光学加工技术精选(九篇)

第1篇：光学加工技术范文

【关键词】激光；机械手；加工机械

随着激光器技术和机器人技术的不断发展，激光加工机器人技术发展迅速，形成激光标刻、激光切割、激光焊接、激光表面处理、激光快速成型、激光微纳制造等种类繁多的激光加工应用技术，成为先进制造领域最为活跃的技术分支之一。本课题即是在激光加工平台多自由度机械人装置中进行实训流程再造，通过现代化的管理手段对实训学生、实训成绩、实训设备、实训师资、实训时间等进行有效的、现代化的机电控制管理。

温州光机电产业集群的建立，温州光机电企业如雨后春笋一般飞速发展，产品多样化产业链也在不断的扩张。浙江工贸职业技术学院为服务地方经济为目标，了解企业生产需求解决企业实际产品的研发与改进。经过调研温州各大光机电企业发先激光加工平台对多自由度机械人的需求很高，尤其是对使用多功能激光加工平台度机械设备人才更是紧缺。当前中国的用工形式很难，温州的企业用工更是严峻现在的工人工资高、技术含量低、生产产品次品率高等实际问题。温州的企业迫切需求自动化程度高的效率高的生产平台来取代以前的人工操作的模式，适应现在社会的发展需求。

激光加工平台多自由度机械手是集激光加工技术、数控技术、电子机器人技术于一身的新型加工技术。激光加工是利用高强度的激光束，经光学系统聚焦，并将加工工件置于激光束焦点附近，通过激光束与加工工件的相对运动来实现对加工工件的热加工。而普通的激光加工往往只能对一个普通平面进行加工，而且激光的行迹比较单一，无法满足生产需求。而现今的数控加工已经可以对一些复杂曲面，广泛使用三维立体精密加工工艺。但是数控加工的效率和精度有限。建立激光加工平台可以将两者有机结合，使其即具有激光加工特性，又有数控加工的特性，达到日常的生产和生活要求。本项目研究目的是将激光器装在多自由度的机械手上，并通过计算机程序进行整体的控制，对一些复杂的平面进行柔性加工，满足工业生产需求。

激光加工技术融汇了激光技术、机器人技术、计算机集成控制技术、CAD＼CAM、材料学及材料加工工程等多学科领域前沿技术成果，它以高能量激光束为加工工具，以多自由度工业机器人柔性运动机构实现激光束运动传输，使聚焦激光束在工件表面按系统预先编程设计的2D或3D加工轨迹精确运动，实现点、线、面多种方式激光加工。激光加工机器人系统由激光器系统、机器人运动机构、导光系统和、控制系统和辅助系统五部分组成。激光器输出高能量激光束通过安装在机器人运动关节关节臂上的导光系统反射镜组空间反射镜飞行组传输光路或光纤传输光路聚焦到加工工件表面进行加工，加工过程中聚焦激光束在工件表面的运动是激光束的移动定位由通过控制机器人关节柔性运动来完成机构控制。辅助系统完成加工过程的吹气、送粉、状态监测以及换工件等协同工作。

激光加工系统的核心技术包括三个部分：激光器、激光加工系统集成以及激光加工工艺。2005年全球激光材料加工系统销售额达到48亿欧元，其中17亿欧元为集成在系统中的激光器销售额，系统集成的价值则高达31亿欧元。激光器中CO2激光器和固体激光器、YAG、光纤激光器和盘形激光器总销售额的40%，准分子激光器和二极管激光器、二极管激光器模块）平分剩下的20%销售额。而据《激光世界》报道，2008年全球用于材料加工的激光器总体市场份额为24亿欧元，其中CO2激光器和固体激光器占据约72%的市场份额，光纤激光器占据了大约7%的市场份额。国际上激光先进制造技术快速的发展和应用推广反映出其重要的研究价值和在高技术领域的战略意义，中国政府在“国家中长期科学和技术发展规划纲要”中将激光技术列为代表世界高技术前沿的发展方向的前沿技术，高档数控机床与基础制造技术则被列为十六个重大专项之一。加强先进激光器技术为代表基础研究和激光加工机器人技术为代表系统集成应用研究，对我国从制造大国向制造强国的转变具有重要意义。随着激光加工技术和机器人技术的发展，激光加工机器人将会朝着一下几个方向发展：

1.高精度、提高加工精度，满足工业生产需求。

2.发展更广的加工材料范围，能够对更多种类的材料进行加工。

3.融合数控加工技术，使激光加工技术更加成熟。能进行更高难度的柔性加工，加工更为复杂的的平面或者立体面。

目前，我国关于激光加工平台多自由度机械设备产品正朝着高效率、智能化、模块化、集成化等方向不断发展，许多包装产品可以根据产品特点、不同的功能进行不同的组态，可移植性能不断提高。浙江工贸职业技术学院材料系机电一体化（光机电方向）正在研发激光加工平台的相关设备，但现在应用教学的实训设备还没有，而且市场上的教义公司也没有在研发相关的产品。所以根据浙江工贸职业技术学院材料实际需求，本项目研发一套激光加工平台多自由度机械人设备应用于现在的光机电专业的学生教学与研究。

图1 激光加工机械手的控制器设计流程图

激光加工机械手的设计要通过机构的运动学和动力学仿真及分析来实现。激光加工机械手控制器通过此模块能够设置机械手各关节的运动约束和运动参数，能够直观地观察机械手的运动状况，为机械手的实际应用提供依据。使用Pro/ENGINEER强大的测量和分析功能，研究机械手的各项性能指标，测量机械手各关节和末端执行器的运动学的参数变化情况。激光加工机械手的控制器设计流程图如图1所示。

机械手直线驱动方式采用电动控制方式。电动控制方式的特点为辅助设备使用少、伺服电机动作迅速、适用于连续轨迹控制方式的特点。依据加工作业工艺要求可知加工过程中直接移动，整个机械手主要的受力包括机械手本身的重力、运行时的动载荷、辅助设备连接的管线的弯折力等。同时加工作业需要精确的连续的手臂位姿控制，所以本项目选用电动驱动作为机械手的关节动力。电机一般输出的是旋转和转矩，而移动关节的驱动需要把电机的旋转运动转换为直线运动，为了使机械手小型化，便于维护。机械手三个相互垂直的移动轴选用直线导轨和直线滑块作为滑动支撑和导向，其中直线滑块能够承载四个方向的转矩，如图2所示。因此能够保证四个移动轴的空间布局。四个移动轴通过步进电机带动滚珠丝杠来提供推力，同等载荷时滚珠丝杠驱动力矩约为滑动丝杠副驱动力矩的1/3，使机械手具有高精度、高速度、高效率的特点。

图2 关节坐标多自由度示意图

图3 系统总体方案示意图

本项目是为了更好的使用现有的激光加工平台满足激光加工毛坯工序和工艺的要求，激光加工使用机械手的设计除了符合工业机械手的基本原则外，还要符合自动机器手整体结构要求。激光加工机械手采用模块化设计，四台伺服电机之间快速串联，多台自动喷涂机器手臂之间可以根据需要串联配套的设备快速组成不同的活动生产线，机械手控制采用运动控制卡实现：适应多种工艺的需求；激光加工机械手各个零部件的连接尽量采用自定位结构，减少装配和调试难度，提高定位精度；安全防护方面，除操作工位预留取放产品通道外，其它部位采用全封闭结构，通过机器顶端抽风装置保持喷涂仓为负压，减少有害气体从取放产品通道逸出。过激光器和多自由度机械手合理配合实现对工件的高精度柔性加工，该装置的性能的实现借助激光器多自由度的机械手工作。最后设计激光加工机械手的方案图如图3所示。

总结：本文针对激光加工机械手的相关技术进行了深入的研究，依托浙江工贸职业技术学院材料研发中心和电子工程系的技术支持，采用低成本、高速的激光器加以改造浙江工贸职业技术学院的现有的数控加工平台研发多自由度机械手，通过实际运行试验，性能良好。本文研究了机械手的总体结构分析了目前加工车床上采用伺服电机装卸机械手存在的冗余，指出了利用机械手代替伺服电机机械手存在的技术难题，并考虑了解决的技术方案。最后设计了激光加工机械手的总体结构。采用了模块化的设计方法，把整个激光加工机械手分为四个模块，即横臂模块、直臂模块、腕部模块和手部模块，分析了各个模块的组成及功能，设计了各个模块的结构及其相互的联接方式，并对模块中的进行了承载分析，保证气缸工作在允许的负载范围内。激光加工平台多自由度机械手系统中采用了阀岛的先进技术，提高了激光加工平台多自由度机械手系统的整体性能。

参考文献

[1]周鸿杰.高速工业机械手定位控制研究[D].中国科技大学硕士论文，2010：4-6.

