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技術(shù)文章
視覺智能的激光切割機(jī)刻蝕技術(shù)
點(diǎn)擊次數(shù)：915 發(fā)布時間：2013-7-10
歐洲各國也在視覺方面進(jìn)行了深入研究。德國卡爾斯魯厄大學(xué)（Karlsruhe研制了Miniman機(jī)器人。該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)精密移動，再配以管狀操作手后可以完成微操作任務(wù).SergejFatikon教授等人在此基礎(chǔ)上增加了視覺傳感器和力覺傳感器，研制了MinmanⅢ型機(jī)器人。在視覺系統(tǒng)引導(dǎo)下，機(jī)器人可在光電顯微鏡或掃描電子顯微鏡下完成lOnm以下的高精度微操作，安裝微夾持器岳可以對微小物體進(jìn)行高精度夾持、搬運(yùn)、操作和定位。該研究小組將視覺系統(tǒng)分為全局和局部傳感器系統(tǒng)進(jìn)行分別研究并在微視覺系統(tǒng)下的目標(biāo)識別和深度信息，獲取方法等方面進(jìn)行了探討。該系統(tǒng)配上吸管后實(shí)現(xiàn)了對20um的細(xì)胞進(jìn)行拾取、移動和定位等操作。瑞士洛桑大學(xué)采用激光掃描顯微鏡作為監(jiān)視裝置，利用激光切割機(jī)直接測量高度信息，根據(jù)圖像獲得平面信息。
美國核能源部Sandia國家實(shí)驗(yàn)室研制出了一臺能對10~100微米的微器等進(jìn)行裝配的機(jī)器，該實(shí)驗(yàn)室在CAD自動裝配上有長足的進(jìn)步，他們采取激光打標(biāo)機(jī)傅立葉算法產(chǎn)生顯微的合成圖像，并將此圖像的信息反饋給伺服系統(tǒng)，控制系統(tǒng)在X、Y平面上的位置是整個系統(tǒng)的實(shí)物照片。
實(shí)驗(yàn)室對于微器件的夾取采用一種鎳、銅以及坡莫合金制造出來的微夾鉗.該微夾鉗長為20.8mm，厚度為200um，由一線性直流馬達(dá)驅(qū)動，實(shí)物女口圖。此微激光切割機(jī)操作控制系統(tǒng)應(yīng)用于光電和光機(jī)械制造行業(yè)中，例如光纖激光切割機(jī)排列和校對，集成電路組裝，在微創(chuàng)*和微生物學(xué)中也有潛在的應(yīng)用前景，是該系統(tǒng)在微陣列孔中插針的照片。同時，在視覺信息基礎(chǔ)上開展了微小型機(jī)器人微操作的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究。相對國外，國內(nèi)研究起步較晚，直到zui近才有微操作視覺方面的相關(guān)研究報(bào)道出現(xiàn)，北京航空航天大學(xué)、南開大學(xué)首先以生物細(xì)胞為研究對象，在視覺系統(tǒng)的伺服控制、深度信息獲取方法等方面進(jìn)行了探討。哈爾濱工業(yè)大學(xué)以微機(jī)械零件裝配為操作目標(biāo)，以體式顯微鏡作為監(jiān)視激光切割機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了視覺系統(tǒng)的研究。
激光切割機(jī)刻蝕（etching）加工是在微制造技術(shù)中zui常見和zui重要的工藝環(huán)節(jié)。從形象上講，刻蝕也可稱作“可控直接微去除”.采用激光切割技術(shù)來完成刻蝕，不同材料有不同的反應(yīng)。激光切割機(jī)刻蝕加工的要求是：①具有整齊的邊緣；②具有的深度控制；③刻蝕反應(yīng)的效率盡可能高。通過第①、②點(diǎn)的要求，達(dá)到所需要的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
激光切割機(jī)刻蝕工藝在微制造中的主要應(yīng)用在微通道、微槽、微液池等結(jié)構(gòu)的制作中。采用激光切割刻蝕加工的典型微結(jié)構(gòu),目前，能夠進(jìn)行刻蝕加工的激光大多是采用準(zhǔn)分子激光和飛秒激光。由于光子能量在3.5eV（351nm）～7.9eV（157nm）之間，準(zhǔn)分子激光輻射可以被分子強(qiáng)烈的吸收，并誘導(dǎo)電子躍遷到受激態(tài)，例如C—c雙鍵或羰基一C=Oo吸收與一定的電子態(tài)間的躍遷相關(guān)。分子作為吸收中心常稱為“發(fā)色團(tuán)”，當(dāng)這些發(fā)色團(tuán)是共軛鏈的一部分的時候，躍遷能量展寬或平移至較低的值.