激光剝線的基礎(chǔ)知識

來源：線束世界?作者：線束世界-Jimmy?2022-05-30 15:42

以下內(nèi)容改編自 Laser Wire Solutions 創(chuàng)始人 Paul Taylor 博士在 2018 年 EWPT 博覽會上的題為“激光剝線大師班”的演講。該課程涵蓋了用于剝線的激光的歷史、應(yīng)用和安全協(xié)議. 特別感謝?Taylor 博士幫助準備這次改編，也感謝 Robert Tito 在演示過程中做了大量的筆記。

激光剝線已經(jīng)存在 50 年，但它仍然是一個小眾市場。第一臺 CO2 激光器是在 1960 年開發(fā)的，IBM 很快就將它們用于剝線。該技術(shù)由 NASA 推動，用于 1970 年代和 80 年代的航天飛機計劃。Richard T. Miller 公司在 1990 年代和 00 年代開始將商用激光剝離設(shè)備推向消費電子市場。一路上，晶體而不是氣體被用來產(chǎn)生用于特殊和特定應(yīng)用的激光束。

是否使用激光剝離器的問題類似于詢問是否應(yīng)該使用錘子或螺絲刀。這真的取決于手頭的任務(wù)。激光技術(shù)不像刀片技術(shù)那樣通用。刀片具有三個基本功能。它們用于切割絕緣層、拉斷絕緣層以及切斷電線。激光是可以切割絕緣層的光束，但不用于將其拉下或切割電線（少數(shù)例外）。由于成本和功能，刀片通常是要走的路。如果刀片不工作是有原因的，那么是時候看看激光了。

有很多東西使激光具有吸引力。激光去除絕緣，但反射金屬導體。這是一種自我限制技術(shù)，您不必擔心撥入深度或損壞電線。激光不關(guān)心電線的形狀或絕緣的類型。沒有消耗品，就像刀片一樣，玻璃纖維等堅韌的材料可以很容易地剝離。激光在導體尺寸非常小的情況下也很實用，比如頭發(fā)的大小?；蛘呓^緣層與電線粘合，否則需要刮削或研磨過程。絕緣材料的顏色不是問題，因為每種聚合物都會吸收光，每種金屬都會反射光。簡而言之，激光讓您有信心每次都能獲得相同的結(jié)果。

激光可用于在絕緣層上切出一條狹縫，或?qū)⒉牧贤耆舭l(fā)。后者通常不實用，因為它很耗時，并且通常會在絕緣層上留下殘留物。這可能是壓接或焊點的問題。如前所述，粘合絕緣可能需要完全去除。涂漆或浸漬聚酰胺的電線廣泛用于電機的定子組件，并且?guī)缀蹩偸切枰^緣漆完全蒸發(fā)。

聚合物絕緣線最常見的情況是從上方和下方穿過電線，其強度剛好足以燃燒 360° 環(huán)，讓您可以拉開絕緣層（圖 1）。

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（圖 1. 激光剝線的常用設(shè)置）

在一些精確的應(yīng)用中，過程中留下的少量殘留物是一個問題，需要不同角度的激光。此外，大線規(guī)尺寸可能需要不同的激光工藝，但通常對于小于 0.25 英寸的線材，兩種激光解決方案效果很好。

問題在于如何將光線照射到零件上，通常有三種方法：平板激光、旋轉(zhuǎn)激光和振鏡掃描儀。最簡單和最常見的是平板（想想文檔掃描儀），您將電纜放置在板或夾具中，然后將夾具放入機器中。該機器在頂部和底部有兩個激光器，它們在 XY 平面上移動以繪制一系列線來進行剝離。

這種方法的好處是光束垂直向上和向下指向，并且很容易保持它們重疊。這些激光只能用于切割或縱切，不能用于去除大面積的材料。此外，在大直徑電纜上，可能會在激光束擴散并移出焦點的側(cè)面留下大量殘留物（圖 2）。

