激光技术应用讲座

1、激光技术应用讲座激光技术应用讲座 王王 波波 2015.03.19 大族激光科技产业集团股份有限公司是世界主要的激光加工设备生产厂商之一，2014年销售收入55亿元，全球激光上市公司市值排序中大族位列第二，净销售额第一。公司员工七千多人，近三千人的研发团队，拥有国内外专利280多项；计算机软件著作权106项，多项核心技术处于国际领先水平，是世界上仅有的几家拥有紫外激光专利的公司之一。大族激光于1996年成立于深圳特区，经过风雨十九载，大族激光已拥有激光打标机系列、激光焊接机系列、激光切割机系列、高功率激光切割及焊接设备、激光演示系列、PCB钻孔机系列、直线电机、LED设备等多个系列二百余种工业

2、激光设备及其配套产品,并在光电产业及新能源进行有效布局。公司产品涉及电子电气、集成电路、仪器仪表、计算机制造、手机通讯、汽车配件、精密器械、建筑建材、服装服饰、城市灯光、金银首饰、工艺礼品等多种行业，近几年又渗透到航空航天，轨道交通等行业。 公司于2004年6月登陆深交所，股票代码：002008；是中小企业板首批上市的八家企业之一。公司简介q中国首家以激光为主业的上市公司q激光设备产销量世界第一q国家级创新型试点企业q国家重点高新技术企业q国家火炬计划、863计划项目单位q国家科技成果重点推广示范企业 q广东省装备制造业重点企业公司总部-大族科技中心公司简介全球最大的激光设备制造基地福永基地大

3、族激光研发大厦公司简介 大族激光创新大厦（面积9724.39）深圳南山中国高新技术产业和现代制造业的核心区域面积：面积：17.317.3万万m2m2北京亦 庄苏州大族激光工业园座落于苏州工业园区，北依中新科技城和京沪高铁，西临唯亭镇科技中心，占地面积64981.2平方米，总建筑面积将近8万平方米。工业厂房9栋，总建筑面积3.4万平方米，研发办公楼2栋16层，建筑面积4万多平方米。江苏苏州亦 庄公司简介深圳湾春茧 大族激光上市十年曁年终晚会公司简介公司简介公司部分客户公司简介 55亿1.65亿2.8亿4.08亿2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年5.56亿15亿

4、8.23亿17.15亿22亿2009年31亿2010年 36亿2011年 43亿2012年 43亿2013年2014年u 每年高昂的研发经费投入u 全系列产品线布局u 低成本高质量的产品控制u 市场导向的组织架构与体制u快速的客户需求响应与完善的服务u 。公司简介公司产品 大族激光自主研发的三维五轴激光切割机，是一种能精密加工具有复杂曲面三维件的尖端设备，不仅加工精度高，而且切割端面质量光滑，配备三维离线编程软件，结合稳定可靠的工件夹具，对批量化工件的加工可以做到一次编程、无限切割，保证工件品质的始终如一。三维头实现n360无限旋转高架龙门式结构，横梁移动，拥有最大的加工空间,三维加工幅面：

5、3500mm x 1500mmx750mm；主要适用于汽车制造、工程机械、模具、健身器材等领域的碳钢、不锈钢、钛合金、铝合金等材料的三维精密加工。 公司产品 G3015F光纤激光切割机广泛运用于钢铁、汽车、石油、化工、冶金、电子、电气、轨道交通、工程机械、食品机械、纺织机械、空调制造、电梯、建筑机械、环保机械、广告装饰等各行各业，拥有徐工集团、中国一汽、宇通客车、苏州金龙、日立电梯、中集集团、时风集团等知名企业客户。 自大族激光于2009年推出国内第一台高功率光纤激光切割机以来，现已在全球累计安装运行1500余台，占有国内市场80%以上份额。在高功率激光切割领域，大族激光推动了整个激光切割产业

6、的发展和革命，开创钣金加工新时代，引领光纤激光切割产品与技术的世界潮流。光纤激光切割机系列光纤激光切割机系列累积装机累积装机1500台台产销量全球第一产销量全球第一激光切割专家激光切割专家 公司产品激光自熔焊：激光自熔焊：是指将高能量强度的激光束直接照射至材料表面，通过激光与材料的相互作用，使材料内部熔化，继而冷却结晶形成焊缝。根据热力学机理的不同，激光自熔焊又可分为激光热传导焊和激光深熔焊。热导焊时材料只是熔化，焊接过程简单平稳、熔深小；深熔焊时材料发生了熔化、汽化和等离子化等一系过程，并伴有小孔效应，过程复杂，具有较大深宽比，是工业应用的主要激光焊接方法。 公司产品 主要用于光学玻璃、陶瓷

