激光模切考核試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，錯(cuò)選、多選均不得分）1.在激光模切過(guò)程中，決定切縫寬度的首要參數(shù)是A.激光功率B.重復(fù)頻率C.聚焦光斑直徑D.輔助氣體壓力答案：C解析：聚焦光斑直徑直接決定能量密度分布，是切縫寬度的幾何上限；功率、頻率、氣壓主要影響熱輸入與排渣效率，而非幾何寬度。2.對(duì)0.1mm厚聚酰亞胺（PI）薄膜進(jìn)行高速盲切時(shí)，最易產(chǎn)生碳化的階段是A.穿孔階段B.加速階段C.勻速切割階段D.減速階段答案：A解析：穿孔階段能量集中、散熱路徑最短，PI高溫裂解生成石墨相，形成黑色碳化層；后續(xù)切割因縫寬增大、熱積累減小，碳化顯著降低。3.采用355nm紫外激光切割銅箔（18μm）時(shí)，加工頭最宜選用的聚焦透鏡材料為A.BK7玻璃B.石英C.ZnSeD.砷化鎵答案：B解析：355nm對(duì)多數(shù)光學(xué)玻璃吸收率陡增，石英（熔融硅）在此波段透過(guò)率>90%，且熱膨脹系數(shù)低，抗紫外損傷閾值高；ZnSe、GaAs對(duì)紫外吸收大，易熱炸裂。4.激光模切設(shè)備中，用于實(shí)時(shí)補(bǔ)償材料拉伸變形的傳感器組合是A.激光位移+編碼器B.激光位移+張力計(jì)C.視覺(jué)相機(jī)+編碼器D.視覺(jué)相機(jī)+張力計(jì)答案：D解析：視覺(jué)相機(jī)獲取縱向Mark點(diǎn)間距變化，張力計(jì)獲取橫向應(yīng)力，二者融合可建立二維應(yīng)變場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)拉伸補(bǔ)償；純位移或編碼器僅得單向信息。5.在飛行光路系統(tǒng)中，若X軸速度為2m/s，激光重復(fù)頻率為100kHz，則理論上相鄰脈沖搭接率為50%時(shí)，單點(diǎn)光斑直徑應(yīng)為A.10μmB.20μmC.30μmD.40μm答案：B解析：搭接率η=1?v/(f·d)，代入η=0.5、v=2×10?μm/s、f=1×10?Hz，解得d=20μm。6.對(duì)PET+鋁箔雙層復(fù)合材料進(jìn)行激光模切時(shí)，出現(xiàn)“鋁須”缺陷，其本質(zhì)是A.鋁層氧化B.熔融鋁被氣流拖拽再凝固C.PET熱收縮D.等離子體屏蔽答案：B解析：鋁熔點(diǎn)660°C，PET軟化點(diǎn)約250°C；鋁先熔化，高壓氣流將其部分吹出切縫，在邊緣再凝固成絲狀“鋁須”。7.激光模切潔凈度常用“白棉布測(cè)試”判定，其標(biāo)準(zhǔn)為A.無(wú)連續(xù)長(zhǎng)度>0.5mm的掛渣B.無(wú)肉眼可見(jiàn)粉塵C.無(wú)面積>0.1mm2的燒蝕斑D.無(wú)手感毛刺答案：A解析：行業(yè)規(guī)范《GB/T2828.12012》結(jié)合激光精密加工慣例，規(guī)定掛渣連續(xù)長(zhǎng)度>0.5mm即判定不合格；其余選項(xiàng)主觀性強(qiáng)。8.當(dāng)激光器光束質(zhì)量因子M2從1.1升至1.5時(shí)，對(duì)同一聚焦系統(tǒng)而言，焦深變化倍數(shù)約為A.0.55B.0.73C.1.0D.1.36答案：B解析：焦深Δz∝1/M2，故變化倍數(shù)=1.1/1.5≈0.73。9.在卷對(duì)卷激光模切產(chǎn)線中，張力控制精度±0.5N，材料彈性模量2GPa，截面積0.2mm2，則理論縱向定位誤差約為A.±2.5μmB.±5μmC.±10μmD.±25μm答案：A解析：σ=F/A，ε=σ/E，ΔL=ε·L，取L=1m，ΔF=0.5N，得ΔL=0.5×1/(2×10?×0.2×10??)=1.25×10??m=1.25μm，雙向±2.5μm。10.激光切割玻璃時(shí)，采用“成絲切割”技術(shù)，其關(guān)鍵機(jī)理是A.