[2]林勇强，王勇，冯屹朝.开放式运动控制器技术现状与发展趋势[J].信息技术，2010（5）：184-186.

第2篇：光学加工技术范文

目前，激光加工技术受到研究学者和工程师的广泛重视。在工程师的眼中，激光加工技术不但为制造业提供了一种全新的方式，而且具有高效、清洁、加工质量高、成本低的优势。研究人员更加关注激光加工过程中激光和材料之间相互作用的机理。目前应用最广泛的激光加工技术有激光切割、打孔、焊接和激光表面硬化、退火和合金化。以激光诱导刻蚀、材料沉积为代表的激光化学加工技术在微型机械、光电集成、半导体制造、传感器技术和化学工程等领域有着潜在的应用前景。并且，激光技术也越来越多地应用到生物技术、医疗、艺术品保存与修复等领域之中。本书主要介绍了激光物质相互作用的各方面的物理机制，其中，对激光诱导化学反应和激光材料之间在气-固、液-固、固-固界面之间的非稳态过程有着更为详尽的讨论。

全书共32章，分为7部分：第一部分，基础理论与综述，含第1-5章：1.简介；2.热、光物理、光化学过程；3.反应动力学和传质过程；4.成核和集群形成过程；5.激光类型、实验装置和激光能量分布。第二部分，温度场分布与表面熔化，含第6-10章：6.热力方程的一般解法；7.半无限大基底；8.无限大平板；9.非均匀介质；10.表面熔化。第三部分，材料去除类的激光加工，含第11-15章：11.气化和等离子体的形成；12.纳秒激光烧蚀；13.超短激光脉冲烧蚀；14.金属与绝缘体刻蚀；15.半导体刻蚀。第四部分，材料沉积类激光加工，含第16-22章：16.激光化学气相沉积；17.纤维的生长；18.激光直写技术；19.激光化学气相沉积薄膜制备技术；20.激光分子束外延薄膜制备技术；21.液相沉积与电镀；22.脉冲激光制备薄膜。第五部分，材料相变与结构形成，含第23-28章：23.激光清洗；24.扩散现象；25.激光熔覆、合金化；26.氧化和氮化；27.有机物质的加工；28.不稳定性和结构的形成。第六部分，等离子体和诊断技术，含第29-30章：29.诊断技术；30.材料分析与等离子体。第七部分，含第31-32章：31.激光技术在医药和生物领域的应用，32.艺术品的保存与修复。

本书向读者展示了激光技术在各领域的最新发展、研究前沿和发展方向，以及各种激光加工方式的应用及其局限性，适合和激光制造有关领域的研究生、教授和工程技术人员阅读。

刘昊，博士生

（中国科学院力学研究所）

第3篇：光学加工技术范文

【论文摘要摘要:先容了光机电一体化技术特征,探究了国内外技术目前状况和发展趋向,指出了未来发展远景和一些重要技术热门。

近些年来,光机电一体化技术得到迅猛发展,在民用产业和军事领域得到广泛地应用。因此,光机电一体化技术成为当今机械产业技术发展的一个主要趋向。

1.光机电一体化技术特征

光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成,相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。和传统的机械产品比较,光机电一体化产品具有以下技术特征。

1.1 体积小,重量轻,适应性强,操纵更方便

光机电一体化技术使得操纵职员摆脱了以往必须按规定操纵程序或节后频繁紧张地进行单调重复操纵的工作方式,可以灵活方便地按需控制和改变生产操纵程序,任何一台光机电一体化装置的动作,可由预设的程序一步一步控制实现,甚至实现操纵全自动化和智能化。

1.2 功能增加,精度大幅进步

光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制 水平进步,运算速度加快,通过电子自动控制系统可精确按预设动作,其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差,达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时,由于机械传动部件减少,机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。

1.3 部分硬件实现软件化,智能化程度进步

传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序,指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能,使机械控制功能内容的确定和变化趋向向"软件化"和"智能化"。

1.4 产品可靠性得到进步,使用寿命增长

传统的机械装置的运动部分,一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差,导致可动摩擦、撞击、振动等加重,严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用,使装置的可动部件减少,磨损也大为减少,像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此,装置的寿命进步,故障率降低,从而进步了产品的可靠性和稳定性。

1.5 融合了多种学科新技术,衍生出很多功能更强、性能更好的新产品

光机电一体化产品的探究开发涉及到很多学科和专业知识,包括数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等。例如人们很熟悉的静电复印机、彩色印像机等,就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。光机电一体化技术将光电子技术、传感器技术、控制技术和机械技术各自的上风结合起来,衍生出很多功能更强、性能更好的新一代技术装备。

1.6 产品系统性增强,各部分系统间协调性要求进步

光机电一体化是一门学科的边沿科学技术,多种技术的综合及多个部分的组合,使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求,这就要求各种技术扬长避短,进步系统协调性。

2.探究目前状况和发展趋向

2.1探究目前状况

自从我国实行改革开放以来,科技领域急起直追,我国的光机电一体化技术已取得明显的成效,数控产品有了很大的进步,尤其是经济型灵敏数控装置发展很快,是我国特有的经济实用产品,不但适用国内市场的需要,部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器(PC)和微电子技术控制设备也越来越多,覆盖面也日益扩大,从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻产业机械都是如此,我国自行研制和生产的光机电设备,在质量上也有重大突破,为今后的推广应用打下了良好的基础。 【

2.2 发展趋向

光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域,成为一种新兴的学科,并逐渐成为一种产业,而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。

从世界科学技术的发展情况来看,光机电一体化技术的未来技术热门主要包括摘要:

(1)激光技术

1)高单色性,利用激光高单色性作精密丈量时,可极大地进步丈量精度和量程。

2)高方向性,因具有很远间隔传输光能和传输控制指令的能力,从而可以进行远间隔激光通讯、激光测距、激光雷达、激光导航以及远控。

3)高亮度性,利用激光的高亮度特性,中等亮度激光束在焦点四周可产生几千到几万度的高温,可使照射点物体熔化或汽化,对各种各样材料和产品进行特种加工。

4)相干性,由于激光速频率单一、相位方向相同。适用于激光通讯、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制,而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性,应用范围更广。

(2)传感检测技术

1)激光准直,能够丈量平直度、平面度、平行度、垂直度,也可以做三维空间的基准丈量。

2)激光测距,其探测间隔远,测距精度高,抗干扰性强,体积小,重量轻,但受自然影响大。

3)光纤探测器,在目标很小,间隔受限或危险的环境中,最常选用的是光纤探测器。

其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。

(3)激光快速成型技术

激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层,将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结,由点、线构造零件的面(层),然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场,极大地进步了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。

(4)光能驱动技术

利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器,其工作原理是将光照在外形记忆合金上,反复地通、断使材料伸缩,再利用感温磁性体的温度特性,将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性,加上光的通断便能实现所要求的动作。实验验证,该致动器能可在顶面步行。这种状态目标处于低级阶段,假如能发现具有优异光功能特性的动态物质,则可使光能驱动技术广泛应用。

3.结语

技术上的改革和和之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引进电子技术,产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生 巨大变化。产品一旦实现光机电一体化,便具有很高的功能水平和附加价值,将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。

参考文献

[1 刘志,朱文坚. 光机电一体化技术,现代制造工程,2001(12)

[2 梁进秋. 微光机电系统国内外探究进展. 光机电信息,2000(8)

[3 宋云夺编译. 光机电一体化业的未来. 光机电信息,2003(12)

[4 左铁钏、施定源、陈铠. 激光加工技术的上风及在产业生产中的应用. 激光杂志,1999(4)

第4篇：光学加工技术范文

前言

激光技术作为科学技术发展的重要产物，对带动相关行业领域的发展具有不可替代的作用。但较多领域如航空航天、机械加工在应用激光技术中，并未取得良好的效果，究其原因在于未使激光技术中较多技术手段的优势发挥出来，这就要求实际运用正确认识激光技术的本质并结合具体行业要求进行技术手段选择。因此，本文对航空航天领域、机械加工行业中现代激光技术的运用研究，具有十分重要的意义。

