激光加工实验讲义2015

激光原理与激光技术实验讲义理学院光信息科学与技术专业于文兵目录光学实验室的一般规则 (1)实验一激光打标原理与运行实验 (2)实验二激光焊接原理与激光薄板焊接实验 (5)光学实验室的一般规则光学实验要求测量精度高，所用仪器和装置比较精密，对测量条件、周围环境以及对实验者的实验技能都有较高的要求。

因此，在做实验之前，除必须认真阅读实验教材及有关资料，了解清楚实验的目的、原理、方法、步骤和要求外，进入实验室后还必须自觉遵守实验室的规则和对某些实验的特殊要求。

现将实验室的一般规则叙述如下：1.光学仪器多是精密贵重仪器。

取放仪器时，思想要集中，动作要轻、慢。

在没有了解清楚仪器的使用方法之前，切勿乱拧螺丝，碰动仪器或随意接通电源。

2.大部分光学元件用玻璃制成，光学面经过精细抛光，一般都具有Ra0.010的粗糙度。

使用时要轻拿轻放，勿使元件相互碰撞，挤压，更要避免摔坏；暂时不用的元件，要放回原处，不要随意乱放，以免无意中将其扫落地面导致损坏。

3.人的手指带有汗渍脂类分泌物，用手触摸光学面会污染该光学面，影响其透光性和其它光学性质。

因此，任何时候都不能用手去触摸光学表面，只能拿元件的磨砂面。

正确的姿势如图所示。

4.不要对着光学元件和光学系统讲话，打喷涕和咳嗽，以免涎液溅落镜面造成污痕。

5.光学面若落有灰尘，应先用干净、柔软的脱脂毛刷轻轻掸除，或用“橡皮球”吹除。

严禁用嘴去吹。

一般不能随意擦拭光学表面。

必要时可用脱脂棉球蘸上酒精乙醚混合液轻轻擦拭，切忌用布直接擦拭。

6.光学面上若沾有油污等斑渍时，不要立即动手擦拭。

因为很多光学表面镀有特殊的光学薄膜，在擦拭之前，一定要了解清楚情况，然后再在教师或实验工作人员指导下，采取相应的措施，精心处理。

7.光学仪器中有很多经过精密加工的部件。

如光谱仪和单色仪的狭缝、迈克耳逊干涉仪的蜗轮蜗杆、分光计的读数度盘等，都要小心使用，按规则操作，切忌拆御仪器，乱拧旋钮。

8.要讲究清洁卫生，文明礼貌，不得大声喧哗，打闹。

9.实验完毕，要向指导教师或实验工作人员报告实验结果和仪器的使用情况。

整理好仪器，填写仪器使用卡，经允许后方可离开实验室。

实验一激光打标原理与运行实验一、实验目的1.熟悉掌握激光打标原理2..了解熟悉掌握激光打标机操作及相关软件的使用;3.使用激光打标机在材料上制作设计图案和文字二、实验仪器与装置HY YAG-LL型激光打标机主要由五部分组成：激光电源，激光器，冷却系统，二维运动系统，打标软件．三、实验原理激光电源为整个设备提供能量，激光器将部分电能（约1%～3%）转化为光能，光能通过一系列光学器件到达工件表面，使部分金属瞬间汽化形成凹痕。

二维运动系统在打标软件控制下带动高能光束运动，从而使工件表面烧蚀出用户所设计的图形或字符。

冷却系统将由大部分电能所转化的热量带走,保证激光器正常工作。

特点：激光打标机是光机电一体化的精密设备。

它在计算机控制下，由高精度的步进电机带动打标头在二维平面内移动。

运动机构采用了高精度的直线导轨，控制系统采用了计算机辅助设计（CAD）及计算机实时控制技术，与传统的手工打标、气动打标或电腐蚀技术相比较，它具有以下显著特点：1. 打标清晰精美2．无噪声，无污染3．非接触性打标，工件无变形4．被打标工件的材料范围非常广泛，包括绝大部分金属和部分非金属5．专用打标软件功能强大，操作简单，编辑方便。

打标内容可以是任意中、英文字符、数字、图形、VIN码、流水号等6．性能稳定、操作、维护十分方便四、实验内容1.特别注意：操作人员必须严格按照操作说明书开启激光打标机开机顺序：1．接通外电源；2．向上闭合空气开关（制冷机开始运转）3．顺时针打开钥匙开关4．闭合电源开关（电压表显示200V，电流表显示0A）5．等待约一分钟后点动触发按钮，（电压表显示100V左右，电流表显示3～8A，触发按钮上指示灯亮）6．顺时针旋转功率调节旋钮，使电流表指针到达打标所需值（一般不超过18A。

机内设有过电流保护，超过18A时电流异常指示灯亮,并切断主回路）7．闭合打标开关（电压表显示100V左右，电流表显示3～8A）8．打开计算机，插好加密狗，进入打标软件，编辑或调出所需图形9．打开工作台电源，选择打标方式即可打标注：工作台侧面按钮为打标快捷键2.打开打标操作软件（打开前必须仔细阅读软件操作书）3.确定打标激光的焦距。