熱應(yīng)力斷裂B.光化學(xué)冷消融C.非線性自聚焦成絲+應(yīng)力誘導(dǎo)裂紋D.等離子體微爆答案：C解析：超快激光在玻璃內(nèi)部形成>1013W/cm2強(qiáng)度，引發(fā)克爾自聚焦產(chǎn)生微米級(jí)絲狀改性區(qū)，后續(xù)沿改性區(qū)施加機(jī)械應(yīng)力即可斷裂，切面光滑無(wú)微裂。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、漏選、錯(cuò)選均不得分）11.以下哪些措施可有效降低激光模切PI薄膜時(shí)的熱影響區(qū)（HAZ）A.縮短脈寬至皮秒級(jí)B.增加重復(fù)頻率至2MHzC.采用氮?dú)庾鳛檩o助氣體D.在材料背面貼附散熱鋁箔E.提高激光功率答案：A、B、C解析：超短脈寬降低熱擴(kuò)散；高頻率使單脈沖能量下降，減少熱積累；氮?dú)庖种蒲趸艧?；背面鋁箔對(duì)PI這類低導(dǎo)熱材料散熱效果有限；單純提功率反而增大HAZ。12.關(guān)于激光模切銅箔的“等離子體屏蔽”現(xiàn)象，下列描述正確的是A.等離子體對(duì)激光產(chǎn)生吸收與散射B.可通過(guò)降低脈寬抑制C.提高輔助氣體壓力可吹除等離子體D.使用綠光比紅外更易產(chǎn)生屏蔽E.等離子體屏蔽會(huì)導(dǎo)致切割面粗糙度增大答案：A、C、E解析：等離子體電子密度高，吸收散射激光；高壓氣體可快速吹散；屏蔽使能量耦合不穩(wěn)定，粗糙度增大；降低脈寬反而提高峰值功率更易擊穿等離子體；銅對(duì)綠光吸收率高于紅外，更易產(chǎn)生屏蔽。13.激光模切設(shè)備日常點(diǎn)檢中，必須檢查的項(xiàng)目包括A.聚焦鏡潔凈度B.冷水機(jī)水溫設(shè)定C.伺服電機(jī)絕緣電阻D.激光器輸出功率E.氣體管路露點(diǎn)答案：A、B、D、E解析：聚焦鏡污染直接燒鏡；水溫影響激光器穩(wěn)定性；輸出功率漂移導(dǎo)致切不透；露點(diǎn)高易冷凝污染鏡片；伺服電機(jī)絕緣電阻屬年度保養(yǎng)，非日檢。14.采用CO?激光切割3mm亞克力時(shí)，出現(xiàn)“火焰狀燃燒”缺陷，可采取的抑制手段有A.降低功率至60%B.改用空氣替代氮?dú)釩.提高切割速度30%D.在材料表面貼保護(hù)膜E.增加重復(fù)多次淺切答案：A、C、D、E解析：降低功率、提速減少熱輸入；保護(hù)膜隔絕氧氣；多次淺切降低單道熱積累；空氣含氧反而加劇燃燒。15.激光模切產(chǎn)線MES系統(tǒng)需采集的關(guān)鍵數(shù)據(jù)有A.激光器實(shí)時(shí)功率B.切縫寬度在線測(cè)量值C.材料批次號(hào)D.操作員指紋信息E.環(huán)境溫濕度答案：A、B、C、E解析：功率、縫寬、批次、溫濕度均與質(zhì)量追溯相關(guān)；指紋信息屬門(mén)禁，不寫(xiě)入MES工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）16.激光模切不銹鋼時(shí)，采用氧氣作為輔助氣體可獲得光亮切面。答案：×解析：氧氣與鐵反應(yīng)生成Fe?O?放熱，雖提高速度，但切面因氧化呈暗褐色；氮?dú)饣驓鍤獠诺霉饬痢?7.在相同平均功率下，飛秒激光比納秒激光的單脈沖能量更低。答案：√解析：飛秒重頻通常MHz級(jí)，納秒kHz級(jí)，E=P/f，故飛秒單脈沖能量低。18.激光切割PET薄膜時(shí)，靜電消除器應(yīng)安裝在激光頭出口處。答案：×解析：靜電消除器應(yīng)安裝在收卷前，激光頭出口處氣流紊亂，易把離子風(fēng)卷入光路，導(dǎo)致鏡片污染。19.激光器光束質(zhì)量M2越接近1，聚焦后焦深越長(zhǎng)。答案：×解析：M2越小，焦深越短；焦深與M2成反比。20.采用皮秒激光切割PI時(shí)，切縫邊緣的拉曼光譜出現(xiàn)1350cm?1峰，說(shuō)明產(chǎn)生了石墨化碳化。