机械加工行业中激光技术的运用分析

a打标与切割技术的运用

机械加工行业中，一般对设备产品进行特殊符号、标记的设计都要求利用到激光打标技术。该技术应用极为广泛，如机械加工行业中的仪表、仪器、量具、汽车工业以及电子工业等，都涉及到打标工作。一般打标技术涉及到的对象多集中在印刷电路板、合成材料、橡胶、陶瓷、塑料、铝合金以及不锈钢等方面。另外，机械加工过程中往往也涉及较多材料处理工作，此时便要求引入切割技术，其主要通过聚焦镜的应用融化材料，并在激光束作用下将熔化材料吹走，这样便有相应的切缝形成。现代机械加工领域中，都将激光切割技术作为高新加工方式，能够使传统切割过程中变形过大、缝隙过大以及操作时间较长等问题得到解决。

b焊接与淬火技术的运用

关于激光焊接技术，其实质为将设备构件至于激光下，使构件能够连接为一体。将该技术引入机械加工领域中，其优势主要表现在对多种类型金属都可进行焊接，的 且焊接后不会出现凹陷或其他变形现象，整个焊缝在外表上极为美观。目前机械加工领域中焊接技术的运用主要表现在两方面，即：①焊接金刚石锯片，可直接利用该技术实现；②对壳体类零件、汽车板以及钢板等，可利用激光焊接技术。该技术的运用对于解决传统机械加工中焊接质量不高、焊接表面美观性差等问题可起到明显的作用。另外，在淬火技术运用方面，其主要对工件表面利用高能激光进行扫描，这样整个工件面温度上升极快，且可瞬间自冷。所以其优势集中表现为：①相比一般淬火硬度，激光淬火方式下的制品将超出其15%左右；②加工时间较短，且可直接利用计算机对整个操作进行控制，具有一定的自动化加工特点，生产效率极高；③技术应用下不会产生较多的污染，且不必引入冷却介质便可快速完成低温淬火。

c熔覆技术与打孔技术的运用

对于机械加工领域中的再制造工程，常涉及到旧设备修复工作，而设备修复的主要技术便以激光熔覆为主。实际应用过程中，可直接对旧设备二次加工，提升设备的使用性能，能够满足现代企业发展中资源节约的要求。另外，机械加工领域中的激光技术，也表现在打孔技术方面。一般对于较软材料、金属材料或非金属材料等，往往需进行不同类型孔的加工，该过程中便可引入打孔技术。从打孔技术应用的优势看，主要表现在打孔精密度较高，能够准确定位中心孔，且能够自由控制打孔深度，不会产生较大的变形问题。

航空航天领域中激光技术的运用分析

a航空航天工业中激光焊接的应用

一般该工业较多零部件的焊接多引入铆接方式，其应用下尽管能够熔铝合金材料，但由于热处理效果较差，极易导致晶间裂纹的产生。而将激光焊接方式引入，这些问题可直接得到解决，且整个机身制造过程都得以简化。相关实践研究发现，利用激光焊接取代铆接工艺，其可使机身自重降低许多，这样相应的制造成本也会节约，可见激光焊接的作用极为明显。此外，该工业领域中，对于零件冷却孔打孔工作，要求引入激光打孔方式，其成本较低且打孔效果较高。

b航空航天工业中激光切割的应用

传统用于该工业中的切割手段很难保证外壳材料得到有效处理，原因在于外壳材料多具有硬度高、强度高等特点。而在激光切割技术运用下，许多如发动机机匣、主旋翼、尾翼壁板以及蒙皮等自带处理中都可起到良好的效果。

c航空航天工业中表面与成形技术的应用

由于航空发动机较多构件在价格上较为昂亏，若不断更换将会耗费极多的成本，因此可引入激光表面技术，对受损的构件进行修复，如发动机叶片受损后，便可采取表面技术中的三维修复措施，可保证修复后的构件整体性能不受到影响。由此可见，航空工业中的构件制造与修复很大程度需依托表面技术、成形技术来实现。

结论

现代激光技术的运用为航空工业以及机械加工工业提供坚实的技术保障。实际应用中，应结合具体的行业领域要求，合理选择相应的技术手段，如机械加工领域中的焊接、打标打孔以及切割等，以及航空工业中焊接、切割、成形与表面技术等，确保激光技术作用得到充分发挥，才能推动相关行业领域的快速发展。

参考：

[1]马付建.超声辅助加工系统研发及其在复合材料加工中的应用[D].大连理工大学，2013.

第5篇：光学加工技术范文

【关键词】飞秒激光;微加工;打孔;阈值;优点;前景

Abstract：As a new processing technology，femtosecond laser micro processing technology has such advantages as non-contact，large efficiency，high precision，small heat effect，low damage threshold，and can realize the real three-dimensional structure of micro machining etc.which traditional technologies cannot compare with，resulting in a wide range of application.This article describes the characteristics that laser energy deposits on optical skin layer and thermal effect is very small when femtosecond laser machines transparent materials.It also points out the fact that currently the laser direct writing technology is commonly used for punching and pinhole mask technology can improve the holes’shape.Finally，it prospects the future research direction of the femtosecond laser micro processing.

Key words：femtosecond laser;micro processing;punching;threshold value;advantages;prospects

1.引言

激光是在粒子数反转情况下通过受激辐射放大产生的高亮度相干光束，其原理早在1916年就由物理学家爱因斯坦提出，但直到1960年，梅曼（T・Maiman）成功制造的第一台红宝石激光器问世[1]，量子光学才由理论研究发展到技术工程。随着各类激光器的出现，激光器的脉宽急剧缩小，峰值功率大幅提高，可调型和稳定性等优势逐渐凸显，飞秒激光在工业加工领域备受青睐，各界根据不同的需要将其广泛应用于微光学、微电子、微机械、微生物、微医学等领域。

2.飞秒激光脉冲技术

1976年，人们首次在染料激光器中实现了飞秒量级的激光脉冲输出[2]。20世纪90年代初，克尔透镜锁模飞秒钛宝石激光器使得飞秒激光技术获得了一次飞跃发展。2003年，N H Rizvi总结了飞秒激光对金属、玻璃、金刚石、陶瓷以及各种聚合物等材料的微加工进展情况，并论证了飞秒激光是一种优秀的微加工光源[3]。

人们利用飞秒激光可以聚焦到透明材料内部进行三维加工这一特性，在石英玻璃中制备出各种微光学元件和微流体器件，并将其成功集成在同一块玻璃芯片上，飞秒激光于是在生物传感和生化分析等领域得到一定应用。

在信息电子领域，研发人员将新型激光精细加工装备应用于半导体集成电路、印刷线路板、平板显示、FBG光纤光栅，大大提高了制作效率和工艺水平。经过科研人员的努力，飞秒激光在半导体照明、太阳能光伏电池、燃料电池、微创医用器械及各类MEMS等新兴产业中也得到了广泛应用。另外，由于激光加工的非接触性，它还可应用于昂贵或危险物品的加工。

3.飞秒激光微加工的发展现状

激光微加工被誉为“未来制造业的共同加工手段”。在世界范围内，欧洲、美国、日本在飞秒激光微纳加工领域至今仍处于领先地位。我国的激光微加工技术研究大多集中在高校和科研机构，国内也有一些新兴的激光设备制造企业开发的激光微孔加工设备应用于生产中，但由于落后的加工控制技术和较为薄弱的研发能力，产品的孔型和径深比都无法与欧美日等激光产业比较发达的国家相比。

4.飞秒激光与透明介质的相互作用

飞秒激光脉冲具有极短的脉冲宽度和极高的峰值功率，与物质相互作用时呈现强烈的非线性效应，如自聚焦、自相位调制、群速色散、白光超连续谱的产生等。它主要依靠多光子吸收机制来加工一些长脉冲激光无法作用的透明材料，并且其作用时间极短，热效应小，可以克服等离子体屏蔽的现象[4]。

4.1 飞秒激光烧蚀的特性

为了对材料造成烧蚀作用，激光的能流密度必须超过某一特定的值，即烧蚀阈值Fth。原本不会吸收可见光和近红外光这一波段的透明介质，会在极小范围内因多光子电离而快速产生大量的等离子体。当等离子体密度达到1021cm-3时，由于对激光能量的强烈吸收，激光能达到的深度只有lμm。大量激光能量在物质中沉积，给局部加热并使其形成光损伤，而周围的物质仍处于“冷状态”。因此和长脉冲相比，飞秒激光加工的边缘较为光滑、清洁[5]。

飞秒激光针对透明介质以及其他各类材料（包括金属）的烧蚀打孔实验均表明了飞秒激光加工可以得到极好的微加工质量[6]。

对于特定的激光参数，烧蚀阈值由材料的光学反射、吸收及热扩散系数决定[2]。材料的掺杂和缺陷对烧蚀阈值的影响很小，烧蚀阈值比较稳定。飞秒激光对材料的烧蚀阈值低于长脉冲，适当控制其能流密度使其略高于烧蚀阈值，便可以使加工精度突破衍射极限。这一特性与高斯光束能流密度分布有关。

