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[關鍵詞]激光；激光技術；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TG485 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）26-0097-01

激光技術是20世紀偉大的發(fā)明之一，自1960年第一臺激光器問世以來，固體激光器、氣體激光器、半導體激光器以及準分子激光器陸續(xù)誕生；激光不同于普通光源，它具有良好的單色性和相干性，很好的方向性，極高的能量密度，這些特點使得激光廣泛地應用于各類機械加工領域，如激光切割、焊接、激光淬火、激光打標等等，而激光切割被認為是激光技術應用中最成熟的工藝。下文將對激光切割技術的相關內容進行詳細的論述。

一、激光切割的概述

1.激光切割的涵義

激光切割是激光加工行業(yè)中最重要的一項應用技術，也是激光加工中應用最早、使用最多的加工方法。激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡做相對運動，從而形成一定形狀的切縫。激光切割技術經過近幾年的發(fā)展，廣泛應用于汽車、機車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業(yè)部門中。

2.激光切割的優(yōu)點

激光切割技術具有以下優(yōu)點：

第一，精度高：定位精度0.05mm，重復定位精度0.02mm。

第二，切縫窄：激光束聚焦成很小的光點，使焦點處達到很高的功率密度，材料很快加熱至氣化程度，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。切口寬度一般為0.10～0.20mm。

第三，切割面光滑：切割面無毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以內。

第四，速度快：切割速度可達10m/min，最大定位速度可達70m/min，比線切割的速度快很多。

第五，切割質量好：無接觸切割，切邊受熱影響很小，基本沒有工件熱變形，完全避免材料沖剪時形成的塌邊，切縫一般不需要二次加工。

第六，不損傷工件：激光切割頭不會與材料表面相接觸，保證不劃傷工件。

第七，不受被切材料的硬度影響：激光可以對鋼板、不銹鋼、鋁合金板、硬質合金等進行加工，不管什么樣的硬度，都可以進行無變形切割。

第八，不受工件外形的影響：激光加工柔性好，可以加工任意圖形，可以切割管材及其他異型材。

第九，可以對非金屬進行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、紡織品和有機玻璃等。

第十，節(jié)約模具投資：激光加工不需模具，沒有模具消耗，無須修理模具，節(jié)約更換模具時間，從而節(jié)省了加工費用，降低了生產成本，尤其適合大件產品的加工。

十一，節(jié)省材料：采用電腦編程，可以把不同外形的產品進行整張板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。

十二，縮短了新產品制造周期：新產品試制，數(shù)量小，結構不確定、隨時會改動，根本不能出模具，激光切割機大大縮短了新產品制造周期，減少了模具投入。

二、國內外激光切割技術的現(xiàn)狀

激光切割是激光加工中應用最早、使用最多的加工方法。以日本為例，目前已擁有CO2激光切割機2萬多臺，約占全球激光加工機總量的1/3，其中80%為激光切割設備。據統(tǒng)計，自1995年以來，CO2激光切割機的年生產量已超過500臺左右，其中YAG激光切割機100多臺。而我國至今卻只有600多臺套激光切割機在使用中。因此，在我國，激光切割技術的推廣和應用潛力很大。隨著我國國民經濟的飛速發(fā)展，許多傳統(tǒng)產業(yè)需要改造，許多鈑金加工領域有待開發(fā)，許多工業(yè)城市也需要建立激光加工中心。

三、數(shù)控激光切割技術的發(fā)展前景

1.高速、高精度激光切割機及切割工藝

我國的數(shù)控激光切割機生產，經過近20年的發(fā)展已取得了很大成就。但與國外先進產品相比，還有較大差距，主要表現(xiàn)在切割機的運行速度低，動態(tài)精度差，配套功能不夠，切割工藝參數(shù)不完善和切割斷面質量不易保證等。為了進一步提高產品質量和生產率，必須生產出新型的高速、高精度的激光切割機，以滿足國內日益增長的生產需要，數(shù)控激光割機應具備專用切割工藝參數(shù)，配有激光專用自動編程系統(tǒng)及自動排料、套料系統(tǒng)，減少編程時間，提高板材利用率。數(shù)控激光切割機如安裝交換工作臺，則可以大大提高生產率，充分利用激光能源，降低生產成本。

