Laser là gì? Ứng dụng công nghệ quét laser 

1. Laser là gì? và Đặc điểm của Laser

Laser là viết tắt của “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, nghĩa là khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích. Laser là một thiết bị phát ra ánh sáng đồng bộ, đồng pha và đồng hướng thông qua quá trình khuếch đại quang học dựa trên sự phát xạ kích thích của bức xạ. Laser phát ra ánh sáng có cường độ cao, đơn sắc và định hướng thông qua quá trình khuếch đại quang học dựa trên sự phát xạ kích thích. 

Các tia sáng laser

*Đặc điểm của tia laser:

- Đơn sắc: Tia laser có bước sóng ánh sáng xác định, nghĩa là nó có màu sắc đồng nhất.

- Cường độ cao: Tia laser có cường độ cao hơn nhiều so với các nguồn sáng thông thường.

- Định hướng: Tia laser lan truyền theo đường thẳng hẹp, ít bị tán xạ.

- Tính kết hợp: Các photon trong tia laser dao động cùng pha, tạo ra hiệu ứng giao thoa mạnh.

>>> Đọc thêm: Công nghệ in 3D 

2. Nguyên lý hoạt động của laser

- Sự kích thích: Các nguyên tử hoặc phân tử trong môi trường hoạt chất được kích thích lên trạng thái năng lượng cao hơn bằng nguồn năng lượng bên ngoài như điện, ánh sáng hoặc nhiệt.

- Sự phát xạ kích thích: Khi một nguyên tử hoặc phân tử ở trạng thái năng lượng cao hấp thụ một photon ánh sáng có năng lượng phù hợp, nó sẽ giải phóng hai photon có cùng pha, cùng hướng và cùng năng lượng với photon kích thích.

- Sự khuếch đại: Hai photon được tạo ra bởi sự phát xạ kích thích va chạm với các nguyên tử hoặc phân tử khác trong môi trường hoạt chất, kích thích chúng lên trạng thái năng lượng cao hơn và dẫn đến sự phát xạ thêm nhiều photon hơn. Quá trình này được lặp đi lặp lại, dẫn đến sự khuếch đại ánh sáng theo hướng song song.

- Sự phản xạ và hồi tiếp: Trong một laser, hai gương được đặt ở hai đầu của môi trường hoạt chất. Một trong số đó là gương phản xạ hoàn toàn, trong khi gương còn lại chỉ phản xạ một phần và truyền qua phần còn lại. Các photon di chuyển qua lại giữa hai gương, kích thích nhiều nguyên tử hoặc phân tử hơn và tạo ra nhiều photon hơn theo mỗi chu kỳ, dẫn đến sự khuếch đại ánh sáng mạnh mẽ.

Robot cắt Laser

- Sự phát xạ cuối cùng: Một phần của ánh sáng khuếch đại này sẽ thoát ra khỏi gương bán phản xạ, tạo thành chùm tia laser có cường độ cao, tính đơn sắc, tính đồng pha và tính định hướng cao. Đây chính là chùm tia laser được sử dụng trong nhiều ứng dụng khoa học, công nghiệp và y tế.

3. Các loại laser phổ biến 

Có nhiều loại laser khác nhau được phân loại dựa trên môi trường hoạt chất, bao gồm laser khí (như CO2, He-Ne), laser chất lỏng (laser nhuộm), laser rắn (như Nd:YAG, ruby), và laser bán dẫn (diode laser). Mỗi loại laser có đặc điểm và ứng dụng riêng biệt trong các lĩnh vực khác nhau.

- Laser khí:

Laser CO2: Sử dụng khí carbon dioxide làm môi trường hoạt chất. Loại laser này phát ra tia hồng ngoại, thường được sử dụng trong cắt, khắc và phẫu thuật vì khả năng cắt chính xác và hiệu quả cao.

Laser He-Ne: Sử dụng hỗn hợp khí heli và neon. Laser He-Ne thường phát ra ánh sáng đỏ và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị thí nghiệm, hệ thống đo lường và hiển thị laser.