式中F0为归一化的能流密度，r为高斯光束的径向尺寸，为高斯光束的束腰半径，束腰处的能流密度[2]。

图1 高斯光束的烧蚀阈值

为了提高加工精度必须把光束会聚得尽量小，可以使用较大数值孔径（NA）的物镜聚焦。在2001年日本科学家利用飞秒脉冲激光双光子聚合技术首次突破衍射极限获得120nm的加工分辨率后，我国中科院理化技术研究所有关科学家于2007年实现了15nm线宽的纳米尺度加工分辨率[7]。

透明介质材料的烧蚀阈值还与聚焦条件有关。随着数值孔径的增加，阈值能量逐渐减小。因此，即使输出功率较低，通过使用较大数值孔径的聚焦透镜，也可以在透明介质中形成烧蚀。

超短脉冲与介质相互作用时存在热扩散效应，三温模型充分考虑了材料对光子的非线性吸收和电子-晶格作用，解释了载流子和晶格的温度以及飞秒激光对介质材料作用时等离子体的产生过程，显示了飞秒激光加工透明材料时激光能量沉积在光学趋肤层、热效应极小的特点。

4.2 飞秒激光直写加工技术

飞秒激光直写不同于干涉和投影制备等方法，它具有较高的自由度，常用于各种点、线扫描。目前主流的实验装置是商业化的掺钛蓝宝石的啁啾脉冲放大系统。具体激光参数包括：中心波长为800nm左右，脉宽为几十到几百飞秒，单脉冲能量已达到毫焦量级，重复频率为1～103kHz量级可调谐。为了减小加工中热效应的累积，可将重复频率降得更低。

将样品放置在由计算机控制的三维精密平移台上，通过半波片和线偏振片的组合来调节脉冲能量，使飞秒激光通过物镜聚焦到样品表面或体内，加工过程可以通过CCD成像系统实时监控。

针孔掩模加工技术对聚焦点处飞秒激光空间传输特性具有一定的影响。当聚焦物镜前不加针孔时，焦点附近的烧蚀区域基本为对称分布，且偏离焦点位置时，烧蚀线宽迅速增加，成纺椎型分布。而加上针孔后，焦点附近束腰半径变化趋缓，烧蚀边界更加清晰、无裂痕，且脉冲能量大小只影响刻痕线宽大小[8]。

4.3 微流体器件

微通道是微流体器件的重要组成部分，目前主要从：（1）在空气中对石英或硅酸盐玻璃内部钻孔加工微通道;（2）辅以水或其他液体的飞秒激光微加工技术;（3）飞秒激光辐照光敏玻璃后对样品进行焙烧、腐蚀、退火等后期处理;（4）飞秒激光辐照石英玻璃后直接使用HF酸腐蚀[9]等四个方面研究飞秒激光加工三维微通道。

在空气环境中对材料打孔需要较高脉冲能量，并且只能沿轴向加工微通道，孔的内壁平整性较差，适用于对加工精度要求不算很高的情形。辅助以水或其他液体的飞秒激光微加工技术可以驱散碎屑以防阻塞，但只能加工一些比较短的微通道。

在光束中插入象散透镜或狭缝，可以适当改变脉冲强度的空间分布，微通道横截面趋于圆形，性能得到改善。对精密的光学元件而言，使用退火处理技术可以有效地提高空心结构的表面平整度。

5.飞秒激光打孔的优点

飞秒激光脉冲具有极短的脉冲宽度和极高的峰值功率。激光束在空间和时间上高度集中，利用透镜聚焦，可以将光斑的直径缩小到微米级，从而获得高功率密度。与其他加工技术相比，有以下诸多优点：（1）飞秒激光与物质相互作用时呈现强烈的非线性效应，其作用时间极短，热效应小，对被加工材料氧化、变形、热影响区域均较小，不需要特别保护;（2）飞秒激光的加工精度非常高，已经超过衍射极限的限制，可以达到纳米量级;（3）与接触式的传统机械打孔相比，可以避免碎屑的产生，并且可以获得大的深径比。

由此可见，飞秒激光微孔加工是一种便捷高效、绿色环保、节能降耗的先进制造技术。

6.前景展望

飞秒激光微加工技术蓬勃发展，尽管仅有十余年的发展史，却已经成为激光精密微加工领域中最重要、最前沿的研究方向之一。

目前迫切需要高重复频率、高平均功率、波长与脉冲宽度可调、稳定且易操作的新型飞秒激光器。另外，尽管各种材料的烧蚀基本与阈值模型相符合，但至今还没有一种模型能够完全解释飞秒激光与各种材料相互作用过程中的一系列新现象，所以这一领域仍需要进行大量的理论工作和实验工作[10]。当前的三维飞秒激光微加工技术主要是基于激光直写方案，采用逐点扫描的方法形成复杂的三维图案，耗时较长。因此仍需探究新技术加以改进。

针对国内激光技术落后于国际先进水平的情况，我们需要集中智慧抓紧研究和生产，使激光微加工技术广泛造福于人民。

参考文献

[1]T.H.Maiman.Stimulated optical radiation in ruby[J].Nature 1960，187（4736）：493-494.

[2]J.Kruger，W.Kautek.Ultrashort pulse laser interaction with dielectrics and polymers[J].Adv.Polym.Sci.，2004，168： 247-289.

[3]N.H.Rizvi.Femtosecond laser micromachining：Current status and applications.RIKEN Review，2003，50：107-112.

[4]M.Shirk，P.Molian.A review of ultrashort pulsed laser ablation of materials[J].J.Laser App.，1998，10（1）：18-28.

[5]E.N.G1ezer，M.Milosavljevic，L.Huang，R.J.Finlay，T.H.Her，J.P.Callan and E.Mazur.Three-dimensional optical storage inside transparent materials.Opt.Lett.，1996，21（24）：2023-2025.

[6]余本海.飞秒激光对透明介质材料的烧蚀与微加工研究[D].武汉：华中科技大学，2008：1-103.

[7]董贤子，陈卫强，赵震声，段宣明.飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用[J].科学通报，2008，53（1）：2-13.

[8]倪晓昌，洪茹，王清月，等.飞秒激光深孔加工技术研究[J].天津工程师范学院学报，2008，18（3）：5-9.

第6篇：光学加工技术范文

关键词：TSV 干法刻蚀 湿法刻蚀 激光钻孔 光辅助电化学刻蚀

0 引言

TSV （through silicon via）技术是穿透硅通孔技术的缩写，一般简称硅通孔技术。图1所示是4层芯片采用载带封装方法 （见图1（a））和采用TSV方法（见图1（b））封装的外形比较。采用硅通孔TSV 技术的3D 集成方法能提高器件的数据交换速度、减少功耗以及提高输入/输出端密度等方面的性能[1-2]。采用TSV 技术也可以提高器件的良率，因为大尺寸芯片可以分割为几个功能模块的芯片（小尺寸芯片具有更高的器件良率），再将它们进行相互堆叠的垂直集成，或者将它们在同一插入中介层上进行彼此相邻的平面集成。

1 TSV的主要技术环节

硅通孔技术主要有通孔的形成、晶片减薄及TSV键合三大技术环节。

■

（a） （b）

图1 TSV封装的外形比较

1.1 通孔的形成

TSV技术的核心是在晶片上加工通孔，目前，通孔加工技术主要包括干法刻蚀、湿法腐蚀、激光钻孔以及光辅助电化学刻蚀四种。

1.2 晶片减薄

为了保证通孔形成的孔径和厚度比例在一个合理的范围内，采用3D封装的晶片必须要进行减薄。目前，比较先进的多层封装技术能够将芯片的厚度控制在100μm以下，未来的芯片厚度需要减薄到25μm-1μm近乎极限的厚度。目前多采用磨削加工技术进行晶片减薄，为了解决减薄后晶片不发生翘曲、下垂以及表面损伤扩大以及晶片破裂等问题，在磨削过程中必须保持晶片始终保持平整状态，这也是晶片减薄技术中急需解决的问题。

1.3 TSV键合

TSV键合技术是指完成通孔金属化和连接端子晶片之间的互连。金属-金属键合技术以及高分子粘结键合技术等是其主要采用的技术，而目前最主要采用的键合技术是金属-金属键合技术。

2 TSV通孔技术

2.1 干法刻蚀

干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的一项技术，以等离子体形式存在的气体具有两个特点：第一，与常态下的气体相比，等离子体中的这些气体的化学活性更强，为了更快的与材料发生反应以实现刻蚀去除的目的，应当根据被刻蚀材料的不同选择合适的气体；第二，为了达到利用物理能量转移实现刻蚀的目的，可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使得离子具有一定的能量，当其轰击被刻蚀物表面时，就会击出被刻蚀物材料的原子。因此，干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程相互平衡的结果，其中干法刻蚀又分为物理性刻蚀、化学性刻蚀以及物理化学性刻蚀三种。

