Documentul detaliază un program de formare profesională flexibilă în domeniul mecatronic encluzând instruirea informatizată și aplicații educaționale. Se discută despre asamblarea unui calculator, aplicații birotice precum Microsoft Office și utilizarea platformelor mecatronice educaționale. În concluzie, se subliniază importanța tehnologiilor educaționale moderne și dezvoltarea competențelor necesare în educație.

1. FlexFORM – PROGRAM DE FORMARE PROFESIONALĂ
FLEXIBILĂ PE PLATFORME MECATRONICE
POSDRU/87/1.3/S/64069
Cursant: profesor Tanase Viorel
Coordonator proiect: profesor dr. ing. CONSTANTIN NIŢU

4. M1: Informatică şi tehnologii educaţionale
C1 : Informatică aplicată în educaţie şi
formare
Titlul lucrării:
INSTRUIREA INFORMATIZATĂ ÎN DOMENIUL
TEHNOLOGIC

5. CUPRINSUL
1.INTRODUCERE.
2.CONŢINUTUL TEHNIC
2.1.SĂ CONSTRUIM UN CALCULATOR…
2.1.2.ASAMBLAREA CALCULATORULUI.
2.3.APLICAŢII PENTRU BIROTICĂ.
2.4.APLICAŢIE.
3.CONCLUZII.
4.BIBLIOGRAFIE.
5.ANEXE.

6. 1.INTRODUCERE

7. 1.1.INTRODUCERE.
Transformarea societăţii informaţionale în
societate a cunoaşterii are la bază două
categorii de instrumente(vectori):
1. Vectori tehnologici.
2. Vectori funcţionali.

8. 1.2.INTRODUCERE.
Vectorii tehnologici ai societăţii cunoaşterii sunt:
 Internetul, dezvoltat prin extensiune geografică;
 Tehnologia cărţii electronice;
 Agenţii inteligenţi – sisteme expert cu inteligenţă artificială;
 Mediul înconjurător inteligent pentru activitatea şi viaţa
omului;
 Nanotehnologia şi nanoelectronica.

9. 1.3.INTRODUCERE.
Vectorii funcţionali ai societăţii cunoaşterii sunt:
 Managementul cunoaşterii pentru întreprinderi,
organizaţii,instituţii, administraţii naţionale şi locale;
 Managementul utilizării morale a cunoaşterii la nivel global;
 Cunoaşterea biologică şi genomică;
 Sistemul de îngrijire a sănătăţii la nivel social şi individual;
 Aprofundarea cunoaşterii despre existenţă;
 Generarea de cunoaştere nouă tehnologică;
 Dezvoltarea unei culturi a cunoaşterii şi inovării;
 Un sistem de învatamânt bazat pe metodele societăţii
informaţionale şi a cunoaşterii (e-learning)

10. 1.4.INTRODUCERE.
Cursul INFORMATICĂ APLICATĂ ÎN EDUCAŢIE ŞI
FORMARE îşi propune, în raport cu obiectivele
vizate,dezvoltarea abilităţilor şi competenţelor cursanţilor în
următoarele direcţii:
 accesarea unor categorii de informaţii digitale;
 crearea unor aplicaţii utilizabile în procesul educaţional;
 valorificarea eficientă a valenţelor superioare oferite
domeniul Tehnologiei Informaţiei şi a Comunicaţiilor.

11. 2.1.SĂ CONSTRUIM UN CALCULATOR

12. 2.1.1.1.HARDWARE ŞI SOFTWARE
Ansamblul de componente fizice interconectate care
alcătuiesc un calculator poartă numele de hardware –
prescurtat hard. Folosind componentele hardware un
calculator poate executa programe, acestea reprezentând
software-ul calculatorului – prescurtat soft.
O parte a software-ului este constituită din sistemul de
operare al calculatorului. Componentele acestuia realizează
supervizarea funcţionării tuturor componentelor hardware şi
asigură încărcarea în memorie şi lansarea în execuţie a
diferitelor aplicaţii.

13. 2.1.1.2.ALCĂTUIREA HARDWARE-ULUI
1.Carcasa.Componenta care
oferă cadrul pentru
componentele interne şi oferă
protecţia acestora poartă
denumirea de carcasă.
2.Sursa de alimentare
reprezintă componenta care
transformă curentul alternativ.
3.Placa de bază reprezintă
circuitul integrat principal care
conţine magistralele sau
circuitele electrice care se
găsesc într-un calculator.

14. 2.1.1.2.ALCĂTUIREA HARDWARE-ULUI
4.Procesorul reprezintă unitatea
centrală de prelucrare, cea mai
importantă componentă a
sistemului de calcul.
5.Memoria internă a calculatorului are
rolul de a înregistra valori şi de a
reda valori. Memoria internă a unui
calculator este acea parte a me-
moriei care intră în contact direct cu
microprocesorul. Ea este alcatuită
din două mari părţi ROM şi RAM.
6.Hard-disk-ul este un disc magnetic,
de mare capacitate, care ajută la
stocarea datelor pentru sistemele
cu microprocesoare.