7、、电子材料及硅、锗、计算机磁盘等金属、非金属硬脆材料的四动双面高精度研磨/抛光加工，也可用于其它异形硬脆材料平行平面的高精度双面研磨/抛光加工 。双面研磨抛光机双面研磨抛光机HSP-9B1M-5L/P型型 样品样品 公司产品 WIZblade 主要用于航空喷射发动机叶片和电动涡轮机叶片的解决方案。其特点： 高速 & 生产能力 高精度&重复定位精度 无需精密的治具&夹具 快速&简单的安装 微小特征的测量 亮面及全透明和彩色零部件的测量 公司产品睿逸系列以可靠的DLP技术为基础，以层为单位，逐层曝光模型数据，实现高速度，高精度，高均匀度的三维成型，成型精度、速度，均

8、匀性较FDM技术提高数倍，特别适用于有高精度要求的3D打印领域。数字牙科是指借助计算机技术和数字设备辅助诊断，设计，治疗，信息追溯。 口腔修复体的设计与制作目前在临床上仍以手工为主，效率较低，数字化的技术不仅解决了手工作业繁琐的程序，更消除了手工建模精确度及效率低下的瓶颈。 通过三维扫描、CAD/CAM 设计，牙科实验室可以准确、快速、高效地设计牙冠、牙桥、石膏模型和种植导板，矫正器等，将设计的数据通过3D打印技术直接制造出树脂模型，实现整个过程的数字化，3D打印技术的应用，进一步简化了制造环节的工序，大大缩短了口腔修复的周期。睿逸系列3D打印机公司产品光电转换效率极高，省电； 体积小，占地面

9、积小； 不需要冷水机，完全风冷；寿命长，无耗材，免维护； 极高的重复频率，打标速度快；极高的光学质量，实现精细打标。 YLP-ST20E YLP-MDF系列系列公司产品 主要应用于太阳能行业单晶硅、多晶硅太阳能电池片和硅片的划片和刻槽；还可切割多种易碎物品，也可切割一些柔性金属和非金属薄。激光器类型 光纤激光器 工作台幅面 200mm200mm 最大切割速度 200mm/s 最大切割深度 0.5mm 最小线宽 0.02mm 整机功率 5KW 晶体硅太阳能电池激光切割机 激光原理最快的刀、最亮的光，最准的尺，奇异的激光亮度约为太阳光的100亿倍 单色性、方向性，干涉性，高亮度激光原理来自某光源的

10、光是从构成该光源的为数极多的原子或分子发射的光波合成的。各个原子从能量较高状态即激发态跃迁到能量较低状态时，将能量差以光的形式放出来，如左图。 粗略地看，可以把光波看成正弦波，实际上它不是无限连续，而只是持续时间极短时间（即原子激发态寿命10-8s）的波。构成光源的各原子在相互独立独立的任意时刻发射这样一段一段的光波，所以即使他们频率完全相同，相位也完全无关。电子从能量E2跃迁到E1时，发射频率为v=（E2-E1)/h的光子，h是普朗克常数光源发出的光波持续时间极短的正弦波，相位完全无关激光原理杨氏双缝干涉实验，若普通光源不经过A直接穿过B、C则无法产生干涉条纹激光直接穿过B、C产生干涉条纹

11、光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现 。微观粒子都具有特定的一套能级（通常这些能级是分立的）。任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态（或者简单地表述为处在某一个能级上）。与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差E，频率为=E/h（h为普朗克常量） 自发辐射受激吸收受激辐射激光原理激光器三要素：谐振腔，工作物质，泵浦系统。泵浦系统激励-粒子数分布反转-自发辐射-受激辐射光放大-激光振荡-激光输出粒子数反转：爱因斯坦1916提出受激辐射，激光器却在1960年问世，相隔44年，为什

12、么？主要原因是，普通光源中粒子产生受激辐射的概率极小。当频率一定的光射入工作物质时，受激辐射和受激吸收两过程同时存在，受激辐射使光子数增加，受激吸收却使光子数减小。物质处于热平衡态时，粒子在各能级上的分布，遵循平衡态下粒子的统计分布律。按统计分布规律，处在较低能级E1的粒子数必大于处在较高能级E2的粒子数。这样光穿过工作物质时，光的能量只会减弱不会加强。要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数。这种分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布。激光原理激光器在泵浦过程中，粒子数逐渐反转，Q值越来越大，若采用某种方法，突然在某一时刻使激活态粒子瞬间跃迁