在操作平台上放臵一钢板，按照软件操作说明，在钢板上打出一条直线，然后不断调整打标高度，知道打出的直线宽度最小，以确定打标激光的焦距。

4.将加工材料（钢板、硬黑纸板、塑料）固定打标高度在焦点处，利用软件写出自己的名字或文字，选择字体，在钢板上打出名字的清洗图案。

5.用CAD软件绘制一简单图形，然后按照软件操作说明，分别存储为PLT 文件格式和DXF格式，将两文件分别加以调用，在钢板上打出相应图形。

6.按照操作说明书正确关闭打标机。

关机顺序：1. 退出打标软件2. 关闭计算机电源3. 关闭工作台电源4. 关闭打标开关5. 逆时针旋转功率调节旋钮到最小6. 关闭电源开关7. 逆时针关闭钥匙开关8. 向下关闭空气开关9. 关闭外电源五、注意事项一、严格按照操作说明开启、关闭激光打标机二、激光功率比较大，严禁将反光物体，比如手表、镜子等放臵在激光下。

三、激光电源高压，注意触电。

技术参数1．激光器介质Nd：YAG2．激光波长 1.06μm3．打标范围330×230mm24．打标速度10-100mm/s5．打标线宽0.01-0.2mm6．打标深度0.01-0.2mm(视材料而定)7．电源功率4kw8．冷却专用制冷系统六、思考题1. 实验中打标时电流表一般不超过18A，为什么要作如此要求？2. 激光通过一系列光学器件到达工件表面，使部分金属瞬间汽化形成凹痕，因此工件表面处于光束焦平面位臵，烧蚀效果最佳，请你设计快速测量或判断光束焦平面位臵一种方法？实验二激光焊接原理与激光薄板焊接实验一、实验目的1、熟悉掌握激光焊接原理和焊接机系统结构；2、掌握激光焊接机操作及相关软件的使用；3、使用激光焊接机焊接薄钢板。

二、实验仪器与装置HY YAG-HJ激光焊接机主要由五部分组成：激光电源，激光器，冷却系统，二维运动系统，控制软件。

三、实验原理激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。

激光焊接的机理有两种：1）、热传导焊接当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。

2）、激光深熔焊当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。

这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。

这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。

传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。

传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。

激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。

四、实验操作与内容特别注意：操作人员必须严格按照操作说明书开启激光焊接机本脉冲激光电源内部是由单片机控制的，是真正的数控电源。

用户通过键盘对多种激光波形和参数进行编程，因而可以满足几乎所有金属的焊接需要，是多功能激光焊接机的理想配臵。

本机操作面板上有十六个LED数码显示器。

左边三排九个是参数显示器，右边一排七个是功能显示器，其下面是操作键，右边一列六个LED发光二极管是状态指示灯。

4．1 开机：当电源经长途运输后，开机前应将机器检查一遍：✓印制板是否松动；✓器件是否有脱落的迹象；✓线鼻子的接触处是否有松动迹象；‘✓所有外接线（电源线，电源箱之间连线）是否正确；当确认所有连续无误后，首先将隔离开关合上，接通动力电源，然后按下“开机”键，控制电路接通电源，此时右边功能显示器下显示“P”，表示系统系统正常，按“选择”键，选择“ON”，按“确认”键开高压点灯，大约二分钟后，机器鸣笛一声，数码管显示“P”，且LED预燃灯亮，表示预燃成功。

在显示“ON”时，按数字键“1”或“2”，则分别显示“U1”“ON“或“U2”“ON”，表示可选择点一支灯工作（即单灯工作）。

如果鸣笛后预燃灯不亮或是显示“ERR”错误信息，一般可能是灯未接好或者是电极上对腔体有放电现象，可关机后排出问题再开关。

重复上述操作一次，再有问题，可与供应商联系。

4．2装载：在预燃后，按“装载”键，在数码显示器上将调出一组参数。

现在我们将说明每个显示参数的意义。

首先来看功能显示器，最左边的L表示英文“LOAD”的每一个字母，L旁的数字是该组激光参数的编号，编号的范围是1-99。

即是说有99种不同参数组合，可调出。

每种有激光参数的组合，可满足不同的焊接的需要。

功能显示器右边的参数是表示合成激光波形的段数。

在这里要说明一下，为了实现任意激光脉冲波形的编程，是采取分段编程来实现的，每段对应一个电流和脉宽，合起来就形成任意波形。

本系统允许的段数是1-15，如何对每段的参数编程设臵，将在下面的编程功能中实现。

参数显示器上的电流栏，显示的是各段电流中的最高一段电流。

脉宽是指各段脉宽之和，频率是指用户自己设定的频率。

电流最高为600A，脉宽和最高为20ms。

如果用户想看看各段电流和脉宽，可通过按“+.-”键将各段电流脉宽调出，频率框上将显示P1-P“N”，对应每段编号。

在装载状态下，按数字键，将分别调出不同的参数组供用户选择，直到用户满意为止。

按“确认”键，在参数显示器上显示“U1U2”，系统问是否二个灯都以这组参数运行。

如果按“选择”键，显示在U1，U2之间切换，即是每支灯可送入不同的参数（运行）出光，这时如果再按“时间”键，则显示“U1，H，U2”表示二支灯交叉出光，这时的工作频率可提高1倍。

上述情况下按“确认”键，就选定了出光方式，机器鸣笛一声，L字母旁的“点”亮，表示系统已将该组参数装入运行程序，踩脚踏开关就出光。

如果用户所设参数过限，例如设电流800A，则参数不能装入运行程序，L字母旁的“点”不亮。