15. 2.1.1.2.ALCĂTUIREA HARDWARE-ULUI
7.Unitatea de discheta (floppy
disk) este un echipament de
stocare care foloseşte discuri
flexibile de 3.5 inch.
8.Placa video reprezintă
componenta care generează
imaginea de pe ecranul
monitorului, la parametrii ceruţi.
9.Placa de sunet înglobează toate
componentele electronice
necesare producerii de sunete
şi asigură prin caracteristicile
hardware câteva funcţii
referitoare la componenta
audio.

16. 2.1.1.2.ALCĂTUIREA HARDWARE-ULUI
10.Unităţile CD-RW sunt acele
unităţi optice cu ajutorul
cărora putem transfera
informaţiile dintr-un sistem de
calcul pe CD, dar şi pentru a
citi informaţiile de pe suportul
de stocare.
11.Placa de reţea, numită şi
adapter de reţea sau placă
cu interfaţă de reţea, este o
piesă electronică proiectată
petru a permite
calculatoarelor să se
conecteze la o reţea de
calculatoare.

17. 2.1.2.ASAMBLAREA CALCULATORULUI.

18. 2.1.2.1.ASAMBLAREA CALCULATORULUI.
2.1.2.1.INSTALAREA MICROPROCESORULUI
2.1.2.2.MONTAREA MEMORIILOR
2.1.2.3.MONTAREA SISTEMULUI DE RĂCIRE PE PROCESOR
2.1.2.4.MONTAREA PLĂCII DE BAZĂ
2.1.2.5.MONTAREA SURSEI DE ALIMENTARE
2.1.2.6.INSTALAREA HARD-DISCULUI.
2.1.2.7.INSTALAREA UNITĂŢII OPTICE
2.1.2.8.INSTALAREA ALTOR UNITĂŢI PERIFERICE
2.1.2.9.PARTIŢIONAREA HARD-DISK-ULUI

19. 2.3.APLICAŢII PENTRU BIROTICĂ.

20. 2.3.APLICAŢII PENTRU BIROTICĂ.
Sistemele de operare actuale se instalează împreună cu
un ansamblu de aplicaţii care permit scrierea de texte, efectuarea
de calcule sau afişarea diferitelor tipuri de informaţii video sau
audio. Posibilităţile limitate ale acestor aplicaţii fac necesară
instalarea unor aplicaţii profesionale specializate pentru fiecare tip
de activitate. Pentru birotică firma Microsoft propune pachetul
Microsoft Office, format în principal din:
Microsoft Word (procesor de texte);
Microsoft Excel (calcul tabelar);
Microsoft Power Point (prezentări
multimedia);
Microsoft Outlook (e-mail) ;
Microsoft Access (sistem de gestiune
de baze de date).

21. 2.3.1.APLICAŢII PENTRU BIROTICĂ.
Aplicaţia Microsoft Office Word 2007 permite realizarea unui
volum imens de operaţii specifice activităţii de birotică.Se pot exemplifica,
în acest sens, următoarele operaţii:
Stabilirea formatului şi marginilor hârtiei : Page Layout/Page Setup/Page
Setup;
 Introducere text, desene (Paint …), tabele, formule;
Salvare;
Formatare document;
Inserare număr pagină;
Inserarea unui tabel;
Formatarea tabelului;
Inserarea notelor de subsol (Footnote) sau de sfârşit de document;
Inserarea caracterelor speciale;
Inserarea ecuaţiilor matematice;
Realizarea unor forme;
Inserarea unei casete de text;
Inserarea unui obiect generat de o altă aplicaţie - Insert / Object;
Particularizarea aplicaţiei.

22. 2.3.2.APLICAŢII PENTRU BIROTICĂ.
Aplicaţia Microsoft Office Power Point 2007 permite realizarea
unui volum imens de operaţii specifice activităţii de birotică.Se pot
exemplifica, în acest sens, următoarele operaţii:
Salvare;
Inserare număr pagină;
Inserarea unui tabel;
Formatarea tabelului;
Inserarea caracterelor speciale;
Inserarea ecuaţiilor matematice;
Realizarea unor forme;
Inserarea unei casete de text;
Inserarea unui obiect generat de o altă aplicaţie - Insert / Object;
Particularizarea aplicaţiei;
Modificarea conţinutului şi aspectului diapozitivelor;
Adăugarea unui nou diapozitiv - Insert / New Slide;
Inserarea în prezentare a unei secvenţe muzicale;
Declanşarea prezentării - (Slide Show / From Beginning).

23. 2.4.APLICAŢIE.

