很接近，则处于激发能级上的电子在这束光的刺激下会跃迁到较低能级，同时发出一束光，这种发光过程称为“受激辐射”•具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发的条件下，会吸收光能，使处于较高能级的原子数目大于处于低能级的原子数目，这种现象称为“粒子数反转”h E E n 1−5•在粒子数反转的状态下，如果有一束光子照射该物体，而光子的能量恰好等于这两个能级相对应的能量差，这时就能产生受激辐射，输出大量的光能•用脉冲氙灯照射红宝石时，使红宝石中处于基态E 1的铬离子大量激发到E n 状态，由于E n 状态寿命很短，E n 状态的铬离子又很快跳到寿命较长的亚稳态E 2状态。
激光雕刻机工作原理
激光雕刻机工作原理
激光雕刻机工作原理：
①机器核心部件为激光器产生高能量密度光束通过聚焦镜片集中到极小焦点上；
②数控系统控制X Y轴电机带动工作台或激光头实现二维平面内精确移动定位；
③用户通过计算机软件设计图案文字等矢量图形文件导入控制系统作为加工指令；
④加工时激光束按照预设路径扫描材料表面瞬间高温使得接触部位瞬间气化蒸发；
⑤不同材质吸收激光能量效率各异需调整功率速度焦距等参数优化雕刻效果；
⑥木材皮革塑料等非金属材料通常采用CO2激光器金属加工则多见光纤或YAG类型；
⑥控制软件具备模拟仿真功能允许操作员预览最终成品避免材料浪费；
⑦排风除尘系统同步工作抽取切割过程中产生的烟雾颗粒物保持车间空气清洁；
⑧部分高端机型配备旋转装置支持圆柱形物体表面环绕雕刻扩展应用领域；
⑨安全防护措施不可或缺包括但不限于红外遮挡感应器紧急停止按钮等设计；
⑩定期维护保养内容涉及清洁光学元件润滑运动部件检查电缆连接状态；
⑪技术人员需掌握基本维修技能以便快速解决常见故障保障生产效率；
⑫随着工业4.0概念普及未来激光雕刻设备将更加智能化联网化满足个性化定制需求。
激光加工的基本工艺原理
激光加工的基本工艺原理激光加工是利用高能量密度的激光束对材料进行加工的一种先进的加工技术。
它具有加工精度高、加工速度快、加工质量好、灵活性强等特点，被广泛应用于工业制造、航空航天、电子、医疗等领域。
激光加工的基本原理是利用激光器发射出的单色、单向、高能量密度的激光束，通过对激光束的聚焦、导引和控制，将其集中在工件表面上的一个小区域上。
激光束与工件表面的相互作用产生多种物理和化学效应，从而实现对工件进行切割、焊接、钻孔等加工操作。
激光加工的基本工艺原理包括激光与材料的相互作用、激光的传输与聚焦、激光加热和激光驱动。
激光与材料相互作用是激光加工的基础。
激光束通过与材料相互作用，能够迅速提升材料的温度，引起材料的热膨胀和熔化。
激光能量在材料中的传播方式可以分为吸收、散射和透射三种形式。
材料的光学特性、热导率和熔点等参数会对激光加工的质量和效果产生重要影响。
激光的传输与聚焦是激光加工中的关键环节。
激光束从激光器发射出来后，需要通过光学系统进行传输和聚焦。
激光束的传输包括光纤传输和光路传输两种方式。
光纤传输具有高效率、低损耗和方便灵活等优点，适用于长距离传输。
而光路传输适用于短距离传输和精密加工，通常需要利用透镜进行光线的收敛和聚焦。
激光加热是激光加工的核心过程。
激光束集中在材料表面上后，会使材料被加热到高温状态。
激光加工的效果主要依赖于材料的吸收系数、光照时间和激光能量密度等参数。
如果激光能量密度过高，可能引起材料的焦化和蒸发；而如果激光能量密度过低，则无法达到所需的加工效果。
激光加热时的温度分布也会影响加工的精度和质量，因此必须进行合理的温度控制。
激光加工的驱动方式包括脉冲激光和连续激光两种形式。
脉冲激光的工作时间很短，能量较高，适用于对材料进行切割和打孔等加工；而连续激光的工作时间较长，能量较低，适用于对材料进行焊接和表面处理等加工。
不同的驱动方式可以根据不同的加工要求进行选择和调整，以达到最优的加工效果。
激光加工
激光加工原理及工艺摘要:激光加工作为一种特种加工工艺，从20世纪60年代发展起来现在已是相当成熟的一种特种加工技术。
与传统加工工艺不同，激光加工是利用光的能量，经过透镜聚焦，在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工各种材料。
激光束具有强度高，密度大，可以在空气介质中加工各种材料，在现代工业加工行业中应用越来越广泛。
由于激光加工其本身的各种优点，包括激光功率密度大、应力和热变形小、加工速度快、加工精密等。
无与伦比的优势使激光加工在激光打孔，激光打标、激光切割、电子器件的微调、激光焊接、热处理以及激光存储等各个领域，得到越来越多的应用。
激光技术在现代工业中应用显示出来其独特的优越性，所以受到人们的广泛重视，应用激光的行业包括机械行业、电子行业、制衣皮革等等。
未来激光加工会得到更大的应用。
关键词: 特种加工激光加工辐射。