包含這些發(fā)色團(tuán)的材料顯示出對紫外激光有較高的吸收率。比如可以確定地觀察到聚酰亞胺因包含苯環(huán)和羰基而顯示出很強(qiáng)的吸收率，而PTFE因缺少這些發(fā)色團(tuán)面很難加工。當(dāng)激光切割機(jī)激發(fā)能量等于電子的鍵能，迫使分子分裂（斷鍵模型）時，受激分子能達(dá)到非受激態(tài)。如果分子是實(shí)體（或固體）的一部分，快速熱衰減很可能的，過剩的能量被轉(zhuǎn)換為振動、轉(zhuǎn)動和周圍分子的平移。吸收的激光能量導(dǎo)致體材的快速加熱，并且當(dāng)能量密度足夠高的時候，分離將發(fā)生，小的揮發(fā)性的分子可以形成。高的蒸氣壓力導(dǎo)致爆炸性的氣化，并形成爆轟波。
美國核能源部Sandia國家實(shí)驗(yàn)室研制出了一臺能對10~100微米的微器等進(jìn)行裝配的機(jī)器，該實(shí)驗(yàn)室在CAD自動裝配上有長足的進(jìn)步，他們采取激光打標(biāo)機(jī)傅立葉算法產(chǎn)生顯微的合成圖像，并將此圖像的信息反饋給伺服系統(tǒng)，控制系統(tǒng)在X、Y平面上的位置是整個系統(tǒng)的實(shí)物照片。
實(shí)驗(yàn)室對于微器件的夾取采用一種鎳、銅以及坡莫合金制造出來的微夾鉗.該微夾鉗長為20.8mm，厚度為200um，由一線性直流馬達(dá)驅(qū)動，實(shí)物女口圖。此微激光切割機(jī)操作控制系統(tǒng)應(yīng)用于光電和光機(jī)械制造行業(yè)中，例如光纖激光切割機(jī)排列和校對，集成電路組裝，在微創(chuàng)*和微生物學(xué)中也有潛在的應(yīng)用前景，是該系統(tǒng)在微陣列孔中插針的照片。同時，在視覺信息基礎(chǔ)上開展了微小型機(jī)器人微操作的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究。相對國外，國內(nèi)研究起步較晚，直到zui近才有微操作視覺方面的相關(guān)研究報(bào)道出現(xiàn)，北京航空航天大學(xué)、南開大學(xué)首先以生物細(xì)胞為研究對象，在視覺系統(tǒng)的伺服控制、深度信息獲取方法等方面進(jìn)行了探討。哈爾濱工業(yè)大學(xué)以微機(jī)械零件裝配為操作目標(biāo)，以體式顯微鏡作為監(jiān)視激光切割機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了視覺系統(tǒng)的研究。
激光切割機(jī)刻蝕（etching）加工是在微制造技術(shù)中zui常見和zui重要的工藝環(huán)節(jié)。從形象上講，刻蝕也可稱作“可控直接微去除”.采用激光切割技術(shù)來完成刻蝕，不同材料有不同的反應(yīng)。激光切割機(jī)刻蝕加工的要求是：①具有整齊的邊緣；②具有的深度控制；③刻蝕反應(yīng)的效率盡可能高。通過第①、②點(diǎn)的要求，達(dá)到所需要的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
激光切割機(jī)刻蝕工藝在微制造中的主要應(yīng)用在微通道、微槽、微液池等結(jié)構(gòu)的制作中。采用激光切割刻蝕加工的典型微結(jié)構(gòu),目前，能夠進(jìn)行刻蝕加工的激光大多是采用準(zhǔn)分子激光和飛秒激光。由于光子能量在3.5eV（351nm）～7.9eV（157nm）之間，準(zhǔn)分子激光輻射可以被分子強(qiáng)烈的吸收，并誘導(dǎo)電子躍遷到受激態(tài)，例如C—c雙鍵或羰基一C=Oo吸收與一定的電子態(tài)間的躍遷相關(guān)。分子作為吸收中心常稱為“發(fā)色團(tuán)”，當(dāng)這些發(fā)色團(tuán)是共軛鏈的一部分的時候，躍遷能量展寬或平移至較低的值.包含這些發(fā)色團(tuán)的材料顯示出對紫外激光有較高的吸收率。比如可以確定地觀察到聚酰亞胺因包含苯環(huán)和羰基而顯示出很強(qiáng)的吸收率，而PTFE因缺少這些發(fā)色團(tuán)面很難加工。當(dāng)激光切割機(jī)激發(fā)能量等于電子的鍵能，迫使分子分裂（斷鍵模型）時，受激分子能達(dá)到非受激態(tài)。如果分子是實(shí)體（或固體）的一部分，快速熱衰減很可能的，過剩的能量被轉(zhuǎn)換為振動、轉(zhuǎn)動和周圍分子的平移。吸收的激光能量導(dǎo)致體材的快速加熱，并且當(dāng)能量密度足夠高的時候，分離將發(fā)生，小的揮發(fā)性的分子可以形成。高的蒸氣壓力導(dǎo)致爆炸性的氣化，并形成爆轟波。