2.厚板激光切割技術的應用范圍想著重工業(yè)的方向發(fā)展

由于大功率CO2激光器光束模式的改進和激光切割技術進步，使厚板激光切割技術的應用逐漸增加，同時由于切割工藝采用CNC控制激光切割精度高，因此，用激光切割代替等離子、氧乙炔為主的中厚板切割的趨勢正迅速增長，激光切割正從輕工業(yè)的鈑金加工業(yè)向建筑機械、橋梁、造船等重工業(yè)方向發(fā)展。

3.三維高精度大型數(shù)控激光切割機及其應用領域

工藝技術三維數(shù)控激光切割機主要應用于汽車制造、航空、建筑及難以加工的大型立體鈑金件。其主要特點是：床身剛性好、加工范圍大；龍門式結構能實現(xiàn)高速、高精度的切割；三維激光切割頭不僅能沿X、Y、Z軸作直線運動，且能進行C軸旋轉.數(shù)控系統(tǒng)采用5軸或6軸聯(lián)動系統(tǒng)，具有空間立體編程簡單、操作方便和可靠性高的特點。目前國內企業(yè)對三維激光切割機已經有需求，隨著市場和經濟的快速發(fā)展，在汽車、航空、機車及工程機械等行業(yè)對三維激光切割機的需求將會不斷增大，因此，開發(fā)出性能好、工作可靠、使用方便的三維激光切割機，將使我國激光切割機的水平大大提高一步。

4.數(shù)控激光切割技術在農機制造中的應用

農業(yè)機械種類繁多，更新?lián)Q代迅速，新產品研制周期長，而且多數(shù)種類的產品都屬于小批量生產，農機產品的鈑金加工件一般采用4～6mm鋼板，板金件種類多，并且更新快，傳統(tǒng)的農機產品板金加工件通常采用沖床方式，模具消耗大，通常一個大型的農機生產廠家用于模具存放的庫房就近300m2，由此可見，農機部件的加工如果仍然停留在傳統(tǒng)的方式，將嚴重制約產品的快速更新?lián)Q代與技術開發(fā)，而數(shù)控激光切割技術的柔性加工優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。

四、結束語

隨著裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，我國數(shù)控激光切割成套設備已進入快速增長期，年增長率達50%以上。應用行業(yè)包括：汽車、船舶、航空、核工業(yè)、機械制造、鋼鐵、紡織、石油、激光加工中心等。在2006年全國激光加工學術年會上，專家們認為：到“十一五”末期，我國每年至少需要1500多臺套高功率數(shù)控激光切割機，到“十二五”末期，我國高功率數(shù)控激光切割機市場需求量將達到10000臺套，其中除了通用的激光切割機之外，對高速高精度激光切割機、大幅面厚板激光切割機、三維立體數(shù)控激光切割機、航天航空用有色金屬激光器切割機等高性能激光切割系統(tǒng)的需求也與日俱增。

參考文獻

[1] 鄧家科、王中、朱付金、盧飛星.數(shù)控激光切割技術發(fā)展趨勢與市場分析[J]，激光與光電子學進展，2009（5）.

[2] 孫曉東、王松、趙凱華、李國慶.激光切割技術國內外研究現(xiàn)狀[J]，熱加工工藝，2012（9）.

篇2

關鍵詞： 物聯(lián)網；傳感器；光纖傳感器

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2012）0610003－01

1 物聯(lián)網的概念

以互聯(lián)網為代表的計算機網絡技術是二十世紀計算機技術的偉大突破，也為人們的生活帶來了翻天覆地的變化。然而，隨著科學技術的進步，為了達到實時控制、精確管理的科學決策的目的，人們對于事物的感知力和控制要求越來越高，物聯(lián)網技術應運而生，并成為繼物聯(lián)網之后的又一偉大變革。

物聯(lián)網（The Internet of things）的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡[1]。從技術角度講，物聯(lián)網就是在任何時間、任何地點將任何人、任何物品以任何通信方式連接起來，以滿足人們需求的一種網絡。通俗地講，物聯(lián)網就是物物相連的網絡。

