基于小型激光器的激光切割原理

吳富民 海蓮 王宇

摘 要：光是光源工作物質原子中的電子在電場作用下吸收能量后，發(fā)生躍遷，從低能級躍遷到高能級，但是這種躍遷是不穩(wěn)定的，躍遷的原子難以構成穩(wěn)定的結構，在外界干擾下容易再從高能級回落到低能級并釋放出能量，釋放的能量以光子的方式放出。

關鍵詞：雕刻機；激光雕刻；激光切割原理

中圖分類號： TN20 文獻標識碼： T

一、激光的產(chǎn)生

（一）激光背景

由于處于激發(fā)態(tài)的原子難以在較高的能級保持穩(wěn)定結構。即便外界干擾很小甚至不存在外界干擾時，處于激發(fā)態(tài)的原子也會產(chǎn)生受激輻射由高能級返回低能級，并輻射出能量。由于激發(fā)態(tài)的原子的這種自發(fā)輻射是完全獨立不受外界影響的，所以，原子朝周圍散射放出能量，每個原子發(fā)射光子完全不同。受到同頻率、同相位，同傳播方向的光子受激輻射產(chǎn)生的光子。通過這種方式產(chǎn)生的光子都具有相同頻率、相同位相、相同偏振態(tài)并沿相同方向傳播。所有的光子朝同一方向傳播，這就是激光高能的原因。

（二）原理結論

由激光器發(fā)光原理可知，只要工作物質的長度足夠長無論多小的初始自發(fā)輻射，都一定可以被放大。但實際一般來說，工作物質由于其特性不可能特別長，在現(xiàn)實中激光器發(fā)出激光束的原理是在光源進出口兩端各放一塊反射鏡，使得發(fā)出的光束來回反射，多次通過工作物質的光被不斷地放大達到使用的要求。在光源系統(tǒng)中為了充分利用光能，放大系統(tǒng)往往置于聚光腔體中，防止光源發(fā)出的光散射。

激光作為光光的一種，與自然界可見光一樣，都是由激發(fā)態(tài)的原子在高能級和低能級之間躍遷產(chǎn)生的光子形成的。但是激光和可見光的不同之處在于，可見光光是由光源中原子自始至終自發(fā)發(fā)射產(chǎn)生的。而激光則僅在開始的時間內依賴于自發(fā)輻射，然后完全由受激輻射發(fā)射出光子。正是激光器發(fā)出的幾乎所有的光都是由受激輻射形成的，這使得激光發(fā)出的光子具有相同頻率、相同波長、和完全相同的傳播。

二、激光雕刻（切割）原理

激光雕刻（切割）系統(tǒng)簡圖

由圖可知激光雕刻系統(tǒng)由激光電源、光源冷卻、雕刻機數(shù)控系統(tǒng)、光學系統(tǒng)構成。

激光雕刻是以數(shù)控技術為基礎，激光為加工媒介的一種高效率的雕刻方式。激光雕刻就是將激光束照射到工件表面時釋放的能量來使工件表面融化并蒸發(fā)，以達到對工件加工雕刻的目的。激光雕刻加工材料的瞬時熔化和汽化特性可使激光雕刻達到加工目的。激光雕刻是利用激光技術將文字寫在物體上，這種技術刻字沒有標記，物體表面仍然光滑，而且筆跡不會磨損。激光加工特點：沒有與材料表面接觸、表面平整、雕刻材料無需固定、加工精度高、速度快、應用領域廣泛。

三、激光雕刻分類

（一）點陣雕刻

點陣雕刻像高精度點陣印刷。激光頭擺動，每次雕刻由一系列點組成的線，然后激光頭同時移動并同時雕刻多條線。最后，形成整個板的圖像或文字。掃描圖形、文本和矢量化可以用點陣雕刻。

（二）矢量切割

矢量雕刻是在圖像和文本的外部輪廓上進行的。矢量雕刻圖案通常用于木材、丙烯酸、紙張和其他材料的切割，也用于標記各種材料的表面。

（三）位圖雕刻

先在圖片處理軟件上將我們所需要雕刻的圖形進行掛網(wǎng)處理并轉化為單色BMP格式，而后在專用的激光雕刻切割上位機中打開該圖形文件。然后再上位機上根據(jù)所加工的材料進行設置合適的參數(shù)，而后點擊運行，激光雕刻機就會根據(jù)圖形文件產(chǎn)生的點陣效果進行雕刻。

參考文獻：

[1]李慧，李鑄和，張有.激光雕刻的微機控制系統(tǒng)[J].激光與紅外， 1997（6）：337339.

[2]劉曉東，胡兵，何云貴，等.激光雕刻的數(shù)學模型及快速算法研究[J].計算機輔助設計與圖形學學報，1999，11（2）：151153.

[3]黃海鴻，劉志峰，尹志強，等.激光雕刻機二維步進電機運動控制系統(tǒng)研究[J]. 組合機床與自動化加工技術，2005（6）：6567.

[4]于政濤，黃新銀.基于微機的激光雕刻機控制系統(tǒng)設計[J].電子技術應用， 2000，26（12）：910.

[5]齊彥昌，馬成勇，彭云，等.激光雕刻非光滑表面的微觀組織和性能研究[J]. 材料熱處理學報，2006，27（3）：108111.

[6]高曉麗，侯藍田.激光雕刻中圖像處理的二值化處理[J].激光雜志，2004， 25（4）：7678.

[7]鄭錦生，陳松青.激光雕刻技術的發(fā)展[J].機床與液壓，2006（8）：228231.