24. 2.4.APLICAŢIE.
Prezentarea POWER POINT
cu titlul „ REPREZENTAREA ÎN
SECŢIUNE” a fost realizată ca o
aplicaţie a cursului „Informatică aplicată
în educaţie şi formare” .În această
lucrare s-a utilizat o gamă largă de
operaţii specifice aplicaţiilor WORD
2007, EXCEL 2007 şi POWER POINT
2007 şi s-a realizat integrarea
informaţiilor între programe.
Aplicaţia(prezentare Power
Point) „ REPREZENTAREA ÎN
SECŢIUNE” este utilizată în procesul
de predare-învăţare-evaluare, în cadrul
Laboratorului de Tehnologie
Informatizată.

25. 3.CONCLUZII.

26. 3.1.CONCLUZII.
Informatica este implicată în ansamblul procesului de învăţământ, prin
raportarea la următoarele patru funcţii:
1. Administrativă. Calculatorul este considerat un instrument care permite
administrarea eficientă a unei instituţii şcolare.
2. Gestiune didactică. Gestiunea şi prelucrarea informaţiilor care permit o
evaluare individuală a elevilor.
3. Instrument didactic. Învăţământul asistat de calculator se deosebeşte de alte
forme de utilizare a calculatorului în procesul educativ prin două aspecte
esenţiale: calculatorul participă direct la acţiunea didactică şi între el şi elev
există o interacţiune permanentă.
4. Auxiliar didactic. Ca orice alt mijloc audiovizual, calculatorul poate servi în
cadrul lecţiilor drept instrument de exemplificare. Calculatorul permite o nouă
formă de prezentare a lecţiilor, dar trebuie folosit doar acolo unde poate contribui
la optimizarea procesului de învăţământ.

27. 3.2.CONCLUZII.
Cursul Informatica aplicată în educaţie şi formare îşi propune
atingerea a două categorii de obiective:
Obiective generale
1. Aplicarea tehnologiilor educaţionale moderne;
2. Eficientizarea procesului de predare-învăţare.
Conform Standardelor de Pregătire Profesională se urmăreşte
atingerea şi realizarea unor unităţi de competenţe cheie:
1. Utilizarea calculatorului şi prelucrarea informaţiei.
2. Lucrul în echipă.
3. Asigurarea calităţii.

28. 4.BIBLIOGRAFIE.

29. 4.BIBLIOGRAFIE.
1. M1.C1.Informatica aplicată în educaţie şi formare.
FLEXFORM-FIMM U.P.Bucureşti 2012
2.Informatica_Didactica. http://tvet.ro http://www.4shared.com
3.Standardul de Pregătire Profesională pentru calificarea Tehnician
echipamente de calcul, nivelul 3 avansat – www.tvet.ro , secţiunea SPP sau
www.edu.ro , secţiunea învăţământ preuniversitar.
4.Curriculum pentru calificarea Tehnician echipamente de calcul,
nivelul 3 avansat – www.tvet.ro , secţiunea Curriculum sau www.edu.ro ,
secţiunea învăţământ preuniversitar.
5.http://www.wikipedia.org
6.Tehnologia informatiei si a comunicatiilor. Iulian Cioroianu
Editura „Sf. Ierarh Nicolae 2010
7.Capitolul IX.Societatea informaţională. Agenţia pentru Dezvoltare
Regională Vest Internet

30. 5.ANEXE.

31. 5.ANEXE.
Aplicaţia REPREZENTAREA ÎN SECŢIUNE, în format .pptx,
cuprinde în baza de date următoarele fişiere:
Catalogul pentru notare(.docx)-Desen Tehnic Industrial;
Catalogul pentru notare(.docx)-Test de evaluare in format WQC;
Clasificarea secţiunilor(.docx);
Haşuri utilizate(.docx);
Reguli de reprezentare(.docx);
Trasee de secţionare(.docx);
Fişiere video:
Bucşă în trepte-secţiune 1800;
Bucşă în trepte-secţiune 3600;
Secţiune simplă;
Secţiune frântă;
Secţiune în trepte;
Secţiune cilindrică;
Clasa a IX-a K-fişier în format swf.
Prezentarea Power Point în format pdf.

33. M2: Platforme mecatronice pentru educaţie şi
formare flexibilă
C4 : Metode şi tehnici de inovare şi
creativitate
Titlul lucrării:
PLATFORMA LEGO MINDSTORMS.
METODA „LEARNING BY DOING”

34. CUPRINSUL
1.INTRODUCERE.
2.CONŢINUTUL TEHNIC
2.1.CONCEPTUL DE MECATRONICĂ
2.2.PLATFORMA LEGO MINDSTORMS NXT
2.3.COMPONENTELE PLATFORMEI LEGO MINDSTORMS NXT
2.4.MEDIUL DE PROGRAMARE. LEGO MINDSTORMS NXT
2.5.CONCEPTUL „LEARNING BY DOING”
2.6.APLICAŢIE
3.CONCLUZII.
4.BIBLIOGRAFIE.
5.ANEXE.