答案：√解析：1350cm?1為D峰，對(duì)應(yīng)無(wú)序sp2碳，表明碳化。21.激光模切設(shè)備的安全回路中，急停按鈕必須為雙通道冗余。答案：√解析：ISO138491要求PL=e時(shí)必須雙通道。22.激光切割玻璃時(shí)，CO?激光比綠光激光更適合做隱形成絲切割。答案：×解析：CO?波長(zhǎng)10.6μm被玻璃強(qiáng)烈吸收，只能表面燒蝕；綠光532nm可透射內(nèi)部，適合成絲。23.在卷對(duì)卷系統(tǒng)中，張力擺輥的慣量越大，張力波動(dòng)越小。答案：×解析：慣量大導(dǎo)致響應(yīng)遲緩，反而增大波動(dòng)。24.激光切割鋁箔時(shí)，采用圓偏振光比線偏振光切口更垂直。答案：√解析：圓偏振使吸收對(duì)切口方向不敏感，減少方向性毛刺。25.激光器冷水機(jī)使用去離子水目的是防止結(jié)垢。答案：×解析：去離子水為防電化學(xué)腐蝕電極，結(jié)垢主因是硬度離子，用反滲透水或蒸餾水即可。四、填空題（每空2分，共20分）26.激光模切中，常用“能量密度閾值”模型描述材料去除，其表達(dá)式為Φth=__________，其中F為單脈沖能量，πω?2為聚焦光斑面積。答案：F/(πω?2)解析：能量密度即單位面積能量，閾值以下為無(wú)損。27.對(duì)0.2mm厚銅箔進(jìn)行紅外激光切割時(shí)，若采用氧氣輔助，最佳噴嘴直徑與焦距比值通常取__________。答案：1.2~1.5解析：比值過(guò)小氣流受限，過(guò)大易激波，經(jīng)驗(yàn)區(qū)間1.2~1.5。28.激光模切設(shè)備年保養(yǎng)時(shí)，需用__________溶液擦拭ZnSe聚焦鏡，以防止鍍膜氧化。答案：無(wú)水乙醇+乙醚（1:1）解析：ZnSe溶于水，需快速揮發(fā)溶劑，避免水漬。29.在飛行光路系統(tǒng)中，若使用F=160mm透鏡，X軸行程1m，則最大入射角θmax≈__________°，此時(shí)需選用__________反射鏡，以避免偏振相移。答案：17.8；相位延遲補(bǔ)償（或“λ/4波片+銅鏡”）解析：θmax=arctan(500/1600)=17.8°；大角度金屬反射鏡引入s、p分量相位差，需補(bǔ)償。30.激光切割PI時(shí)，若切縫寬度設(shè)計(jì)值為30μm，而實(shí)測(cè)為35μm，則可通過(guò)__________（填“減小”或“增大”）離焦量__________（填“正向”或“負(fù)向”）進(jìn)行補(bǔ)償。答案：減小；負(fù)向解析：負(fù)離焦使光斑略縮小，切縫變窄。31.激光模切產(chǎn)線OEE計(jì)算公式為_(kāi)_________×性能稼動(dòng)率×合格品率。答案：時(shí)間稼動(dòng)率解析：OEE=時(shí)間稼動(dòng)率×性能稼動(dòng)率×合格品率。32.采用皮秒激光切割玻璃時(shí)，若需獲得<5μm崩邊，最佳脈沖重疊率應(yīng)控制在__________%。答案：85~90解析：實(shí)驗(yàn)表明，重疊率>90%熱積累增大崩邊，<80%則微裂未完全貫通。33.激光器Q開(kāi)關(guān)失效會(huì)導(dǎo)致__________（填“脈寬變寬”或“峰值功率下降”）。答案：峰值功率下降解析：Q開(kāi)關(guān)無(wú)法關(guān)斷，脈沖無(wú)法壓縮，峰值功率驟降。34.在卷對(duì)卷系統(tǒng)中，若收卷張力設(shè)定值5N，實(shí)際張力4.2N，則張力偏差百分比為_(kāi)_________%。答案：16解析：(5?4.2)/5×100%=16%。35.激光模切不銹鋼時(shí)，若出現(xiàn)“掛渣”缺陷，可通過(guò)__________（填“提高”或“降低”）輔助氣體壓力并__________（填“提高”或“降低”）速度來(lái)改善。