- Laser chất lỏng:

Laser nhuộm: Sử dụng dung dịch chất nhuộm hữu cơ làm môi trường hoạt chất. Loại laser này có thể điều chỉnh được bước sóng phát xạ bằng cách thay đổi loại chất nhuộm và được sử dụng trong nghiên cứu khoa học và y học.

- Laser rắn:

Laser Nd:YAG: Sử dụng tinh thể yttrium aluminum garnet pha tạp neodymium. Loại laser này có thể phát ra ánh sáng hồng ngoại và được sử dụng trong gia công vật liệu, y học (phẫu thuật laser) và thẩm mỹ (xóa xăm, trẻ hóa da).

Liệu pháp laser

Laser ruby: Sử dụng tinh thể ruby (oxit nhôm pha tạp chromium). Đây là loại laser rắn đầu tiên được phát triển và chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu và một số ứng dụng đo lường.

- Laser bán dẫn (diode laser):

Diode laser: Sử dụng chất bán dẫn làm môi trường hoạt chất. Loại laser này có kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử tiêu dùng (như đầu đọc CD/DVD), viễn thông (truyền dẫn sợi quang), và y học (liệu pháp laser).

>>> Đọc thêm: Dây chuyền sản xuất linh kiện điện tử

4. Định nghĩa và nguyên tắc cơ bản của Công nghệ quét laser

Công nghệ quét laser là gì?

Công nghệ quét laser (Laser Scanning) sử dụng tia laser để thu thập dữ liệu không gian ba chiều của các đối tượng hoặc bề mặt. Quá trình này bao gồm việc phát ra tia laser, ghi nhận thời gian hoặc góc phản xạ của tia laser khi chúng chạm vào bề mặt, và sau đó sử dụng dữ liệu này để tạo ra một mô hình 3D chi tiết.

Công nghệ quét laser tạo ra một mô hình 3D chi tiết máy

*Nguyên tắc cơ bản của Công nghệ quét laser

- Phát ra tia laser: Hệ thống quét laser phát ra một chùm tia laser hướng tới đối tượng hoặc bề mặt cần quét. Tia laser này có thể là tia laser liên tục hoặc xung.

- Ghi nhận thời gian hoặc góc phản xạ: Khi tia laser chạm vào bề mặt, nó sẽ phản xạ lại. Máy quét sẽ ghi nhận thời gian mà tia laser phản xạ trở lại hoặc góc phản xạ của tia để xác định khoảng cách từ máy quét đến bề mặt. Có hai phương pháp chính: Phương pháp thời gian bay (Time-of-Flight): Đo thời gian từ lúc phát ra đến lúc nhận lại tín hiệu phản xạ để xác định khoảng cách. Phương pháp pha (Phase Shift): Sử dụng sự chênh lệch pha giữa tín hiệu phát ra và tín hiệu phản xạ để tính toán khoảng cách.

- Tạo ra mô hình 3D: Dữ liệu thu thập được sẽ được xử lý và tổng hợp để tạo ra một mô hình 3D chi tiết của đối tượng hoặc bề mặt. Quá trình này bao gồm việc xác định vị trí tọa độ X, Y, Z của hàng triệu điểm dữ liệu, tạo ra cái gọi là "đám mây điểm" (point cloud).

- Xử lý dữ liệu: Dữ liệu thô từ đám mây điểm sẽ được xử lý để loại bỏ nhiễu và tạo ra một mô hình 3D chính xác. Quá trình này có thể bao gồm các bước như lọc dữ liệu, ghép nối các đám mây điểm từ nhiều góc quét khác nhau, và chuyển đổi dữ liệu thành các định dạng mô hình 3D khác nhau (như CAD, BIM).

- Ứng dụng thực tế: Công nghệ quét laser được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như kiến trúc, xây dựng, khảo cổ học, địa chất, và công nghiệp sản xuất. Các ứng dụng cụ thể bao gồm tạo bản đồ địa hình, kiểm tra chất lượng xây dựng, phục dựng di tích lịch sử, và thiết kế ngược (reverse engineering).