13、到低能级，产生激光振荡，由于反转分布程度较大，脉冲宽度极小，激光振荡产生巨脉冲输出，这种方法就是常见的激光调Q，常见的调Q方法有机械调Q，电光调Q，声光调Q，可饱和滤光镜法等。电光调Q激光原理高品质固体激光器的应用 国内激光市场主要分为激光加工设备、光通信器件与设备、激光测量设备、激光器、激光医疗设备、激光元部件等，其产品主要应用于工业加工和光通信市场，两者占据了近7成的市场空间 ，随着激光技术的发展，我国激光应用领域将形成以激光加工、激光通信、激光医疗、激光显示、激光全息等为产业的激光产业群，行业发展前景看好 。 激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割

14、、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术。 热加工:具有较能量密度的激光束照射在被加工材料表面上,材料吸收激光能量,在热斑区域内热激光过程,从而使材料表面温度上升,产生熔融烧蚀汽化蒸发等现象. 冷加工:具有很高负荷(紫外)光子能够打断材料或周围介子内的化学键,致使材料发生非热过程破坏,这种冷激光在激光加工标记中具有特殊的意义,以为它不是热烧融.而是不产生”热损伤”副作用的打断化学键的冷剥离。随着激光技术的不断发展，目前已深入了生活的方方面面，尤其是高品质固体激光器的应用，在

15、现代先进制造业中普及非常广泛，已成为推动产品创新的一个重要推力，大大提高了产品在同行业的竞争力。 以电子消费品领域为例，高功率固体激光器的应用已经融合在了生产流程的各个环节。什么是高品质固体激光器？ 泛指光模式较好，光束质量较高的固体激光器，目前最常用的高品质固体激光器主要是指端面泵浦激光器。半导体端面泵浦激光打标机是我公司采用国际上最先进的激光泵浦技术，直接从激光晶体的端面将半导体泵浦光 (808nm)泵入，经光学镜组输出产生激光。使得激光器的光 光转换效率大大提高，可以达到45%以上，同时泵浦源功耗也 随之减少，使得冷水机功耗大幅度下降，整机功耗降低。端面泵浦比侧面泵浦具有更好的光束质量及

16、较高的峰值功率 。高品质固体激光器的应用DracoTM系列激光器全家福高品质固体激光器的应用各部分采用模块化、通用化设计，整机组合式生产，使产品生产效率极高。DracoTM激光器模块，目前有红外、绿光、紫外不同波长、不同脉宽各种组合，满足不同加工需要。b. 激光控制器模块，箱内置激光电源、Q驱、激光器控制板等。高品质固体激光器的应用高品质固体激光器的应用l紫外激光加工的原理 与红外加工不同，紫外微处理从本质上来说不是热处理，高能量的紫外光子直接破坏许多非金属材料表面的分子键，而且大多数材料吸收紫外光比吸收红外光更容易。用这种“冷”光蚀处理技术加工出来的部件具有光滑的边缘和最低限度的炭化。l紫外

17、激光的特性： 波长355nm 脉冲宽度10-60ns 聚焦光斑直径10um，光束质量M21.2 单光子能量大，热作用很小可以直接打破材料分子化学键产生刻蚀（冷加工）。l紫外应用领域: 充电器、手机线材打标、柔性线路板FPC切割、金属打微孔、玻璃去油墨、塑胶去毛刺、玻璃表面打标、生陶瓷切割、金属或者塑胶打微孔、防火材料打标、蓝宝石打标或切割、防伪材料打标等。高品质固体激光器的应用电源线缆 充电器底座 充电器插头高品质固体激光器的应用耳机（ABB, 西门子，APPLE）电源卡扣标记 低压电器面罩 高品质固体激光器的应用玻璃去油漆高品质固体激光器的应用防火材料打标，电器上用的塑料外壳，如空气开关，继

18、电器外壳高品质固体激光器的应用高品质固体激光器的应用NoImage高品质固体激光器的应用高品质固体激光器的应用高品质固体激光器的应用塑料薄膜切割ITO膜切割PE薄膜打孔高品质固体激光器的应用一、基本概念 1、激光危害 激光装置对人体和工作环境造成的有害作用称为激光危害。 2、激光防护 针对激光危害所采取的安全对策称为激光防护。通常是对激光 光源、操作人员和工作环境分别采取相应的防护措施。 3、激光装置的危害 一般有辐射危害、电气危害、化学危害和机械危害四类，这里 只考虑辐射危害。激光安全与防护二、不同波长激光对眼镜损伤部位激光种类波长（nm）主要伤害部位紫外激光355角膜绿激光532晶状体红外