引言：激光技术是20世纪60年代初诞生的,而且迅速发展的一门高新技术,他的出现深化了人们对光的认识,扩展了光为人类服务的领域。
激光加工在工业领域加速了人们对传统加工的改造,为现代工业加工技术提供了新的手段。
激光加工具有以下优点:(1)激光束能量高度集中,加工区域小,因而热变形小。
(2)加工质量和精度高。
(3)工件不受尺寸和形状限制(4)不需要冷却介质,而且无污染,噪声小劳动强度低,效率高。
正文1。
激光加工的原理(1)激光的产生光的产生于光源内部原子的远动状态有关。
原子内的原子核与核外电子间存在着相互吸引与排斥。
电子按一定半径的轨道围绕原子核旋转,当原子吸引一定的外来能量或向外释放一定的能量时,核外电子的运动轨道半径将发生改变,即产生能级变化,并发出光。
激光就是由处于激发状态的原子,离子或分子受激辐射而发出的光。
产生的方式有自发辐射、受激吸收、受激辐射、离子数反转。
(2)激光的特性方向性好，强度高能量集中，单色性好，相干性好(3)加工的原理激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后能达到很高的能量密度的特性，依靠光热效应来加工各种材料。
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激 光 -----Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) 译成中文意思是 :受激放射方式把光放大的一种方式 . 激光 最初的中文名叫做“镭射” 、 “莱塞” ，是它的英文名称ＬＡＳＥＲ的音译 激光也是一种光,同样也是一种电磁波 ,光根据不同的波长分为紫外线, 紫外线 波长范围为 0.01—0.4 μm,可见光 ,可见光波长范围 0.4—0.76μm, 红外光, 红外线波长范围为 0.76—1000μm，为了实际应用方便，又将 其划分为：近红外（ 0.76 —3.0 μm） ，中红外（ 3.0—6.0μm） ，远红外 （6.0—15.0μm）和超远红外（15—1000μm） 。微波 , 微波的波长范围 1mm—1m, 微 波 又 分 为 毫 米 波 1—10mm, 厘 米 波 1—10cm, 分 米 波 10—1m. 电磁波的波速： 电磁波是向空间各个方向传播的， 它传播的速度跟光 速相同，在真空中是 3×108m/s.波速 =波长×频率 在 1960.11 第一具 He-Ne 激光问世 在 1964 年第一具 CO2 激光问世 激光是怎么样产生的:我们现在工业生产中所用到 的激光是 CO2 激光 为什么呢,因为 CO2 激光 器效率高， 不造成工作介质损害， 发射出 10.6 μm 波长的不可见激光，是一种比较理想 的激光器。 我们 知道所谓 的激光就是要 激发那么 CO2 激光又是怎么来受激的 :
6
图二
CO2 激光 器的激发条件 :放电管中,通常如图中的 阳极和阴极这 间输入 的直流电流,放电时 ,放电管中的混合气体内 的氮气分 子由于受 到电子 的撞击而被激发起来.这时受到激发 的氮气分子便和 CO2 分子发生碰
2
撞,N2 分子把 自己的能量传 递给 C02 分子,CO2 分子从低能跃迁到高 能级上形成粒子数反转发出激光. 光学谐振腔:CO2 激光器的 谐振腔常用平凹腔,反射用 K8 光学玻璃或 光学石英,经加工成 曲率 半径的凹面镜 ,镜面 上镀有高 反射 性的 金属膜 ----镀金膜,在波长 10.6 µ m 处的反射率 达 98.8%,且化学性质稳定.二 氧化碳 发出 的光为红外光 .所以 反射光 需 要 应用 透 红外光和 材料 ,因 为普 通光学玻璃对 红外光不 透.就要求在全反射镜的中心开一小孔再 密封上一块能透过 10.6 µ m 激光的红外材料,以封闭气体 .在诣振腔 内 的光 子 经 过两块平行 的 反 射镜 来 回的 反射放大一 部分 再从这 一 小孔 输出 腔 外 形成一束 激光 .再经 过 安装 在机 床上 的 几 组镜片 传递到我们 要加工的材料表面.这就是我们机床 的发振到出光的一个过程. 二. 激光的特性 激 光 与 普 通 的 光 有 什 么 区 别 请 看 图 三
1.� 激光是单色 的(亮度高 )，在整个产生的机制中，只会产生一种波 长的光。这与普通的光不同，例如阳光和灯光都 是由多种波长的光合 成的，接近白光。 CO2 激光的亮度 比倍 ,太 阳要高 8 而铂玻璃激光亮
3
度比太阳表面亮 16 倍。 2.� 激光是相干 的，所有光子都有 相同的相，相同的偏振，它们迭加 起来便产生很大的强度。而在日常生 活中 所见的光，它们的相和偏振 是随机的，相对 于激光，这些 光就弱得多了。 3. � 激光的方向性好,激光光斑只要有杯口那么大，就 是发射到 38 万千 米外的月球上 ，光圈的 直径 也不 过 2 千米，在地球 上看 去，只 是一个明亮的红点。利用激光的这一特性，科学家在 1962 年测出 了 地球与月球的精确距离. 4.
