制造業(yè)中的激光測(cè)試與激光加工技術(shù)

激光技術(shù)是60年代初發(fā)展起來(lái)的影響了人類(lèi)生活方方面面的一門(mén)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(jué)三維測(cè)量、激光層析成像、激光無(wú)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(wú)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(guò)檢測(cè)來(lái)提供，生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種故障要通過(guò)檢測(cè)去發(fā)現(xiàn)和防上，所需要的精度也要靠檢測(cè)來(lái)保證。沒(méi)有可靠的檢測(cè)就沒(méi)有現(xiàn)代化與自動(dòng)化，更沒(méi)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(jué)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(jué)傳感器，進(jìn)行精確定位與抓握力的控制，自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)也應(yīng)有視覺(jué)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(jué)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(jué)系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。工業(yè)硯覺(jué)測(cè)量技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)寧的應(yīng)用主要是視覺(jué)檢測(cè)和視覺(jué)引導(dǎo)。視覺(jué)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(jué)引導(dǎo)是運(yùn)用圖像處理的方怯來(lái)引導(dǎo)自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)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(jué)識(shí)別系統(tǒng)和片光怯硯覺(jué)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(lèi)。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(lái)越廣闊。

1．2 激光層析成像技術(shù)

通過(guò)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)

激光技術(shù)應(yīng)用于無(wú)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(lái)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(méi)有影響，通過(guò)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(guò)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

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(chē)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(kāi)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(chē)、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(chē)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(guò)光纖傳輸?shù)亩嗦芳す馐M(jìn)行多點(diǎn)或多組件焊接越來(lái)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。