35. 1.INTRODUCERE

36. 1.1.INTRODUCERE.
Cursul „Metode şi tehnici de inovare şi creativitate”
îşi propune să dezvolte la nivelul cursantului (elevului):
exploatarea potenţialului inovator al platformelor
mecatronice educaţionale;
dezvoltarea gândirii integratoare;
stimularea creativităţii;
dezvoltarea flexibilităţii şi capacităţii de adaptare a
cursantului;
operativitate şi reacţie rapidă la schimbările pe piaţa
muncii.

37. 1.2.INTRODUCERE.
Parcurgerea acestui curs permite atingerea unor competenţe generale:
1. Exploatarea platformelor educaţionale în scopul stimulării transferului de
cunoaştere a capacităţii de adaptare a cursantului/elevului la dinamica pieţei
muncii prin:
a. programarea funcţionalităţii sistemelor mecatronice;
b. cunoașterea, dezvoltarea şi implementarea tehnicilor de control.
2. Prototiparea rapidă la scară redusă a sistemelor mecatronice prin:
a. realizarea de sisteme mecatronice la scară utilizând structuri
modulare reconfigurabile;
b. programarea funcţionării.
3. Gândirea sistemică, integratoare;
4. Deprinderea de a lucra în echipă;
5. Capacitate de analiză şi sinteză globală a sistemelor moderne (mecatronice).

38. 2.1.CONCEPTUL DE MECATRONICĂ.

39. 2.1.1.CONCEPTUL DE MECATRONICĂ.
Termenul de mecatronică fost brevetat în anul 1969, de către
concernul Yaskawa Electric Co. şi a fost utilizat pentru a descrie
interdependenţa între :
mecanicǎ ;
electronicǎ;
informaticǎ.
Scurt istoric.
Conceptul de “mecatronică” - brevetat în anii 1971-1972.
În anul 1982 firma Yaskawa renunţă la drepturile de autor asupra
acestuia pentru a putea fi utilizat pe scară largă.
În anul 1986 conceptul este citat şi în literatura de specialitate din
România pentru roboţi industriali.
Conceptul de mecatronică - legitimitate academică în anul 1996 prin IEEE /
ASME Transactions on Mechatronics.

40. 2.2.PLATFORMA LEGO MINDSTORMS NXT

41. 2.2.1.PLATFORMA LEGO MINDSTORMS NXT
Kitul Mindstorms NXT reprezintă cea de-a doua generație de
componente LEGO didactice.
Acesta oferă:
un nou design al componentelor mecanice;
un controler programabil cu putere sporită de calcul;
un set extins de senzori.
Platforma este de tip opensource astfel pot fi creaţi noi tipuri de senzori şi
actuatori compatibili.Kit-ul educaţional LEGO Mindstorms NXT conţine:
1. controlerul inteligent NXT;
2. trei servomotoare;
3. senzor de contact;
4. senzor ultrasonic;
5. senzor de lumină;
6. senzor de sunet;
7. baterie reîncărcabilă;
8. conectori;
9. componente Lego.

42. 2.3.COMPONENTELE PLATFORMEI
LEGO MINDSTORMS NXT

43. 2.3.1.COMPONENTELE PLATFORMEI LEGO
MINDSTORMS NXT
Kit-ul educaţional LEGO Mindstorms NXT conţine:
1. Controlerul NXT.
2. Servomotor(actuator).
3. Servomotor(actuator).
4. Servomotor(actuator).
5. Senzor tactil.
6. Senzor tactil.
7. Senzor de lumină.
8. Senzor ultrasonic.

44. 2.3.2.CONTROLERUL NXT
Controlerul NXT oferă mai multe modalităti
de comunicare cu utilizatorul. Acestea sunt:
Afişajul.
Butoanele.
Difuzorul.
Aceste modalităţi ar putea fi
încadrate în două categorii:
1. intrări;
2. ieşiri.
Principala modalitate de introducere a comenzilor se realizează
folosind butoanele de pe controller. Acestea se folosesc atât la navigarea în
meniul NXT cât şi în timpul rulării unui soft dacă programul realizat acceseaza
această funcție.

45. 2.3.3.SERVOMOTOARELE
Servomotorul LEGO este un motor de curent continuu de 3 W, compus din
următoarele:
1. Corpul motorului propriu-zis;
2. Angrenaj cu roți dințate (reductor) ;
3. Senzor de rotație (Encoder în cuadratură);
4. Corp de prindere ale altor piese LEGO (de exemplu axe).
Precizia senzorului de rotație este de 1 grad. Acesta poate măsura rotațiile
motorului în grade sau în rotații complete (1 rotație completa = 360 grade).

46. 2.3.4.SENZORI
Platforma are în dotare 4 senzori:
1. senzorul tactil;
2. senzorul de sunet;
3. senzorul de lumină;
4. senzorul de ultrasunete.
În raport cu mediul de interacţiune, senzorii
se pot clasifica astfel:
Optici:sezor de lumină, senzor de culoare;
Ambientali:senzor de temperatură, senzor de sunet;
Mecanici:senzor de acceleraţie, senzor giroscopic;
Orientare:senzor de distanţă, senzor tip busolă.