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能说完全安全，不要直接 在光束内观察，也不要用 Class II 激光直 接 照射别人的眼睛，避免用远望设备观察 Class II 激光。典型应用如课 堂演示，激光教鞭，瞄准设备和测距仪等。 Class III ：中输出激光，光束若直接射入 眼睛，会 产生 伤害，基于 某些安全的理由，进一步分为 IIIA 和 IIIB 级。 IIIA 级 为可见光的连续激光，输出为 1-5mW 的激光束，光束的能量 密度不要超过 25W ／ｍｍ，避免 用远望设备观察 IIIA 激光，这样可 能增大危险。 IIIA 的典型应用和 Class II 级有很多相同之处，如激光 教鞭，激光扫描仪等。 III B 级 为 5-500mW 的连续激光， 直接在光束内观察有危险。但最小 照射距离为 13cm，最大照 射时间十秒以 下为安全。IIIB 激光的典型 应用如光谱测定和娱乐灯光表演等。 ClassIV：高输出连续激光（大于 500mW） ，高过第 三级，有火灾 的 危险，扩散反射也有危险。典型应用如外科手术，研究 ，切割，焊接 和显微机械加工等。 五 .激光的分类 : 按气体的工作形式可分封闭式及循环式，按激 励方式分电激励，化学 激励，热激励，光激励 与核激励 等。在医疗中使 用的 CO2 激光 器几乎 百分之百是电激励。 我们重点说一下 CO2 激光特征:CO2 激光又可分为三类: 1.封离型 CO2 激光器 在加工中仅需数百瓦级激光功率时,采用此种准封 离型 CO2 激光
�
激光的反射性良好,具有良好的折射,透射,聚焦特性.
四. 激光的危害性:
根 据 激 光 对 人 体 的 危 险 度 分 类 ， 在 光 束 内 观 察 对 眼 睛 的 MPE （maximal possible effect 最大可 能的影响）做基准，可分为一到四 级。激光产品厂商应该把 Class II, III 和 IV 的警示标签贴到相应的 激光产品上。 Class I：低输出激光（功率小于 0.4mW） ，不论何种条件下对 眼睛和 皮肤 ， 都 不 会 超 过 MPE 值 ， 甚至 通过 光 学 系统聚焦后 也不 会 超 过 MPE 值。可以保证设计上的安全 ，不必特别管 理。典型应用 如激光 教鞭，CD 播放机，CD-ROM 设备，地质勘探设备和实验室分 析仪器 等。 Class II：低输出的可视激光（ 功率 0.4mW-1mW） ，人闭合眼睛的 反 应时间为 0.25 秒 ， 用这段时间算出的曝光量不可 以超过 MPE 值。通 常 1mW 以下的激光，会导致晕眩无法思 考，用闭合眼睛 来保护，不
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器是适宜的 2.快速轴流式 CO2 激光器 快速轴流 CO2 激光器的主要特点有: (1) (2) (3) (4) (5) 光 束质量好 (基模或 TEM01 模) 功 率密度高 电光效率高 ,可达 26% 结构紧凑 可 以连续和脉冲双制运行
因此 ,这种类型 CO2 激光器使用范围很广 3.横向流动型激光器 可以有输出较高的激光功率 达每米 10KW,但激光每 光束质量较差,所 以 一 般 用 于 材料 的 表面改 性 加工 领域 ,如 激光 表面 淬火 ,激光 表面 合 金化 , 激光的激 发过程：如图一所示 ,CO2 激光器中，主要的工作 物质由 CO2，N2，He 三种气体组成。它们的比率是 CO2 5: N2 55: He 40\CO ２ 5:N２ 34:He 61 其它们的纯 度为 99.99%,99.995%,99.995%.其
中 CO2 是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加 入其中 的氦，可以加速 010 能级热弛预过程，因此有利于激光 能级 100 及 020 的抽空。氮气 加入主要在 CO2 激光器中起能量传递作用，为 CO2 激光 上能级粒子数的 积累与大 功 率高效率的激光 输出起到强有力 的 作用。 CO2 激光器的 结构图:如图二所示.