ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРА В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 389.004.12

ПоляковаЛ.В., Малюгина А.С.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРА В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Полякова Людмила Васильевна, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, доцент кафедры Инновационных материалов и защиты от коррозии. Адрес:125047, Москва, Миусская пл., д.9. Тел.+79651814143, e-mail:polyakova1803@mail.ru

Малюгина Александра Сергеевна, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, студентка кафедры Инновационных материалов и защиты от коррозии. Адрес:125047, Москва, Миусская пл., д.9. ,e-mail bloom1601@mail.ru

Изобретение лазеров открыло новые возможности для метрологии в различных направлениях измерительной техники. Показаны уникальные физические свойства лазерного излучения - высокая монохроматичность и когерентность, низкая расходимость излучения и еголазер, об высокие удельные энергетические характеристики позволили создать перспективный вид высококонцентрированного источника энергии, который нашел широкое применение в различных отраслях науки и техники, промышленности и, в частности, в машиностроении и приборостроении.

Ключевые слова: лазер, измерительная техника, лазерное излучение, обработка поверхности The use of a laser in measurement technology

Lyudmila V. Polyakova, D. I. Mendeleev Russian University of Chemical Technology, Associate Professor of the Department of Innovative Materials and Corrosion Protection. Address:9 Miusskaya pl., Moscow, 125047. Tel.+79651814143, e-mail:polyakova1803@mail.ru

Malyugina Alexandra Sergeevna, D. I. Mendeleev Russian University of Chemical Technology, student of the Department of Innovative Materials and Corrosion Protection. Address: 9 Miusskaya pl., Moscow, 125047, e-mail bloom 1601@mail.ru

The invention of lasers has opened up new opportunities for metrology in various areas of measurement technology. The unique physical properties of laser radiation are shown - high monochromaticity and coherence, low divergence of radiation and its laser, and high specific energy characteristics made it possible to create a promising type of highly concentrated energy source that has found wide application in various branches of science and technology, industry Keywords: laser, measuring equipment, laser radiation, surface treatment

Использование электромагнитного излучения атомов и молекул стало возможным после создания квантовых усилителей в волновом и оптическом диапазонах или, как их принято называть, мазеров и оптических квантовых генераторов (лазеров). Слово ЛАЗЕР является транскрипцией английской аббревиатуры LASER., что отражает физическую сущность процесса генерации лазерного излучения Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света с помощью вынужденного излучения . Таким образом, лазерное излучение - это разновидность электромагнитного излучения оптического диапазона, которое, обладая рядом уникальных физических свойств.

Изобретение лазеров и мазеров открыло новые возможности для метрологии в различных направлениях измерительной техники. Уникальные физические свойства лазерного излучения - высокая монохроматичность и когерентность, низкая расходимость излучения и его высокие удельные энергетические характеристики позволили создать перспективный вид высококонцентрированного источника энергии, который нашел широкое применение в различных отраслях науки и техники, промышленности и, в частности, в машиностроении и приборостроении . Диапазон эффективного

применения лазеров чрезвычайно широк. Лазерная техника и лазерные технологии успешно используются в микроэлектронике, автомобильной,

аэрокосмической, электротехнической, атомной, судостроительной, станкоинструментальной,

сельскохозяйственной, медицинской и многих других отраслях промышленности. Высокая концентрация энергии лазерного пучка в локальном объеме пространства, высокоскоростное управление изменением энергии во времени и ее быстрое перемещение в пространстве открыли принципиально новые возможности в сфере обработки материалов. Сущность обработки материалов

концентрированными и высококонцентрированными потоками энергии заключается в преобразовании, с определенным коэффициентом полезного действия, энергии источника в тепловую энергию, которая производит изменения структурно-фазового состояния поверхностного слоя или агрегатного состояния вещества. Современные технологии «горячей» обработки материалов все больше дополняют, а иногда и вытесняют классические методы «холодной» обработки в машиностроении .

