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《武汉理工大学》 2012年
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复杂微结构的激光加工工艺规划

肖翔  
【摘要】:超短激光是具有广泛运用的前沿技术,是理想的超精密微加工手段之一。超短激光朝着波长越短和脉冲越短的两个方向发展,在这两个方向中157nm准分子激光和飞秒激光最具代表性。157nm准分子激光具有较高的单光子能量,对材料的热影响极小,刻蚀精度高;飞秒激光实现飞秒量级(10-15s)的脉冲输出,作用于材料的时间很短,峰值功率高。它们较传统的加工方式,更容易获得较高的加工精度和理想的加工效果,是目前激光技术研究的前沿和热点。 本文在研究157nm超短波长激光和飞秒超短脉冲激光的工艺规划基础上,开发了超短激光微加工的数控自动编程系统,即人机交互界面。结合数学模型与基础微加工实验,探讨各工艺参数对加工质量的影响规律,并找到最优化的工艺参数组合。 本文主要研究内容与成果如下: (1)进行了157nm激光加工工艺规划研究,并进行了相应的基础实验。结果表明,利用157nm激光进行抛光加工时,被刻蚀面累积辐射能约为350J/cm2时,表面粗糙度Ra可以达到20nm,取得了良好的抛光效果。用数学解析式的方法构建数学模型,并运用最小二乘法推导出了粗糙度Ra的计算式。模型分析合理地解释了抛光后底面沟壑的形成,为今后改善加工质量提供了理论依据。 (2)进行了飞秒激光加7-工艺规划研究。在石英材料的飞秒激光抛光实验中,其他工艺参数相同时,扫描行间距越大,抛光面的沟壑越明显,底面越粗糙。利用matlab强大的运算和图形功能来构造数学模型,来解释粗糙度的形成机理。模型分析表明,飞秒抛光加工应尽可能采用较小的激光能量,再利用粗糙度数学模型选择合适的行间距。 (3)利用Visual Basic和Matlab语言工具,开发出基于超短激光微加工的人机交互界面。人机交互界面包含两个主要部分:157nm激光微加工和飞秒激光微加工。人机界面可以自动生成数控指令代码,驱动工作台的移动。Matlab可以根据选择的加工形状,模拟仿真加工的全过程。根据仿真的结果,可以适当的调整相应的加工工艺参数,直到获得预期的加工质量。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN249

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【参考文献】
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