19、激光1064角膜、视网膜、脉络膜、晶状体红外激光全部被角膜吸收，很容易烧伤角膜、结膜和眼睑。任何波长对眼部都有损伤，所以都要做防护。激光安全与防护三、激光辐射危害 1、激光辐射能对人眼和皮肤造成危害； 2、激光辐射造成的眼伤主要有光致角膜炎，角膜凝固、碳化和 穿孔，晶状体浑浊，视觉功能性障碍（闪光盲），以及视网 膜凝固、脱落、出血和爆裂等。 3、激光辐射造成的皮肤伤害主要有色素沉着、红斑和水泡等； 4、对工作环境的危害主要是烟雾、蒸汽和噪声； 5、对人体和工作环境造成的危害包括直射光、反射光和漫反射。 6、大功率激光会损坏精密仪器甚至引起火灾。激光安全与防护四、激光防护大类 1、安全管理 制定

20、激光安全操作规程，为操作人员提供安全操作指南；2、工程防护 去除光路上的易燃物，不必要的镜面反射物。设置警告标示；3、个人防护 为接触激光的人员配置激光防护镜（保护眼部）、口罩（防止 打标时的粉尘吸入口鼻）、手套（手部皮肤防护）等防护用品。4、医学监控 激光操作人员需定期体检。激光安全与防护五、激光安全等级简介 激光安全等级分1-4类级，级数越高，安全等级越高，即所发光束危险性越高。 我们工作中接触到的激光器都是最高等级4级（平均功率大于500mW),红光笔为3级（要求大于1mW,小于5mW,红光笔为2.5mW）4级激光 产品会产生危险的漫反射，可能引起人身伤害以及火灾。激光直射或间接照射入眼

21、会对眼睛造成永久性的伤害。伤害程度取决于光束的集中或分散程度、光源离人眼的距离以及照射时间长短。直接接触高能量激光束会烧伤皮肤。 调试设备人员必须佩带防护眼镜，未做防护的人员需远离或隔离。激光安全与防护六、激光防护措施 A 眼睛防护措施 1、激光器不应和人眼同一水平。严禁从出光孔逆向查看激光！ 激光与视角偏离越大，入射人眼的激光能量越小，伤害越小，即使配戴防护眼镜也不能直视激光。 2、避免在较暗环境下接触激光。光线较暗的环境下人眼瞳孔放大，会吸收更多激光能量； 3、激光器上电或连接电源均需戴镜防护。激光器单独上电时，或者激光器已连接电源，但未开机上电时。都需佩带防护眼镜，同时因光路未封闭，有可

22、能外露伤害到其他人员，因此，必须在激光器出光孔贴美文胶带，防止激光器出光直射伤害到其周边其他人员。 4、弱电流出光调试，戴眼镜防护。光路系统调试时必须配带防护眼镜，调光时可能因各种异常导致光路，并不按既定光路传递，从而发生漏光、偏光而对调试者造成伤害，因此，必须佩带防护眼镜。电流需调到刚好出光即可调试光路，禁止 大电流下调试光路。以减小激光能量从而减轻可能的激光伤害。例如，不得在未装好扩束镜、振镜等系统的情况下老化，避免光路异常传输 5、调试人员必须配置防护眼镜，以便实时防护调试人员配置防护眼镜，作为必备工具。若有损坏，需及时更换激光安全与防护 6、调试及检修时，若突然不出光或光路异常，严禁裸

23、眼直视光路检查故障。控制系统有可能会出现故障导致激光器不出光，这种异常处于不可控状态，极有可能突然恢复正常而使光路系统突然出光，若未做防护直视光路，必然对调试人员造成伤害。发现光路系统突然不出光的情况下检修时， 务必将电流调到阈值电流，以刚好出光的电流下检修。以免大电流下激光器高功率突然出光对调试者造成伤害。 7、必须配戴防护眼镜的情况成品机械装配及非激光器部件电气接线时可不戴防护眼镜。激光器接线后、机器上电时、光路调试及检测时、机器老化、BOX 调试时均需佩戴防护眼镜。 8、光路系统中的反射镜、合束镜、振镜片、扩束镜等务必安装牢固，避免松 动导致的光路偏移。激光安全与防护 B、防火保护 1、激光束应终止于无反射及防火材料。 如：老化时需偏焦或不带镜头老化，方头下方放置涂黑的钢板。镜头下方打标范围内不得放置纸张、酒精等易燃品，避免火灾。 2、避免激光反射、漫反射或高功率激光长期照射同一点导致火灾。如老化时振镜需扫描动作，避免激光长期打在同一点上。 3、激光光路范围内严禁放置酒精、油漆等易燃品。 4、不得标记易燃易爆品。 5、一旦发生火灾，需立即关闭电源，然后立即灭火。激光安全与防护 C、皮肤防护 激光对皮肤的伤害主要是热作用。激光对皮肤的伤害程度与激光的能量密度、波长以及肤色深浅有关。激光能量密度越高，伤害越大。皮肤对