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（圖 2. 殘留在大直徑電線上）

對于這些大直徑電線，最好使用旋轉(zhuǎn)激光器，因為光學元件圍繞電纜以圓形方式移動（圖 3）。

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（圖 3. 用于大線材的旋轉(zhuǎn)激光器）

激光的這種方向適用于任何尺寸的線，只要它們是圓形的。

振鏡掃描儀使用高速電機驅(qū)動的鏡子來引導激光束通過鏡頭（圖 4）。

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（圖 4. 鏡子在振鏡掃描儀上反射光）

鏡子安裝在電流計驅(qū)動器上，將光束引導到工作區(qū)。使用鏡子，光束可以非?？焖俚匾苿拥饺魏谓嵌龋@些實際上可以用于繪圖或標記。振鏡激光器在這方面是最通用的，并且非常適合您以不同角度展開的電線。缺點是反射鏡必須相對靠近端口，因此限制了電線尺寸和切割面積（通常為 1-2 平方英寸）。

看點

使用激光剝線機時需要注意一些關(guān)鍵點。首先，如前所述，激光可能失去焦點的區(qū)域存在殘留問題，如較大電纜的側(cè)面區(qū)域（圖 2）。另一個值得關(guān)注的領(lǐng)域是屏蔽。如果屏蔽是連續(xù)的，就像箔一樣，光線只會反射，沒有問題。但是，當屏蔽層是編織或編織時，激光可能會穿透小孔并損壞后續(xù)的絕緣層。作為一般規(guī)則，編織物必須具有至少 80% 的覆蓋率才能使激光可行。

激光無法區(qū)分一種聚合物和另一種聚合物，因此除非材料的性能存在顯著差異，否則激光通常無法將一種絕緣材料與另一種絕緣材料去除。

選擇頻譜和時域

在選擇激光器的色譜時，應(yīng)考慮手頭的任務(wù)。圖 5 表明，紫外范圍內(nèi)的激光會汽化所有材料，而大多數(shù)金屬在紅外范圍內(nèi)被切割。

（圖 5. 激光參數(shù)）

遠紅外線是剝線光譜中最好的部分，因為這是絕緣材料吸收光的范圍，但金屬沒有吸收。

圖 6 顯示了每單位時間的光量如何影響激光器的成本和功能。連續(xù)激光，如激光筆，一直保持開啟狀態(tài)。

（圖 6. 激光時間參數(shù)）

脈沖激光器采用相當數(shù)量的光能并將其壓縮成一個短而強大的脈沖。脈沖激光的去除率較低，但更精確。連續(xù)激光中仍然存在時間因素，因為它在金屬絲上的移動速度可能會根據(jù)被剝離或蒸發(fā)的材料的類型或厚度而變化。

線夾

用于激光剝線的夾持線有三種基本方法。自動或在線剝線器非常適合從線軸上剝線，但缺乏處理部分組裝電纜的復雜性。單點剝線器是次佳選擇，但電纜是自支撐的，因此缺乏準確性。包含用于固定電線的板或夾具的設(shè)備可提供最高的精度，但該設(shè)備價格昂貴且需要較長的設(shè)置時間。

安全

激光本身并不安全。所有用于剝線的激光都被評為 4 級，會導致失明和皮膚損傷。將激光安全地引入工業(yè)環(huán)境的最佳方法是將它們放在某種類型的外殼中。光無法逃脫，每個人都安全。問題是，必須在操作過程中打開盒子。最好至少有兩種方法可以停止激光，因此大多數(shù)工業(yè)機器都有門開關(guān)和鏡頭快門以防止發(fā)生意外。

用激光剝線產(chǎn)生的煙霧會帶來兩種健康威脅。首先，產(chǎn)生的氣體可能有毒。例如，燃燒 PVC 絕緣材料會產(chǎn)生氯化氫。此外，這些氣體還可能含有對肺部有磨蝕性的小顆粒。激光專用排煙機對于安全使用激光剝線機是必不可少的。

未來

與 20 年前相比，當今市場對激光剝線的認識要高得多。過去，它們被降級為在更奇特的應(yīng)用程序中使用以解決特定問題。用于醫(yī)療和數(shù)據(jù)應(yīng)用的設(shè)備已出現(xiàn)小型化和降低成本的趨勢。其他最近的發(fā)展已經(jīng)生產(chǎn)出全自動單箱機器來切割、剝線和壓接電線。