47. 2.4.MEDIUL DE PROGRAMARE. LEGO
MINDSTORMS NXT

48. 2.4.MEDIUL DE PROGRAMARE. LEGO
MINDSTORMS NXT
Blocul funcțional reprezintă elementul de bază al limbajului grafic
LEGO Mindstorms NXT. Este derivat din conceptul de bloc avansat al limbajului
Labview.
Fiecare bloc este echivalent cu o instrucțiune (subrutină) a limbajelor bazate pe
text (C++, Basic, Pascal etc.).
Sunt împărțite în grupuri cu funcționalități asemănătoare: Comune,
Acțiuni, Sensori, Control, Date, Avansați .
Blocurile pot fi depuse pe schema
aplicației printr-o operațiune de tip
„drag-and-drop”, de-a lungul firului
de execuție a programului.

49. 2.5.CONCEPTUL „LEARNING BY DOING”

50. 2.5.1.CONCEPTUL „LEARNING BY DOING”
Conceptul “learning by doing” este o combinaţie între mediul
de învățare şi mediul de lucru, de unde se nasc experiențe de învățare
reale şi relevante. Acesta oferă posibilitatea participanților să-şi
urmeze propriile interese şi întrebări şi totodată să ia decizii asupra
modului în care vor găsi răspunsuri şi soluții problemelor.
Oferă participanților autonomie şi pentru realizarea propriului
proiect şi a unui proiect al grupului, prin posibilitatea abordării
interdisciplinare. Participanții aplică şi integrează conținutul diferitelor
discipline în momente autentice de acțiune, în loc de situații de izolare
sau artificiale şi sprijină integrarea teoriei cu practica.
În comparație cu metoda tradițională de învățare, care se
bazează pe construcție și reproductivitate, metoda „learning by doing”
se bazează pe analiză, inițiativă și dedicare.

51. 2.5.2.CONCEPTUL „LEARNING BY DOING”
Etapele învățării prin descoperire se ordonează oarecum
invers faţă de învățarea tradițională.
Prima etapă în desfășurarea cursurilor de tip „learning by doing” este
punerea problemei. Aceasta trebuie să fie destul de interesantă,
pentru a capta atenția participanților, să stimuleze imaginația și să-i
țină pe aceștia prinși în rezolvarea problemei.
A doua etapă este antrenarea participanților într-un proces de
încercare şi eroare (trial and error) în vederea obținerii unui rezultat
adecvat.
În etapa a treia, participanții, prin raportare la experiența lor, sunt
capabili să inducă principii adecvate pentru rezolvarea sarcinii, în
urma cunoștințelor acumulate anterior.
În următoarea etapă se fac generalizări, prin referire la alte situații în
care se pot aplica principiile găsite.
În final, participanții vor putea aplica noile cunoștințe acumulate la
cazuri noi (să aplice regulile învățate în alte contexte).

52. 2.6.APLICAŢIE.

53. 2.6.1.APLICATIE
Se va construi o structură mecanică, utilizând componente
LEGO, care să permită transformarea mişcării de rotație în mişcare de
translație, cu 2 limitatori de cursă(senzori tactili).
Condiţii:
1. Cursa utilă să aibă o lungime între 200 și 300 de mm .
2. Cartul să fie fixat pe axă pe cele două direcții pe care nu se
deplasează.
3. Dimensiunile de gabarit să fie sub 400x100x100 de mm .
4. Momentul transmis de la motor să nu fie amplificat mai mult de
10x .

54. 2.6.2.APLICATIE
2.6.1.CONSTRUCŢIA STRUCTURII MECANICE
2.6.2.REALIZAREA PROGRAMULUI(software LEGO MINDSTORMS NXT)
2.6.3.RULAREA PROGRAMULUI

55. 3.CONCLUZII.

56. 3.1.CONCLUZII
Conceptul „ Learning by doing” prezintă următoarele avantaje:
Motivare.
Participanții au libertatea de a alege modul de abordare a problemei;
Pot folosi cunoștințele anterior obținute în vederea soluționării problemei;
Reprezintă o modalitate de a-și expune punctele de vedere prin experimente.
Memorare mai buna.
Informația care ne vine pe cale senzorială vizuală nu este izolată de alte
procese psihice;
Apar anumite emoții și gânduri;
Informația se înmagazinează nu doar pe cale vizuală;
Informaţia se corelează cu acele gânduri si emoții simțite.
Favorizează relațiile interpersonale.
Asigură un climat favorabil interacţiunii între membrii echipei;
Permite cunoaşterea potenţialului fiecărui membru al echipei.
Creste încrederea în sine şi în ceilalți.
Creează un sistem de valori compatibil;
Determină creşterea nivelului de încredere în potenţialul de acţiune.