2.2 湿法腐蚀

将晶片放置于液态化学腐蚀液中进行的腐蚀称为湿法腐蚀，在腐蚀过程中，腐蚀液通过化学反映将接触的材料逐步浸蚀溶解掉。化学腐蚀的试剂包括很多种，有酸性的、碱性的以及有机腐蚀剂等。根据选择的腐蚀剂，又分为各向同性腐蚀以及各向异性腐蚀剂。

干法刻蚀用来刻蚀的气体流量容易控制，刻蚀速度和刻蚀深度可以计算，且侧壁近似垂直状。湿法腐蚀由于溶液的浓度会随着反应的进行不断变化，反应速率不易控制，所以渐渐法刻蚀所取代。但是湿法腐蚀一个很大的优点是成本低廉，而且对于同一个图形的硅晶圆在同样浓度溶液中的腐蚀过程是可以重复的，只要找到同一图形的硅晶圆、在同一配比的溶液中刻蚀深度与时间的关系，便可以准确制作出一定厚度的超薄芯片。

袁娇娇等人对硅晶圆进行打孔和减薄，分别使用先打孔后减薄的深反应离子刻蚀和先减薄后打孔的湿法腐蚀工艺，然后利用电镀工艺填充TSV并制作了用于键合的凸点，在表面进行微加工工艺，最后激光划片，得到了超薄芯片[3]。

2.3 激光钻孔

由于激光具有高能量，高聚焦等特性，依据光热烧蚀和光化学裂蚀原理形成目前常用的两种激光钻孔方式，一种是CO2激光钻孔，另一种是UV激光钻孔。CO2激光钻孔是由光热烧蚀机理在极短的时间以波大于760nm的红外光将有机板材予以强热熔化或汽化，使之被持续移除而成孔。UV激光钻孔利用光化学裂蚀机理，通过发射位于紫外线区的，激光波长小于400nm的高能量光子，使基板材料中长分子链高分子有机化合物的化学键撕裂，在众多碎粒体积增大和外力抽吸下，使基材被快速移除，从而形成微孔。UV激光钻孔不需要烧蚀的盲孔进行除胶渣工序，但是其加工方式为单孔逐次加工，在加工效率方面大大落后于CO2激光钻孔，一般CO2激光钻孔的速率是UV激光的4～5倍。

蔡积庆研究了采用二氧化碳CO2激光在高密度互连（HDI）印制板（PCB）的铜导体层上有效的微导通孔形成的铜直接钻孔的方法[4]。在铜导体箔的表面上镀覆金属锡层，以便增进铜导体箔上的CO2激光能量吸收。镀层表面采用各种脉冲能量的CO2激光进行钻孔。采用一种激光脉冲可以在9mm厚度的抛光铜导体层上有效地形成优质的微导通孔。

余小飞等人研究了UV激光加工φ200μm的盲孔，通过正交试验分析了激光功率、加工速度、激光频率和Z轴高度等各因素与钻孔深度之间的关系，且获得了UV激光制作一阶与二阶盲孔的最佳工艺参数和方法[5]。研究结果表明，钻孔深度随着激光功率和加工速度的增大而增大，而激光频率的增加使钻孔深度减小。加工的二阶盲孔如图2、图3所示。

■

图2 第一层激光加工 图3 两层激光加工

盲孔切片图（×200倍） 盲孔切片图（×200倍）

2.4 光辅助电化学刻蚀

电化学刻蚀是一种采用液态腐蚀剂的湿法腐蚀工艺，它属于湿法刻蚀技术。必须有空穴的参与才能实现硅溶解的过程，为了实现定点刻蚀，通过光生空穴并控制空穴的输运过程将空穴输送到反应点，这就是所谓的光辅助电化学刻蚀技术。此方面主要利用光生载流子效应产生空穴且产生的空穴具有可控性，因此，采用该方法能够实现较高的深宽比，理论上通常可以达到200以上[6]。

采用这种方法具有以下优点：第一，由于巧妙的利用了光能量激发硅片中的空穴，并且能够与电解液中带有负电荷的电子发生化学反应而生成可溶性物质，在除去被加工材料残余的同时没有造成附产物堆积，因而不会影响深部加工；第二，与一般刻蚀方法相比，得到结构的深宽比更大；第三，采用此方法不仅能够加工单个孔，还可以一次完成空阵列中所有孔的加工，因此，它是一种真正的并行加工的方法；第四，由于此方法原来简单明确，加工成本较低，并且容易搭建反应装置，因此，非常适合进行实验室研究。

陈瑜等人研究了光辅助电化学刻蚀技术在阵列和硅衬底之间的边缘效应，得出通过设计，可以利用电化学抛光效应来制作类似硅尖端一类具有倾斜面的MEMS结构的结论[7-9]。

3 结论

TSV通孔加工技术主要包括湿法刻蚀、激光刻蚀、干法刻蚀以及光辅助电化学刻蚀四种方法。四种方法各有优劣，前两种方法不适用于大规模孔阵列，而PAECE法具有超大的深宽比、成本低廉以及试验方法简单易行等优点，表现出了很大的优势。目前，通孔的制作、填充填料以及工艺流程和键合技术等是在应用TSV技术中面临的主要挑战。TSV封装技术已经广泛应用于存储器、图像传感器以及功率放大器等领域，虽然利用此技术还不能投入到大量的生产中，但是随着科学和技术的不断成熟和进步，TSV技术凭借自身高性能以及低功耗的强大优势，必将成为下一代集成电路的主流技术。

参考文献：

[1]童志义，赵璋.垂直集成-延长摩尔定律的有效途径[J].电子工业专用设备，2012，204：1-7，32.

[2]John H. Lau.TSV and Other Key Enabling Technologies of 3D IC/Si Integrations[C].43rd International Symposium on Microelectronics Raleigh-USA，Raleigh Convention Center，2010.232.

[3]袁娇娇，吕植成，汪学方，师帅，吕亚平，张学斌，方靖.用于3D封装的带TSV的超薄芯片新型制作方法[J].微纳电子技术，2013，50（2）：118-123，128.

[4]蔡积庆.HDI PCB制造中采用TEA CO2激光的铜直接钻孔[J].印制电路信息，2008，8：41-44.

[5]余小飞.紫外光激光加工盲孔的工艺研究[J].印制电路信息， 2011，4：62-66.

[6]吕文峰，周彬，罗建东，郭金川.大面积高深宽比硅微通道板阵列制作[J].光子学报，2012，41（2）：228-231.

[7]陈瑜，吴俊徐，郭平生，王连卫.M1van der Zwan2，P1M1-

Sarro.一种用于硅基MEMS 加工的深刻蚀技术[J].微细加工技术，2005，12（4）：37-41.

[8]Foll H，Christophersen M，Carstensen J，etal，Formation and application of porous silicon [J].Materials Science and Engineering，2002，R39：93 -141.

第7篇：光学加工技术范文

Abstract： As an advanced manufacturing technology， the rapid development of laser processing technology makes it increasingly important in manufacturing. This article describes the feasibility and necessity of introducing laser processing technology in engineering training. Taking laser-micro-engraving， laser carving， laser marking and comprehensive training programs for example to introduce how to develop laser processing training. The development of modern engineering training teaching model is analyzed and it is emphatically discussed that how to not only improve students' interest and the autonomous design ability in the established course， but also enhance the training of engineering practice ability and students' awareness of engineering to get better teaching effect. It has a certain reference significance to practical training teaching reform.

