激光加工机的工作原理VIP

1 AMADA 激光培训资料激光培训资料 激光加工机的工作原理 激 光激 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 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 m 可见光 可见光波长范围0 4 0 76 m 红外光 红外线波长范围为 0 76 1000 m 为了实际应用方便 又将 其划分为 近红外 0 76 3 0 m 中红外 3 0 6 0 m 远红外 6 0 15 0 m 和超远红外 15 1000 m 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 10 8m 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 m 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 2 图一 CO2 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 5 N 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 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 3 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 6m 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 6m 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 二二 激光的特性激光的特性 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 4 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 激光的反射性良好 具有良好的折射 透射 聚焦特性 四 四 激光的危害性 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 5 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 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 五五 激光的分类激光的分类 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 6 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 光束质量好 基模或 TEM01 模 2 功率密度高 3 电光效