5. Ứng dụng công nghệ quét laser 

Công nghệ quét laser đã trở thành một trong những yếu tố then chốt thúc đẩy sự phát triển và đổi mới trong ngành sản xuất. Từ việc cải tiến quy trình sản xuất đến nâng cao chất lượng sản phẩm, quét laser mang lại nhiều lợi ích vượt trội, góp phần nâng cao hiệu quả và độ chính xác.

*Dưới đây là một số ứng dụng nổi bật của công nghệ quét laser

- Thiết Kế và Chế Tạo

Quét laser 3D cho phép tạo ra các mô hình chính xác của sản phẩm và bộ phận máy móc. Quá trình này giúp các nhà thiết kế và kỹ sư dễ dàng kiểm tra, tinh chỉnh thiết kế trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt. Điều này không chỉ giảm thiểu sai sót mà còn tiết kiệm chi phí và thời gian.

Cánh tay robot đang quét 3D chi tiết máy

>>> Xem thêm: Cánh tay robot ICATEC

- Sản Xuất Tự Động

Công nghệ quét laser đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các hệ thống sản xuất tự động. Bằng cách cung cấp dữ liệu chính xác về vị trí và hình dạng của các bộ phận, quét laser giúp các robot và máy móc trong dây chuyền sản xuất hoạt động chính xác và hiệu quả hơn. Điều này không chỉ tăng năng suất mà còn giảm thiểu lỗi do con người gây ra.

- Ứng dụng trong gia công và chế tạo

Công nghệ quét laser đóng vai trò quan trọng trong gia công và chế tạo chính xác. Ví dụ, trong sản xuất các bộ phận máy móc, quét laser giúp kiểm tra và đo lường chính xác kích thước, hình dạng của sản phẩm, đảm bảo chất lượng và độ chính xác cao. Ngoài ra, công nghệ này còn được sử dụng để kiểm tra mòn, hỏng của các thiết bị, từ đó giúp dự đoán và lên kế hoạch bảo trì hiệu quả.

- Kiểm Tra Chất Lượng

Một trong những ứng dụng quan trọng của quét laser là kiểm tra chất lượng sản phẩm. Công nghệ này cho phép đo lường các thông số kỹ thuật của sản phẩm với độ chính xác cao, từ đó phát hiện ra các lỗi và sai sót trong quá trình sản xuất. Điều này đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.

>>> Đọc thêm: Nhà máy thông cần những tiêu chí nào

- Quản Lý Kho và Kiểm Kê

Trong quản lý kho, quét laser giúp tối ưu hóa việc lưu trữ và quản lý hàng hóa. Bằng cách sử dụng quét laser để quét mã vạch hoặc mã QR, các doanh nghiệp có thể dễ dàng theo dõi vị trí và số lượng của từng mặt hàng, từ đó cải thiện hiệu quả quản lý kho và giảm thiểu tình trạng hàng hóa bị thất lạc hoặc sai sót trong kiểm kê.

- Bảo Trì Dự Phòng

Trong bảo trì dự phòng, quét laser giúp phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng hoặc hao mòn trên thiết bị và máy móc. Việc này cho phép thực hiện các biện pháp sửa chữa kịp thời, tránh được những sự cố nghiêm trọng và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

- Ứng dụng trong xây dựng và kiến trúc

Trong lĩnh vực xây dựng và kiến trúc, công nghệ quét laser được sử dụng để lập bản đồ và khảo sát công trình. Điều này giúp các kỹ sư và kiến trúc sư có thể tạo ra các mô hình 3D chính xác của các tòa nhà, địa hình và các công trình khác. Nhờ đó, quy trình thiết kế và thi công trở nên chính xác hơn, giảm thiểu sai sót và tiết kiệm chi phí.

- Ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không

Công nghệ quét laser còn được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không. Quét laser được sử dụng để kiểm tra chất lượng và đo lường các bộ phận phức tạp của xe hơi và máy bay, giúp đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn và hiệu suất. Việc sử dụng quét laser trong sản xuất các bộ phận phức tạp này giúp tăng cường độ chính xác và hiệu quả, đồng thời giảm thời gian và chi phí sản xuất.

Cánh tay robot và máy quét Laser 3D đang đo thân ô tô 

- Ứng dụng trong y tế và nghiên cứu khoa học

Trong lĩnh vực y tế, công nghệ quét laser được sử dụng để tạo ra các hình ảnh chi tiết của cơ thể con người, hỗ trợ trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Ví dụ, quét laser 3D có thể giúp lập bản đồ chi tiết các cơ quan nội tạng, xương và mô mềm, hỗ trợ các bác sĩ trong việc lên kế hoạch phẫu thuật chính xác. Trong nghiên cứu khoa học, quét laser giúp nghiên cứu và phân tích các mẫu vật, cấu trúc sinh học và nhiều lĩnh vực khác, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới.

Chụp X quang cho bệnh nhân

- Ứng dụng trong bảo tồn di sản và khảo cổ học

Công nghệ quét laser còn được ứng dụng trong lĩnh vực bảo tồn di sản và khảo cổ học. Việc quét laser các di tích, công trình cổ giúp tạo ra các bản sao kỹ thuật số chính xác, từ đó bảo tồn và nghiên cứu mà không làm ảnh hưởng đến hiện trạng ban đầu. Các mô hình 3D chi tiết của các di sản văn hóa giúp các nhà nghiên cứu có thể khám phá, phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với hiện vật, giảm nguy cơ gây hại.

- Ứng dụng trong nông nghiệp

Trong nông nghiệp, công nghệ quét laser được sử dụng để theo dõi sức khỏe cây trồng, kiểm tra độ phì nhiêu của đất và quản lý nước. Các thiết bị quét laser có thể tạo ra các bản đồ địa hình chính xác của cánh đồng, giúp nông dân tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và cải thiện năng suất cây trồng. Quét laser còn hỗ trợ trong việc tự động hóa các quá trình nông nghiệp, từ việc gieo hạt đến thu hoạch, mang lại hiệu quả cao hơn.

- Ứng dụng trong giao thông và quản lý đô thị

Trong quản lý giao thông và đô thị, quét laser giúp lập bản đồ chính xác các tuyến đường, cầu cống và các công trình hạ tầng. Điều này giúp quản lý và bảo trì hạ tầng một cách hiệu quả, đồng thời hỗ trợ trong việc quy hoạch và phát triển đô thị. Các hệ thống giao thông thông minh cũng sử dụng công nghệ quét laser để giám sát và điều khiển giao thông, giảm thiểu tắc nghẽn và tai nạn.

Công nghệ quét laser đã và đang đóng góp quan trọng vào sự phát triển của ngành sản xuất. Với khả năng cung cấp dữ liệu chính xác và hỗ trợ nhiều khía cạnh trong quy trình sản xuất, công nghệ này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tối ưu hóa các hoạt động sản xuất và quản lý. Trong tương lai, với sự tiến bộ không ngừng của khoa học và công nghệ, quét laser hứa hẹn sẽ tiếp tục mang lại nhiều đột phá mới, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành sản xuất.

CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA ICA

Chuyên cung cấp các Robot công nghiệp và máy móc tự động hóa trong các nhà máy sản xuất lĩnh vực công nghiệp điện tử, công nghiệp phụ trợ và tự động hóa.

🏭Trụ sở chính: Tuyến số 2, khu công nghiệp Lai Xá, Kim Chung, Hoài Đức, Hà Nội

Chi nhánh 1: Flat/rm 705,7/f,fa Yuen Commercial Building, no.75-77, Fa Yuen Street, mong Kok, Kowloon, Hong Kong 

Chi nhánh 2: Room 205, Building 11, Bihaimingyuan, XiXiang District, XiXiang, Baoan Shenzhen, Guangdong, China

Hotline: 0949060848   Tel: (024)22155226

🌐Website: https://icatech.com.vn