P键词：激光加工；先进制造；工程训练；实训教学

Key words： laser processing；advanced manufacturing；engineering training；practical training teaching

中图分类号：TN249；G642.44 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0208-04

0 引言

激光加工技术与原子能、半导体及计算机并称为20世纪四项重大发明。在进入21世纪光电子时代，激光加工作为高能光电子得到了广泛应用，极大地改变了人们的生产和生活。这一技术在我国也得到了迅速的发展，成为我国新兴产业、改造传统制造业的关键技术之一。工程训练属于素质教育，国内工科高校都开设了工程训练教育，随着现代技术的发展，这几年工程训练中现代技术实训项目比重越来越重，内容越来越丰富，发展速度也很快。全国很多高校都相继在现代技术实训中开设了激光技术相关实训，受到了学生的欢迎。但实训中很多项目的设置过于注重学生的个性、创意，缺乏工程能力培养，没考虑到作为工程训练的一些要求。我们在设置实训项目时，应该以培养学生工程能力工程意识为本，兼顾学生兴趣、个性。本文结合激光实训项目开设，分析了各激光实训项目的特点，也探讨了如何加强学生工程能力与工程意识的培养。

1 激光加工简介

激光加工属于非接触式加工，不存在应力变形等因素。通过聚焦将高能量密度传递到精确的加工位置，加工速度快、无噪声，可实现各种复杂形状的高精度加工。我们可以通过控制激光照射的能量密度、照射时间，可以实现多种类型的加工，目前国外已开发出20多种激光加工技术，如激光焊接、激光热处理，以及利用材料的蒸发现象，以去除材料为目的的激光打孔、激光雕刻与激光切割等。由于激光焊接热影响区小，热变形忽略不计，焊接的材料不被氧化，且受损率低，可以焊接尺寸和性质悬殊的材料，及熔点很高和易氧化的材料。例如：在汽车制造中，用激光焊接代替点焊后每辆车节省40kg的材料。在激光打标与激光切割时，为了保证加工精度，在激光照射时间内能使加工部位快速蒸发，又能防止加工部位以外的金属因传热引起升温和熔化，保证了零件的加工精度和表面质量，减少二次加工量。

激光加工过程没有“刀具”磨损。常规的切削刀具最小尺寸为0.1mm，而激光聚焦的光斑尺寸可以达到亚微米级，且能很容易控制激光的空间和时间，被加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，可加工领域非常广。激光系统与计算机数控技术相结合可组成高效自动化加工设备，已成为当今企业自动化生产的关键技术，为优质、高效、环保和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。此外激光加工技术由于精度高、损耗少、应力小等优点，已被广泛应用于汽车、电子、航空航天、机械、冶金、船舶等制造行业，几乎包括了国民经济的所有领域，被誉为“制造系统共同的加工手段”。在工艺品方面，水晶玻璃激光内雕工艺品具有晶莹剔透、冰清玉洁超凡脱俗的视觉形象，浸透出高贵典雅的艺术魅力。激光雕刻在皮革、竹简、木板等材料上制作各种精美的工艺品，也对工艺品的制作水平提升很大。

2 激光实训

2.1 实训设备及内容

本实训室承担全校本科生工程实践课程中激光加工实训内容，本实训室设备种类齐全，实训内容丰富。其中设备有1台杭州先临公司的激光内雕机，3台武汉金立的非金属激光雕刻切割机，3台楚天激光的激光打标机和1台楚天激光的大功率光纤激光金属切割机。并拟购一台机器人激光焊接机。教学内容包括：创意水晶内雕、创意书签雕刻、创意名片雕刻、激光综合实训项目――风铃制作。如图1所示。

2.1.1 创意水晶内雕

激光内雕技术是材料内部破坏技术，使用的是低功率激光器，通过计算机控制激光在玻璃体内部聚焦爆裂玻璃分子晶格的坐标，以及三轴平台运动和高速振镜扫描，逐层产生大量50微米量级大小的爆裂白点，在玻璃内部雕出预定的3D形状。而玻璃其余未爆裂的部分则保持原样完好无损（内雕制作原理图2）。该激光器采用半导体泵浦YAG激光器，激光为绿光，波长为532nm。我们为学生提供30×20×12的水晶钥匙扣带多彩LED灯，要求每个同学通过水晶制作软件3DVISION将3D模型、文字、图片精心设计并组合，在内雕机上制作出来（见图3）。水晶钥匙扣，材质为K9玻璃，即一种透明透亮的光学玻璃，经过熔铸、加工、切割、喷沙等工序制作成工艺品，其硬度很低，手感很轻，透射度不高，一般折射率为1.51，硬度为5.5级，熔点900度以下。由于它晶莹剔透，所以衍生了很多以K9料为加工对象的工厂，他们加工出来的产品，在市面上称为水晶玻璃制品。

2.1.2 创意书签雕刻

激光雕刻加工是利用数控技术为基础，激光为加工媒介。加工材料在激光雕刻照射下瞬间的熔化和气化的物理变性，能使激光雕刻达到加工的目的。本单位激光雕刻机采用80瓦二氧化碳激光管作为激光器，激光波长1024nm，可雕刻或切割木板、皮革、亚克力等非金属材料。我们为学生提供20×140的空白竹简，这些竹简预先已经通过了磨青、漂白、晒色、碳化等处理。学生可通过文泰雕刻等软件将矢量图形和文字进行组合设计个性书签，生成plt的矢量文件格式后到激光雕刻机床上进行加工（见图4）。激光雕刻加工时，透镜焦距为63.5mm，加工电流5A。竹简已经加工了4mm预孔，激光雕刻完表面后就穿上穗子，制成各式各样的书签。

2.1.3 创意名片打标

激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标机采用扫描法打标，即将激光束入射到两反射镜上，利用算机控制扫描电机带动反射镜分别沿X、Y轴转动，激光束聚焦后落到被标记的工件上，从而形成了激光标记的痕迹。本单位雕刻机采用掺镱光纤激光器，波长1064nm。如图5、图6所示。

我们为学生提供86×54×0.2的空白金属名片（多种颜色可选），由学生通过COREDRAW、文泰雕刻、PHOTOSHOPd等软件设计处理文字、矢量图、照片，设计具有自己个性的名片，再激光打标机上标刻出来。

2.2 实训现状及存在问题

我们激光实训包含多种激光加工工艺，内容丰富。水晶内雕、激光雕刻、激光打标等新颖的激光工艺，使学生了解目前激光加工的应用及特点。通过创意设计水晶钥匙扣、个性名片、书签，激发学生自主学习、设计的积极性和创造力。每个学生都能通过软件设计属于自己的作品，也彰显了学生的个性化需求。学生在激光实习完成之后得到了水晶钥匙扣、书签、名片作品，大大提高了自我的成就感。这个实训环节也很受学生的欢迎，在校内影响很大。

通过几学期教学实践下来，我们感触到了虽然我们的实训内容丰富，项目迎合了学生的个性需求、学生在实训中的参与度较高，兴趣大。但是在工程能力培养方面还有不足，学生完成的实训项目多为个性工艺品，设计作品随意性大，无法体现工程中图纸、尺寸、精度、按图施工等工程意识；另外，每个实训内容都较为独立且单一，比如水晶钥匙扣制作只用到了激光内雕工艺，个性名片制作仅采用激光打标工艺，而书签制作只采用激光雕刻工艺。每个加工工艺只是现实中产品生产的一个环节，学生通过这些实训内容无法看到一个多流程多工艺的复杂产品制造流程。因此，我们也在思索和探究增加一个激光实训项目，这个实训项目不仅能体现具有工程背景、工程制造概念，并且还能涵盖多个加工工艺的实训小项目。这样不仅能弥补现有激光实训项目的不足，而且能加强和拓宽激光实训在工程训练中的教学作用和地位。

3 激光综合实训项目的开发

3.1 项目内容

个性风铃的制作，毛坯材料采用2mm不锈钢板，学生按图纸完成风铃各部件外形加工，在规定部位设计上相应的图案及文字，最后将各部件联接起来（如图7）。此项目由学生分组完成，要求学生按图纸尺寸加工各零件外形，实操成绩根据最终产品质量（尺寸精度、表面质量）和风铃各面图案设计创意性来考核评定（如图8）。

3.2 加工设备及涵盖工艺

该项目中切割不锈钢板的设备采用楚天激光公司的500瓦光纤激光切割机，其中激光器采用IPG500瓦光纤激光器，切割中需要用氮气吹渣。风铃焊接设备采用6轴机器人激光焊接机。除了金属激光切割、机器人激光焊接工艺外，风铃的表面可以由学生设计图案激光打标。如图9所示。

4 实训效果

风铃制作不但包含了以往激光实训中的创意设计环节，保留了我们激光实训中设计性和自主性高的特点，还增加了工厂生产模式，风铃的外形要按图纸在CAD中绘制好，按既定的工艺和工艺参数进行切割并焊接，体现了生产的标准与要求，培养了学生的工程意识。在实际生产中一个毛坯需要通过多个工艺工序才能加工完成，成为合格的产品。风铃制造它也将激光切割、激光打标、激光焊接多个工艺融合到一个实训项目和产品中，起到了串接作用，与实际工程接近。另外，该项目中有标准生产环节，要求学生严格按图纸设计、工艺参数生产。让学生能体验到实际产品生产过程的标准、严谨的工艺与要求，能够思索如何生产一个合格产品并如何量产合格产品。学生分组分工完成各自的任务，最终得到一个产品。这个项目能激发学生的求知欲，促进其主动学习，培养他们的创新意识，而且通过整个过程的合作，培养了学生的团队精神和群体合作能力及组织、管理能力，效果非常好。