57. 3.2.CONCLUZII
Conceptul „ Learning by doing” prezintă următoarele dezavantaje:
Consumă timp.
Există riscul ca timpul necesar de a ajunge la o soluție prin metoda „trial and
error” să fie insuficient.
Generalizarea este uneori dificilă.
Există posibilitatea ca participanții să nu poată face generalizarea soluției
găsite fie din lipsa de informație fie din cauza informațiilor prea puține sau prea
particulare.
Valoarea educativă a lecției scade datorită acțiunii de a descoperi în sine.

58. 4.BIBLIOGRAFIE.

59. 4.BIBLIOGRAFIE
1.M2.C4.Metode si tehnici de inovare si creativitate
FLEXFORM_FIMM 2011
2.Proiectarea sistemelor mecatronice
prof. dr. ing. Valer Dolga 2006
3.LEGO MINDSTORMS NXT CD-Software
FLEXFORM_FIMM 2012

60. 5.ANEXE.

61. 5.ANEXE
Fişier .swf Software_Lego Mindstorms NXT
Fişier .exe Lego Mindstorms NXT

63. M3: Dezvoltare tehnologică şi tehnologii
educaţionale în societatea bazată pe
cunoaştere
C5: Dezvoltare tehnologică şi tehnologii
educaţionale
Titlul lucrării:
SUDAREA ŞI DEBITAREA CU LASER

64. CUPRINSUL
1.INTRODUCERE.
2.CONŢINUTUL TEHNIC
2.1. PRINCIPIUL METODEI
2.2. LASERUL
2.3. UTILIZĂRI
2.4. LASERUL CU GAZE
2.5. SUDAREA LASER
2.6. LASERUL DE 2 KW
2.7. ALTE APLICATII
3.CONCLUZII.
4.BIBLIOGRAFIE.
5.ANEXE.

65. 1.INTRODUCERE

66. 1.1.INTRODUCERE
Invenţie a secolului XX, laserul este prezent în
diverse domenii de aplicaţii:
cititoarele de coduri de bare;
imprimantele laser;
transmiterea informaţiei prin fibra optică;
CD-urile şi DVD-urile audio sau vide;
holografia;
neurochirurgia şi chirurgia oculară;
obţinerea temperaturilor foarte inalte in camerele
reactoarelor de fuziune nucleară;
prelucrarea metalelor si aliajelor dure.

67. 1.1.INTRODUCERE
“Laser” este un acronim pentru Light Amplification
by Stimulated Emission of Radiation(Amplificarea luminii
prin emisia stimulată de radiaţie). Acest acronim
desemnează orice dispozitiv care creează şi amplifică o
rază de lumină ingustă, de aceeaşi frecvenţă, concentrată
şi ai cărei fotoni se deplasează coerent, adică undele
electromagnetice corespunzătoare lor au aceeaşi fază.
Într-un dispozitiv laser, atomii sau moleculele
mediului activ – un cristal de rubin, un gaz sau chiar un
lichid - sunt excitaţi asfel incat majoritatea să se găsească
intr-o stare de energie superioară celei de echilibru.

68. 2.1. PRINCIPIUL METODEI

69. 2.1. PRINCIPIUL METODEI
In principiu, energia electrica este transferata intr-o
raza de lumina cu o singura lungime de unda in timpul
procesului de generare a razei in rezonatorul laserului, ca de
exemplu in cazul laserului pe baza de CO2.
Raza laser este paralela, ceea ce usureaza transferul
pe distante mari, pana la punctul vizat. In aria de procesare,
raza laser este concentrata intr-un punct mic, asigurand astfel
energia necesara pentru a incalzi, topi sau chiar evapora
rapid metalele.

70. 2.2. LASERUL

71. 2.2. LASERUL
Laserii sunt dispozitive pentru amplificarea sau generarea undelor
electromagnetice din domeniul optic pe baza efectului de emisiune fortata a
sistemelor atomice care permite o concentrare a energiei corespunzatoare
unei temperaturi de zeci de mii de grade.
In 1951 Charles Townes a construit primul dispozitiv care amplifica
microundele prin emisie stimulata de radiatie si numea acest dispozitiv
MASER dupa initialele procesului (Microwave Amplification by Stimulated
Emission of Radiation).
Se considera ca primul laser utilizabil a fost construit de Theodore
Harold Maiman, in mai 1960 (laser cu rubin ).
Clasificarea laserilor se poate face dupa:
natura mediului activ (solid, lichid, gazos);
puterea emisa;
domeniul de lungimi de unda al radiatiei emise;
modul de functionare(continua sau in impulsuri).

72. 2.2.1.LASERUL CU MICROUNDE
Acest laser a fost inventat de Townes si Shawlow in 1954. Raza de
amoniac trece printr-un concentrator electrostatic pentru a separa moleculele aflate
pe nivele energetice superioare.

73. 2.2.2.LASERUL OPTIC
Primul laser optic, construit de Maiman in 1960, era un laser cu
pulsatie.
Nelson si Boyle au creat in 1962 primul laser continuu cu rubin,
inlocuind sursa (o lampablit) cu o lampa cu arc.
Aceste lasere si-au gasit, odata cu imbunatatirea metodelor de
fabricatie, si aplicatii practice.