答案：提高；降低解析：高壓吹渣，降速確保完全熔透。五、簡(jiǎn)答題（每題8分，共24分）36.簡(jiǎn)述激光模切PI薄膜時(shí)產(chǎn)生“波浪邊”缺陷的三大原因及對(duì)應(yīng)解決措施。答案：（1）原因：熱應(yīng)力導(dǎo)致薄膜收縮不均；措施：采用皮秒或紫外激光，降低單脈沖能量，減少熱輸入。（2）原因：收卷張力波動(dòng)；措施：在收卷前加S型張力輥，采用伺服電機(jī)閉環(huán)控制，精度±0.2N。（3）原因：輔助氣流紊亂沖擊薄膜；措施：設(shè)計(jì)真空吸附蜂窩平臺(tái)，噴嘴出口加整流環(huán)，氣流速度降至<5m/s。37.激光模切銅箔時(shí)，如何在線判定是否出現(xiàn)“等離子體屏蔽”？給出兩種傳感器方案并說(shuō)明原理。答案：方案一：光電二極管瞬態(tài)探測(cè)。在切割頭側(cè)向安裝高速I(mǎi)nGaAs光電二極管，采集550nm等離子體特征輻射，若信號(hào)強(qiáng)度突降>30%且與激光功率同步，則判定屏蔽。方案二：激光背反射功率監(jiān)測(cè)。通過(guò)分光鏡取樣返回激光器的背反射光，用功率計(jì)實(shí)時(shí)比對(duì)，若背反射功率異常升高>10%，說(shuō)明等離子體吸收導(dǎo)致能量耦合下降，觸發(fā)報(bào)警。38.說(shuō)明卷對(duì)卷激光模切產(chǎn)線中“MarkSeek”功能的實(shí)現(xiàn)流程，并計(jì)算當(dāng)Mark間距理論值100mm、編碼器分辨率1μm、相機(jī)像素當(dāng)量5μm/pixel時(shí)，系統(tǒng)的綜合定位精度。答案：流程：①材料行進(jìn)中視覺(jué)相機(jī)實(shí)時(shí)掃描；②檢測(cè)到Mark中心后，F(xiàn)PGA記錄當(dāng)前編碼器位置；③與理論位置比較，計(jì)算偏差ΔL；④伺服驅(qū)動(dòng)器在ΔL<0.5mm范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，調(diào)整激光觸發(fā)延遲；⑤完成切割后更新下一Mark預(yù)期位置。綜合精度：σ=√(σcam2+σenc2)=√(52+12)=5.1μm，即±5μm（3σ≈±15μm）。六、計(jì)算題（共11分）39.某激光模切設(shè)備采用1064nm光纖激光，平均功率P=100W，重復(fù)頻率f=200kHz，脈寬τ=100ns，聚焦光斑直徑2ω?=30μm，切割0.1mm厚鋁箔，鋁吸收率A=0.08，氣化熱Lv=10.8kJ/g，密度ρ=2.7g/cm3。（1）計(jì)算單脈沖能量E、峰值功率Pp；（3分）（2）計(jì)算單脈沖理論氣化體積V；（3分）（3）若要求切縫寬度30μm、切透0.1mm，求理論切割速度vc；（3分）（4）實(shí)際速度僅達(dá)vc的60%，分析能量損失主因。（2分）答案：（1）E=P/f=100/2×10?=0.5mJ；Pp=E/τ=0.5×10?3/(100×10??)=5kW。（2）能量用于氣化部分：E′=A·E=0.08×0.5=0.04mJ；質(zhì)量m=E′/Lv=0.04×10?3/10.8=3.7×10??g；體積V=m/ρ=3.7×10??/2.7=1.37×10??cm3=1.37×103μm3。（3）切縫截面積S=30μm×100μm=3000μm2；單脈沖氣化長(zhǎng)度l=V/S=1.37×103/3000=0.457μm；速度vc=l·f=0.457×10??×2×10?=0.091m/s=91mm/s。（4）實(shí)際60%說(shuō)明能量損失：①鋁反射率高，吸收僅8%；②熱擴(kuò)散導(dǎo)致周邊熔化未氣化；③等離子體屏蔽；④氣流帶走部分液態(tài)鋁，未參與氣化。七、綜合應(yīng)用題（共20分）40.某企業(yè)需對(duì)0.05mm厚PET+石墨散熱膜（雙層）進(jìn)行激光模切，要求切縫寬度≤40μ