在该项目开发的激光实训中，由学生组成产品的设计、生产管理组织，指导老师只需负责设备及操作安全。学生自己完成产品从设计到加工的整个过程，学生的学习兴趣提高了，积极性也调动了，创新意识也得到了培养。实训中要求每位学生都有一件或多件作品，包括水晶钥匙扣、个性书签、金属名片，他们可以互相交流、互相指点传授，但必须自己动手完成作品，因此每位学生都能基本掌握设备加工过程及工艺，达到教学效果。在此过程中不存在学生互相“抄袭”，每个学生都有自己的个性，都想设计和制作的作品与众不同。由于学生产生了学习兴趣，调动了学习积极性，不少学生实习完成后仍想再做几个精美作品，这样我们在此基础上有开设了激光创意公共选修课，为有兴趣继续学习的学生提供了一次深入学习激光及加工知识，制作更加精美复杂工艺品的机会。在最后的综合实训项目――风铃制作中，学生又必须严格按照图纸工艺进行规范生产，分工合作完成整个风铃的制造。

5 结论

本课题开发了适于学生培训的激光内雕、雕刻、打标、切割、焊接激光综合实训项目。将本实训室内所有激光加工设备都利用结合起来。学生对各种激光加工工艺、激光性能及使用都有一定的了解和认识。同时了解多种激光加工原理，初步掌握激光制造的基本工艺过程。实训中采用的耗材成本相对较低，激光器基本零消耗，实训消耗相对合理。由于激光设备多采用密封结构，加工中还有护罩与护镜保护，学生操作r的安全性非常高，指导人员安全巡视相对轻松。生产过程中产生烟气由烟道抽排，生产实习环境安全、干净、无污染。

其次，学生实习积极性、主动性、创造性高，乐于参与实训实习。通过引入激光综合项目后，激光实训还增加很多工程要素，在评分环节考核了尺寸、公差、废品率等工程要素。对学生的创意作品不仅有设计性的要求，还有作为产品按图施工的工程性要求。

整个实训内容既有让学生发挥主动实习积极性、创造性，又有按工程要求生产产品的质量与效率进行考核，还有分工合作、项目管理团队训练。将激光实训作为众多实训项目中脱颖而出，作为现代制造实习中的一大特色，在高校工程训练教育中起到了更大的作用。

参考文献：

[1]周世权.工程实践[M].武汉：华中科技大学出版社，2003.

[2]刘世平，贝恩海.工程训练[M].武汉：华中科技大学出版社，2008.

[3]江海河.激光加工技术应用的发展及展望[J].光电子技术与信息，2001，14（4）：1-2.

[4]方志民，谢颂京，姚建华.激光加工在先进制造技术中的应用[J].机械工程师，2003（8）.

[5]余淑荣，樊丁.激光加工技术及发展现状[J].2005能源工程焊接国际论坛文集，394-395.

[6]傅水根，张学政.金工课程改革应处理好五个关系[J].教学与教材研究，1998（3）：25-27.

[7]候艳君，张太萍，郝用兴.“大工程观”下《金属工艺学》课程的教学改革与实践[J].教育研究，2011（7）：527-528.

[8]陈苗海.国内外激光加工产业和市场发展概况[J].光机电信息，2004（9）：1-2.

[9]冯巧波.激光加工在工程实训中的应用[J].实验室研究与探索，2015，34（4）.

[10]邓子新.实验室重在培养创新型的人才[J].实验室研究与探索，2007，26（3）：1-4.

[11]陈伟，程杰.工程实训与应用型人才培养模式的研究[J].实验室研究与探索，2010，29（6）：154-161.

[12]刘顺洪.激光制造技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2011.

[13]郑志军，胡青春.现代工程训练教学体系的改革与创新实践[J].实验室研究与探索，2008，27（8）：79-82.

第8篇：光学加工技术范文

【关键词】光电技术 光电产业 新兴产业 发展对策

光电技术是21世纪的朝阳产业，也是新兴产业。光电技术的发展，不仅在多个学科发展领域广泛应用，还推动了经济的发展。光电技术的大量发展必将推动世界经济快速发展。光电技术的快速发展引起了多个国家的注意。其中美国、日本、英国、德国等发达的资本主义国家首先把目光盯向了光电信息技术产业，不小的新兴的发展中国家，也向电子技术产业投入大量的资本。我国的光电信息技术产业要想在世界占有一席之地，争取新的经济增长中站稳脚跟，还有一段比较长的路要走。

1 光电技术产业的发展现状及应用

1.1 光电技术是一门综合性的学科

光电技术采集了光学技术、机械技术、电子技术、信息技术等多种学科优势为一体的综合技术门类。在我国的光电技术大多应用于国防科技、武器制造、应用医学、航天技术等领域。

1.2 医学领域的应用

我国的光电技术发展门槛较高，很少进行光电技术推广，普通民众对光电技术的认知度不高，光电技术的发展也难以让社会大众熟悉。光子技术在生物与医学中的应用即定义为生物医学光子学，其相应产业涉及人类疾病的诊断、预防、监护、治疗以及保健、康复等。

1.3 武器领域的应用

近几年，随着发达国家对光电技术的挖掘不断深入，光电市场迎来了前所未有的空前盛况，光电技术的发展极其迅猛。我国奋起直追，目前光电技术已经扩展到了通讯技术、信息、医疗、军事、生物工程等多个新兴科技领域，光电技术的应用得到了极其广泛的传播和发展。光电技术是信息技术，它促进了轻武器领域的发展。传统轻武器通过配备光学和光电瞄准具等来提高射击精度及杀伤能力。

1.4 经济领域的成效

近几年来，我国的光电技术也得到了突飞猛进的发展，取得了良好的经济效应和社会效应，近三年来我国的光电技术给经济带来的增长在20%以上，光电技术的产值达到了1000亿人民币。

1.5 光伏产业的发展

在光电技术中应用最为广泛、且被社会大众所熟知的是太阳能光伏产业，“光明工程”就是在光伏产业中发展起来的，目前光明工程的制造能力得到了迅猛的提升，无论是电池生产还是制造方面都取得了可观的经济效应，实现了100%的利润增长率。“太阳能光电建筑应用示范项目”和“金太阳示范工程”再次推动了太阳能光伏产业的发展。我国目前的光伏发电机装机量已经达到了4318万千瓦，成为了世界上光伏发电机容量最大的国家。

2 光电技术的发展

2.1 要重视人才的培养

企业之间的竞争，是人才的竞争；国家之间的竞争，也是人才的竞争；光电技术产业的竞争也是人才的竞争。目前，我国的光电技术发展迅猛，但是由于我国光电技术的起步较晚，产业人才不足，必须要尽快发展大量的光电技术人才，适应光电技术的快速发展。

2.1.1 高校人才分析

目前，我国的光电技术的人才，主要来源于高校大学毕业生，但高校毕业生的素质较高，动手能力较差，理论基础知识不深厚，对所学的光电技术知识不能广泛的进行应用。

2.1.2 普通技校人才分析

光电技术的发展需要大量的人才，在人才的招聘中，也会选择普通的技术学校学生，这些学生的动手能力较强，但是理论知识不足，理论素养的缺失严重妨碍了人才的快速成长；如何发展创新，如何进行技术研发，如何在短期内快速发展光电技术人才是目前光电技术发展的首要任务。

2.1.3 人才发展培养方向

要大力发展光电技术产业，就要保障光电技术产业的可持续发展，就需要培育大量人才，因此，你须建立一套更为专业的人才培养体系，在全国范围内建立更具有稳定性的人才培养基地。要提高光电技术产业工人的薪资待遇，保障职工的福利水平，吸引大量的人才加入光电技术产业。

2.2 要高瞻远瞩，把握好光电技术产业的方向

光电技术产业的发展，促进了各个科技行业的发展，在不同的技术领域光电技术应用的范围不同，光电技术既可运用于航天科技事业，也可运用于民间照明用品，电子产品。光电技术产业是一个庞大的产业体系，包含的产业类型也是极其复杂。在光电技术的发展过程中要立足于企业的发展状况，选择正确的发展方向，制定好合适的发展战略，充分考虑考各方面的问题。其中对于资金、科技实力、人才利用率及政府决策对光电技术产业的发展最为重要，要仔细思考。

在企业向光电技术发展的过程中，要高瞻远瞩，立足高远，站在世界的眼光来看待光电技术产业的发展。我国的光电技术发展起步较晚，还没有成型的理论指导，在发展的路上还有很长一段路要走。我国企业在光电技术的发展过程中，要吸取经验教训，“洋为中用”，“古为今用”不断借鉴国外发展的先进经验，尽量少走些弯路。同时要加强自身创新能力和创新意识的培养，不拘泥于一格，大胆启用有能力的人进行企业管理，不断引进国外先进的技术。

除了企业的自身发展之外，要想使我国的光电技术产业快速发展，政府还必须根据地域特色，加强产业扶持力度，适当加大政府专项资金投入力度，减少企业的负担，实行减税政策，减少企业的本地发展压力。

2.3 要规范企业发展，不断完善产业规范体系

俗话说“无规矩不成方圆”，我国的光电技术产业发展起步较晚，发展中还存在很多的问题和不足，在重视光电企业发展的同时，也要注意尽快建立一套完善的体系规范，减少企业在发展过程中的遇到的障碍，要加快建立光电产品的质量监管体系和质量保证体系，要形成一套从产品原材料到成品成熟的监管体系，并且完善相关的法律体系，保证消费者的合法权益。努力发展我国的光电技术产业，为我国企业与世界先进水平接轨奠定基础。

3 结束语

虽然光电技术产业的发展前景很好，但是也要预防企业在发展过程中遇到的风险和障碍，要进行合理规避，光电技术是我国的一个新兴技术产业，具有巨大的发展潜力，在短短几十年的时间里就创造了巨大的经济财富。光电技术的发展，具有能耗低、效益高的优点。我国的光电技术迅猛发展。

参考文献

[1]骆清铭.光电技术在生物医学中的应用――现状与发展[J].光学与光电技术，2003（01）：7-14.