74. 2.2.3. LASERUL CU RUBIN
Într-un laser cu cristal de rubin, atomii sunt aduşi cu 2 nivele energetice peste
starea fundamentală,
Revin foarte repede in mod natural la nivelul 1 (considerand starea
fundamentală nivelul 0)
Emisia stimulată are loc in cadrul tranziţiei de la nivelul 1 la nivelul 0.
Rubinul este un oxid de aluminiu care conţine mici cantităţi de ioni de crom.
Tubul de descărcare, in formă de spirală, este umplut cu neon, xenon.

75. 2.2.4. LASERUL CU SEMICONDUCTORI
Mediile active cele mai folosite pentru laserii cu semiconductori sunt:
GaAs,GaAlAs , GaP, InSb.
Liniile emise de diferitii laseri cu semiconductori se intind intre 0,3-30
micrometri.
Aplicand o diferenta de potential, golurile sunt injectate in regiunea n si
electronii in regiunea de tip p.
Recombinarea dintre electroni (banda de conductie) si duce la emisia
de radiatii.

76. 2.2.5.LASERII CU GAZ
Functie de natura chimica a mediului activ, laserii cu gaz se impart in
trei categorii:
1. Laserii atomici au ca mediu activ gaze in stare atomica provenite din
substante monoatomice sau poliatomice prin disociere (laserul cu heliu-neon, cu
oxigen, cu azot). Acesti laseri emit linii situate in infrarosu si vizibil.
2. Laserii ionici isi bazeaza functionarea pe tranzitiile electronice dintre nivelele
ionice ale substantelor ionizate (laserul cu argon ionizat, cu hologeni, cu azot,
etc.). Acesti laseri emit linii in principal in vizibil si ultraviolet.
3. Laserii moleculari au ca mediu activ un gaz in stare moleculara sau vapori:
Liniile emise de acesti laseri se gasesc in majoritate in infrarosu dar sunt
cunoscute si in vizibil.

77. 2.2.6. LASERII CU LICHID
Laserii cu lichid cei mai cunoscuti sunt cei cu chelati
organici si cei cu coloranti.
Mediul activ pentru laserii cu coloranti este format de o
substanta fluorescenta dizolvata intr-un solvent (alcool).
Largimea spectrala a radiatiei emise este de ordinul
sutelor de angstromi, putind fi selectata lungimea de unda
dorita, deci laserul este acordabil intr-o banda larga.

78. 2.2.7. LASERUL CU RAZE X
Cilindrul de plasma (rosu) este creat de impactul unui laser
cu pulsatie de mare putere (albastru).
Nu sunt folosite oglinzi, in schimb emisiile spontane sunt
amplificate si raza este trimisa in ambele sensuri.
A fost creat pentru prima oara de cercetatorii Matthews si
Rosen la Lawrence Livermore National Laboratory, in 1985.
Tinta este dintr-o foita subtire de seleniu sau un alt
element cu numar atomic mare, dispusa pe un substrat de
vinil pentru a-i da rigiditate.

79. 2.2.8. LASERELE CU PLASMA
Laser cu racire a plasmei la contactul cu gazul (TPD-
I): plasma de heliu mentinuta electromagnetic stationar este
racita de contactul cu hidrogenul, producand efectul laser in
XUV (164 nm) (Institute of Plasma Physics Nagoya,
Japonia).
Cea mai puternica manifestare a laserelor naturale se
produce in quasari.

80. 2.3. UTILIZĂRI

81. 2.3. UTILIZĂRI
Principalele domenii ale ingineriei in care se aplica laserul sunt:
holografia si interferometria holografica;
comunicatiile optice;
calculatorul si optica integrata;
producerea si diagnosticarea plasmei;
separarea izotopilor;
realizarea standardelor de timp si lungime;
telemetria si masurarea de viteze;
alinieri si controlul masinilor unelte;
masurari de profile si nivele;
controlul automat al masinilor;
incalzirea materialelor fara schimbare de faza;
topirea si sudarea metalelor;
vaporizarea si depunerea de straturi subtiri;
fotografia ultrarapida;
fabricarea si testarea componentelor electronice.

82. 2.4. LASERUL CU GAZE

83. 2.4. LASERUL CU GAZE
In rezonatorul laser, mediul laser este amplasat intre doua oglinzi. Fascicolul
laser reflecta intre oglinzile anterioara si posterioara si sufera un proces de
amplificare, in timp ce o parte a fascicolului este extrasa printr-o oglinda partial
reflectorizanta.
Laserii cu CO2 ofera nivele de putere mult mai ridicate care ajung la 50 kW.
Sistemele cu puteri de pana la 4 kW se utilizeaza frecvent pentru taierea
laser folosind lentile de focalizare.
Procesul de generare al fascicolului laser, procesul laserilor CO2, este bazat
pe utilizarea gazelor laser CO2, azot si heliu.
Amestecul de gaze pentru laserii cu CO2 contin 60-85% heliu, 13-55% azot
si 1-9% bioxid de carbon.