物聯(lián)網的體系架構由感知層、網絡層、應用層組成[2]。感知層主要用于實現(xiàn)智能感知功能，包括信息的采集、捕獲和物體的識別。網絡層主要實現(xiàn)信息的傳送和通信。應用層則主要包括各類應用，如智能電網、工業(yè)監(jiān)控、綠色農業(yè)、智能家居、公共安全等。

2 物聯(lián)網的發(fā)展

物聯(lián)網的理念最早出現(xiàn)于比爾蓋茨1995年書寫的《未來之路》一書。

1999年，美國Auto-ID首先提出“物聯(lián)網”的概念，即把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網連接起來，并實現(xiàn)智能化識別和管理。而在中國，物聯(lián)網一度被稱為傳感網。

2005年11月，國際電信聯(lián)盟（ITU）了《ITU互聯(lián)網報告2005：物聯(lián)網》報告，指出無所不在的“物聯(lián)網”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網主動進行交換，射頻識別技術、傳感器技術、納米技術、職能嵌入技術將得到更加廣泛的應用。

2008年11月，IBM提出“智慧地球”概念，即“互聯(lián)網+物聯(lián)網=智慧地球”，以此作為經濟振興的戰(zhàn)略。

2009年1月23日，奧巴馬針對IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧的地球”這一概念作出回應：美國在21世紀將在“物聯(lián)網”方面保持和奪回競爭優(yōu)勢的方式。

2009年8月7日，考察中科院無錫高新微納傳感網工程技術研發(fā)中心。強調“在傳感網的發(fā)展中，要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術，把傳感系統(tǒng)和3G中的TD技術結合起來”，并明確要求盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心。從此，物聯(lián)網在中國社會得到了極大的關注和迅速的發(fā)展，而2009年也被稱為是中國物聯(lián)網技術發(fā)展的元年。

2009年9月21日，工信部在相關會議上，首次明確提出要進一步研究建設物聯(lián)網、傳感網，加快傳感中心建設，推進信息技術在工業(yè)領域的廣泛應用，提高資源利用率、經濟運行效益和投入產出效率等。

3 傳感器在物聯(lián)網中的地位

傳感器技術作為現(xiàn)代科技的前沿技術，同計算機技術與通信技術組成現(xiàn)代信息技術的三大基礎，也為當今物聯(lián)網的發(fā)展鋪平了道路，同時成為物聯(lián)網在工業(yè)領域應用的關鍵。

物聯(lián)網的支撐技術主要包括：傳感技術（傳感器技術、RFID感知/識別技術）、計算機技術（云計算技術）、通信技術（低功耗高帶寬無線通信技術、移動通信技術）、網絡技術（無線數(shù)傳網絡、WSN技術）、電源技術等。

傳感器是物聯(lián)網的重要組成之一，是物聯(lián)網系統(tǒng)中最關鍵的組成部分。物聯(lián)網的感知層包括傳感器和RFID網絡等數(shù)據采集設備[3]，包括數(shù)據接入到網關之前的所有傳感網絡。

傳感器的性能直接決定物聯(lián)網的性能。傳感器是物聯(lián)網中獲得信息的手段和途徑，傳感器采集的信息的準確、可靠、實時程度將直接影響到控制節(jié)點對信息的處理與傳輸。傳感器的特性、可靠性、實時性、抗干擾性等性能，對物聯(lián)網應用系統(tǒng)的性能起到舉足輕重的作用。

4 我國傳感器技術成為物聯(lián)網發(fā)展的瓶頸

相對于計算機技術和通信技術，傳感器技術在國內物聯(lián)網的發(fā)展中處于弱勢地位，存在問題眾多，并且與國外的差距仍在進一步擴大。主要問題可以概括為以下幾個方面：

1）國家政策的支持力度不夠大，主管多頭，難成合力，傳感器科研、產業(yè)化體系推進不力，產業(yè)政策不實，傳感器產業(yè)遠落后于IC產業(yè)、通信產業(yè)和計算機產業(yè)。

2）核心技術少，創(chuàng)新能力弱，新原理、新器件開發(fā)鳳毛麟角，新材料研發(fā)屈指可數(shù)，特性研究不夠深入，對傳感器的基礎理論研究不夠重視，對傳感器的研究缺乏厚實基礎，如數(shù)學模型的建立、仿真及工藝模擬，各種結構材料的特性研究等，幾乎無人問津，大大落后于國外同行的研究工作。