Технологии лазерной термообработки, сварки, резки, пайки, наплавки, модификации, легирования, маркировки, гравировки, прошивки отверстий,

лазерно-плазменной, химико-термической обработки, гибридные лазерные технологии находят все большее применение в различных видах производств машиностроительных предприятий -

заготовительном, инструментальном, сварочном, термическом, гальваническом, металлургическом, механообрабатывающем, ремонтном и др.. Высокая технико-экономическая эффективность применения лазеров при обработке различных материалов обусловлена не только их преимуществами как высококонцентрированных источников энергии, но и их гибкостью и универсальностью как технологических инструментов. Степень насыщения лазерным оборудованием в наше время является одним из важнейших критериев научного и технического развития для всех индустриально развитых стран мира. Необходимо отметить, что в технически развитых странах мирового сообщества лазерные технологии уже вошли во многие отраслевые стандарты, что делает принципиально невозможным участие в международных кооперациях промышленных предприятий, не оснащенных лазерным оборудованием. В настоящее время в промышленности и, в частности, в машиностроени. Очистка поверхности является одной из базовых технологий во многих отраслях промышленности. Для некоторых видов производств - сварочного, лакокрасочного, гальванического - очистка поверхности является актуальнейшим вопросом, так как высокое качество очистки поверхности гарантирует высокий ресурс и надежность работы различных изделий. В настоящее время имеется достаточно много традиционных методов очистки поверхности: механических, ультразвуковых, химических, электрохимических и других, успешно используемых в промышленности. Традиционные технологии очистки поверхности не в полной мере удовлетворяют все более возрастающим требованиям промышленности. Как известно, излучение лазера открывает возможность испарения любых металлов при длительности воздействия наносекунды и менее.Высокая производительность лазерной очистки поверхности открывает широкие потенциальные возможности внедрения данной технологии в различных отраслях промышленности.

В процессе производства и эксплуатации детали машин и механизмов подвергаются металлургическим, механическим, химическим, термическим и радиационным воздействиям, которые приводят к значительным изменениям в поверхностном слое. Традиционно дефекты поверхности и поверхностного слоя металла удаляются механической,

ультразвуковой, химической и электрохимической обработкой и другими 11 методами. Химические методы очистки поверхности от загрязнений органического характера имеют следующие недостатки: 1. Низкая производительность. 2. Процесс является экологически неблагоприятным. 3. Требуются расходные материалы. 4. Процесс не

позволяет удалять загрязнения неорганического характера. 5. Процесс не позволяет удалять дефекты поверхностного слоя. Электрохимическое

обезжиривание Электрохимическое обезжиривание целесообразно применять для снятия с поверхности металла небольшого слоя жира. Обычно этому процессу предшествует химическое обезжиривание, которое удаляет основную массу загрязнений. По сравнению с химическим, электрохимическое обезжиривание дает более качественную очистку поверхности металла. Механическая обработка поверхности деталей предназначена для очистки поверхности от окисных пленок, окалины, ржавчины, поверхностных дефектов, неорганических

загрязнений. Лазерная обработка поверхности деталей. Свойства лазерного излучения проявляются в самых различных технологических возможностях обработки материалов - универсальности, гибкости, локальности обработки в пространстве и во времени, производительности, прецизионности, селективности, корпоративности, «безызносности». Прецизионность перемещения пучка лазера в пространстве обеспечивается компьютерными системами управления и механизмами перемещения. Высокие точности перемещения позволяют изготавливать с помощью лазера прецизионные детали машин и механизмов и обеспечивать высокую технологическую воспроизводимость технологических процессов. Лазерный пучок, как технологический инструмент, не подвержен износу, в отличие, например, от резца или фрезы, применяющихся при механической обработке. Эффект «безызносности» дает пучку лазера большие экономические преимущества, и обеспечивает высокую воспроизводимость технологических процессов. Очень интересным свойством лазерного пучка, как технологического инструмента, является также то, что на него не действуют высокие и низкие 22 температуры, электрические и магнитные поля, то есть пучок лазера устойчив ко многим внешним физическим воздействиям. Физические основы лазерной очистки поверхности Физические процессы, происходящие при лазерной очистке поверхности, отличаются большим разнообразием и зависят от плотности мощности лазерного излучения на поверхности. Библиография:

1. Иванов В.С., Котюк А.Ф., Либерман А.А., Овсик Я., Улановский М.В., Фотометрия и радиометрия оптического излучения (общий курс) - М. Полиграф Сервис, 216 с., 2009 г.

2. Золотаревский Ю.М., Мнев И.В. Исследование метрологических характеристик калориметрических преобразователей энергии импульсного лазерного излучения. Измерительная техника, 2008, № 4, с. 19-22

3. Золотаревский Ю.М., Ковалев А.А., Костин А.А., Котюк А.Ф., Либерман А.А., Моисеев С.В. Компьютерное моделирование оптического радиометра - Измерительная техника, 327с., 2009 г.