84. 2.5. SUDAREA LASER

85. 2.5. SUDAREA LASER
Sudarea laser atat cu laserii CO2 cât si Nd:YAG creste in pondere in
productia industriala. Laserele cu CO2 de putere ridicata (2 – 12 kW) sunt
utilizati la sudarea sasiurilor de automobile, componentelor de transmisii,
schimbatoarelor de caldura etc.
Laserii Nd:YAG de putere ridicata sunt livrati frecvent cu sisteme cu fibra
optica si roboti.
Fascicolul laser este focalizat pe o pata focala de mici dimensiuni, asigurand
intensitatea necesara topirii si evaporarii materialului.
Pentru focalizarea laserilor CO2 de putere ridicata, se utilizeaza cu precadere
oglinzi racite cu apa in locul lentilelor.
Sudarea cu laseri de putere ridicata este caracterizata de sudarea in gaura
de cheie. Energia laserului topeste si evapora materialul.
Principalele gaze pentru sudarea cu laseri cu CO2 sunt heliul si amestecurile
heliu-argon.
Cel mai bun gaz pentru sudarea cu laseri Nd:YAG este argonul, dar si azotul
si CO2 dau uneori rezultate acceptabile (sudurile in CO2 sunt usor oxidate).

86. 2.6. LASERUL DE 2 KW

87. 2.6. LASERUL DE 2 KW
Laser cu bioxid de carbon de 2000W, fabricat de soc. BOC,
este o unitate compactă şi dotată cu o simplicitate şi fiabilitate
excepţională, ideale şi industriei şi laboratoarelor de încercări.
Suduri de o calitate comparabilă cu cea obţinută prin fascicolul
de electroni pot fi executate în aer liber. Acest câmp de aplicaţii pare să
fie cel mai promiţător pentru un laser de acest tip.

88. 2.7. ALTE APLICATII

89. 2.7. ALTE APLICATII
Marcarea si gravarea cu fascicul laser sunt larg raspandite de ex.
pentru marcarea datei expirarii, codului de bare si descrierii produselor. Cu un
laser se pot induce modificari specifice ale suprafetei sau a unei portiuni a piesei
ca topirea, sublimarea sau oxidarea.
Perforarea cu fascicul laser permite realizarea unor orificii in orice
material din domenii ca aeronautica, tehnica spatiala sau productia de turbine.
Se foloseste un laser de calitate bine focalizat, pentru eliminarea strat cu strat a
materialului la fiecare puls al laserului pana la formarea unun orificiu precis. De
aceea se folosesc laseri cu impulsuri, deoarece acestia ofera puteri ridicate
pentru fiecare impuls.
Tratarea suprafetelor cu fasciculului laser grupeaza mai multe
aplicatii cum sunt calirea superficiala, topirea, emailarea, alierea, acoperirea.
Tratarea suprafetelor folosind fascicolul laser ofera unele avantaje speciale fata
de procedele alternative cum sunt efectul minim asupra piesei, delimitarea
precisa a zonei influentate, rata mica a defectelor, aderenta ridicata a stratului,
simplificarea controlului procesului.

90. 3.CONCLUZII.

91. 3.CONCLUZII.
Inventarea laserului a avut o influenţă deosebită asupra dezvoltării ştiinţei,
tehnicii şi a diverselor ramuri ale economiei. Utilizarea laserului în
prelucrarea materialelor capătă o importanţă economică deosebită.
Avantajul utilizării tehnologiei laserului constă în prelucrarea rapidă şi fără
contact a celor mai diverse materiale, lumina laser fiind aplicată cu mare
precizie şi exact controlată. Razele laser, de asemenea, sunt utilizate pe
larg în medicină, precum şi în automatizarea celor mai diverse procese.
Proprietăţile radiaţiei laser au făcut ca generatoarele cuantice să
reprezinte echipamente tehnice utilizate în cele mai diverse domenii ale
ştiinţei şi tehnicii.
Laserul cu impulsuri este folosit în geodezie şi construcţia de case, pentru
măsurarea distanţelor pe teren după timpul de parcurgere de către impulsul
de lumină a distanţei dintre două puncte.
Laserele au produs o revoluţie în telecomunicaţii şi în tehnica de
imprimare a informaţiei.
Tehnica laser se întrebuinţează pe larg în chirurgie şi în terapie.
Se conturează apariţia unei noi generaţii de calculatoare, calculatoarele
optice, a căror construcţie şi principiu de funcţionare diferă mult de cele ale
calculatoarelor electronice.

92. 4.BIBLIOGRAFIE

93. 4.BIBLIOGRAFIE
1.Sudarea si debitarea cu laser www.4shared.com
2.Laserul si aplicatiile lui Gabriela Paunescu 2010
3.Tehnologie si inovatie conf. dr. ing. Vasile Bratu 2006

94. 5.ANEXE

95. 5.ANEXE
FIŞIERE VIDEO