3）某些共性關鍵技術尚未真正突破，包括設計技術、可靠性技術、封裝技術、裝備技術等。

4）品種、規(guī)格、系列不全，技術指標不高；國內傳感器產品往往形不成系列，比較容易生產的某些規(guī)格尚能齊全，而高端的產品往往不能生產。

傳感器產業(yè)化決定物聯(lián)網市場的應用前景。未來10年，物聯(lián)網將有上萬億元的高科技市場占有量，其產業(yè)要比互聯(lián)網大三倍，在大力發(fā)展物聯(lián)網的同時，如果不發(fā)展傳感器技術，則大量傳感器勢必要從國外進口，傳感器市場被國外占有，不僅經濟損失巨大，而且國家安全無保障。

5 光纖傳感器的優(yōu)勢

光纖傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗電磁干擾、電絕緣和化學性質穩(wěn)定等特性；并且光纖傳感器將信息傳感與信號傳輸合二為一，便于構成分布式網絡；同時由于光纖的幾何尺寸靈活，易于實現(xiàn)遠距離監(jiān)控和多點實時監(jiān)測。

目前，光纖傳感器可以直接或間接測量近百種物理量以及化學和生物量，被廣泛應用于國防、電力、石油、建筑、醫(yī)學等各個領域。

在國防上，光纖傳感器可用于水聲探潛、光纖制導、姿態(tài)控制、航天航空器的結構損傷探測以及戰(zhàn)場環(huán)境的探測等。在電力系統(tǒng)中，高電壓、大電流的惡劣電磁環(huán)境使得電子類傳感器的應用受到限制，而光纖傳感器以其特有的抗電磁干擾能力，在電力系統(tǒng)中可用于測量大型電機的轉子、定子和高壓變壓器內部的電流、電壓、溫度等參數(shù)；可用于電力繼電保護及火災報警；分布式光纖傳感器可對高壓輸電線路在冰雪、大風等惡劣氣候條件下的線路溫度、應力等重要參數(shù)進行大長度的沿線分布式實時監(jiān)測。在建筑工程中，通過預埋或后期布設光纖傳感網絡的方式，對橋梁、大壩、重要建筑物等的溫度、應力、壓力、振動、傾角等物理量進行實時監(jiān)測，以評估其短期及長期的結構安全性能。在臨床醫(yī)學上，由于光纖傳感器的體積很小且柔軟，被用于內窺鏡、手術導航及監(jiān)測、神經修復等。

伴隨著物聯(lián)網技術的不斷進步，光纖傳感器將被應用到社會生活的各個方面，與無線傳感技術一起在物聯(lián)網中起到舉足輕重的作用。

6 光纖傳感器在物聯(lián)網中的應用及前景

在物聯(lián)網中要用到各種各樣的大量的傳感器，來感知各種各樣的環(huán)境參數(shù)，如溫度、重力、光電、聲音、位移、振動等，為物聯(lián)網提供最原始的數(shù)據信息，經過處理后為人們提供服務。

光纖傳感器可以測量的物理量很多，如溫度的檢測，壓力的檢測，液位、流量、流速的檢測等等。

隨著通信技術的發(fā)展，光纖傳感器迅速崛起并取得了巨大的成就，在物聯(lián)網這一新技術的推動下，正在越來越廣泛的應用于生活中的方方面面，并且大有取代電子傳感器之勢。從光纖傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀及文獻報道情況來看，它具有廣闊的應用前景，其進一步的研究方向是：1）解決光纖傳感器的實用化問題。2）開展對采用多路復用技術的光纖傳感器系統(tǒng)的研究。3）開展基礎技術及元器件的進一步研究。

參考文獻：

[1]孔曉波，物聯(lián)網概念和演進路[J].電信工程技術與標準化，2009（12）：12-14.

[2]張應福，物聯(lián)網技術與應用[J].通信與信息技術，2010（1）：50-53.

[3]韋樂平，物聯(lián)網的特征、發(fā)展策略和挑戰(zhàn)[J].現(xiàn)代電信科技，2011（4）：1-5.