[2]刘宇.光电技术在轻武器中的新应用[J].应用光学，2006（04）：289-292.

作者简介

王华（1963-），男，湖北省荆州市人。理学硕士。副教授。研究方向为光电技术应用方向。

第9篇：光学加工技术范文

关键词：封面；科学技术；出版物

随着社会的进步，纸质媒体出版物也呈现出更加多姿多彩的形象。不同的技术的发展使纸质媒体出版物各个方面都得到了进一步的改进。机械加工技术、纸张及其他材料的发展推进了出版物表面装饰形式的进步，使纸质媒体出版物的表现形式更加丰富多彩；油墨技术的进步、计算机技术的发展，使纸质媒体出版物的防伪性得到了进一步提高。科学技术的发展对出版物的影响的例子可以说不胜枚举，下面就从纸质媒体出版物的封面加工技术的发展来进一步探讨科学技术的发展对出版物发展的推动作用。

一、印后加工对封面的发展的作用

在解放前，科学技术极度落后，纸质媒体的封面仅仅是带有简单的书籍名称的纸封面。此种封面除了给读者传达一定的信息外，其艺术性无言谈起。而且由于造纸技术水平不高，其他的科学技术没有得到相应的发展，封面经常处于损坏的危险中。随着科学技术的进步，各种新的技术――覆膜、上光、烫金等技术的逐渐发展起来，并且开始大量地应用到纸质媒体出版物的封面上，不同的技术使封面展现出不同的效果。

1.覆膜

覆膜加工工艺能很好地提高印刷品表面光泽度，大大提高了印刷品的外观效果，由于塑料薄膜本身的抗拉、抗撕等优良的性能，大大提高了纸质媒体的使用寿命，很好地改善了以前纸质媒体出版物封面易破损的情况及出版物的艺术效果。目前，此种技术已在纸质媒体出版物中普及，并成为一种很受欢迎的表面装饰加工技术。

覆膜工艺中使用的塑料薄膜分为光膜和亚光膜两种。光膜可以提高纸质媒体出版物封面的光泽度，使封面具有光彩夺目、显得富丽堂皇。随着人们对艺术的追求及材料的发展，哑光膜开始不断的应用到纸质媒体中，哑光膜本身具有朦胧感，使封面给人一种古朴、雅典的感觉，大大提高纸质媒体出版物的艺术魅力。

到目前为止，在我国覆膜工艺已广泛用于各种档次的包装装潢印刷品及各种装法的书刊、挂历、地图、书面、企业介绍、说明书等不同的印刷品中。

2.上光

上光虽然与覆膜工艺一样赋予印刷品光泽，但上光工艺也有覆膜工艺所无法比拟的优点。从环保的角度来说，覆膜有两层污染，白色污染和覆膜胶污染。而水性上光和UV上光之后的封面可以直接回收，无须再做任何处理。而且，我们还可以根据实际所要表达的艺术效果，选择所要上光的幅面的大小，使印刷品的画面的光泽与暗调对比更明显，提高封面的光泽和艺术效果，起到美化作用，也同样改善了印刷品的表面性能，起到了保护印刷图文的作用，增加了出版物的吸引力，增加了纸质媒体出版物在市场中的竞争力。

3.烫金

烫金工艺能使纸质媒体的封面具有独特的金属光泽和强烈的视觉对比，使封面显得格外华贵和富丽堂皇，金属光泽耐久经用而且经济实惠，因此成为纸质媒体出版物印后表面装饰中所经常使用的一种工艺方式。

4.凹凸压印

凹凸压印工艺能使纸质媒体出版物的封面产生类似浮雕的艺术效果，使其表面具有层次丰富、图文清晰、立体感强、透视角度准确、图像逼真等特点。除了广泛应用于书刊的封面，还应用于各种高档包装纸盒、商标标签、请柬、贺年卡、证件等物品上，增加印刷品的艺术效果。

5.防伪技术

随着社会的进步，竞争力的加大，人们为了追求更大的利益，社会上的盗版现象日益泛滥。为了打击盗版，保护知识产权，现在纸质媒体出版物也在逐渐采用一定的防伪技术来达到保护的作用。虽然防伪技术不属于表面整饰技术，但在出版物中，应用得较多，在这里我们也简单的介绍一下。

现在纸质媒体出版物中使用最多的防伪技术是全息照相技术。此种技术中图像的产生对于周围环境的要求比较严格，只要周围的环境有稍许的变化，有可能就改变所要产生的图像信息，所以能够达到防伪的目的。

全息防伪标识图像色彩绚丽变幻多端、层次分明、立体感强，有很好的装潢和观赏效果，同时由于其制作技术较复杂，不易翻版复制，标识直观、较易于识别，使用成本低等特点，在纸质媒体的出版上得到了广泛的使用。

不同的印后加工技术可以出现不同的视觉效果，为更好地表达纸质媒体出版物的题意及精神思想等提供了更好地空间，这些方式的应用都不同程度地增加了纸质媒体出版物的美感，提高了其艺术性及附加值，推动着封面的进步。

二、信息技术对封面的发展的推动

计算机技术的快速发展，使计算机辅助设计、照相排版、数码打样等技术手段在纸质媒体出版物的封面的制作中得到了广泛的运用，缩短了封面设计制作时间,同时使很多以前不能应用的图像，文字应用到封面上，使封面更加丰富多彩，吸引消费者的注意力，使纸质媒体出版物的发展的发生了质的飞跃。

三、造纸技术对封面的发展的推动

自造纸技术创始以来，造纸技术得到不断的改进，使纸张在色彩、花纹、肌理、质地、克度、韧性等方面呈现出更多的多样性。纸张的种类也异常丰富。不同种类的纸张的自身的质地、肌理、色彩、花纹都带有特定的感情语言，都能透过感觉的冲击作用，影响到心理、感情上的变化，从而产生情绪的波动，引发联想――古朴的、现代的、高稚的、粗犷的、华贵的、素朴的。合理地选择运用特种纸，不但能给封面形象注入生机，而且能扩展纸质媒体出版物的内容深度和广度，使作品具有更强的吸引力，有时还能达到更特殊的、意想不到的视觉艺术效果。

新的纸张种类的出现为印后加工技术的实施提供了平台，使封面的表现形式更加丰富多彩。

四、社会的需求对封面的推动

随着我国加入WTO，中国的改革开放更加深化，我国的经济和市场也逐步以至完全融入到国际社会中去。图书市场也不例外。在高度商业化的社会里，竞争愈来愈激烈。为了能在图书市场中占有一席之地，提高图书的销售量，以适应文化市场快速变化发展的形势。此时，纸质媒体出版物不但要满足读者精神方面的需要，同时还要满足读者审美的要求。对纸质媒体出版物封面来说，它不单要起到保护书籍的作用，同时将其精神思想以更好的形式展现给读者。在社会需求的推动下，封面的发展得到了进一步的改善。但是这也受到科学技术的限制级影响。科技的革新使得封面材料、印刷技术及表面整饰技术有了显著的发展，为设计师提供了广阔的选择空间。当然，纸质媒体出版物的精神思想的表达，深邃的立意固然重要，但没有一定程度的技术支持，纵使有再好的立意也表达不出来。所以,有了好的立意的同时,又有好的技术支持,那么一定就能很好的表达出版物本身的艺术效果，提高其价值。科学技术对出版业来说是充分不必要的条件，出版业想得到很大的发展，首先我们应该有社会技术的支持。如果仅有很好的立意而没有材料及技术的支持，出版业的发展也是很难实现，可以说科学技术为出版业的发展提供了很好的物质基础，对出版业的发展具有很大的推动作用。