新型水射流导引激光加工系统光学特性与关键技术研究.pdf

厦门大学
博士学位论文
新型水射流导引激光加工系统光学特性与关键技术研究
姓名:叶瑞芳
申请学位级别:博士
专业:测试计量技术及仪器
指导教师:黄元庆
20090701
摘要随着精密加工和超精密加工技术的不断发展,激光与其他加工技术的复合无热熔渣和加工效率高等优势,已在微电子、航空制造、机械、医学等加工领然而,现有的水导引激光加工技术采用传统聚焦透镜光学系统,不可避免地存在精密调焦、离焦发散角对耦合条件的影响以及聚焦光学系统的像差等问状伟盐扪苌涔庥τ糜谒家す饧庸は低场Mü灾崂庾毒挡扪射光近似于平行光的特性,有效地解决了激光与水光纤波导的耦合损耗关键技逐渐成为加工制造领域的主流技术。在激光复合加工技术中,激光与水射流复合加工技术,即水导引激光加工技术是激光加工技术发展的一个新方向。与传统激光加工技术相比较,水导引激光加工技术具有加工距离长、热影响区小、域中得到应用。题。为了解决这些问题,基于轴棱锥镜产生的无衍射光束的中心光斑特性,本文首次将无衍射光束引入到水导引激光加工体系中,设计出了具有同轴监测功能的水射流导引激光加工系统的新方案。深入研究了水射流导引激光加工系统的光学特性、水光纤的流体力学特性及耦合系统的关键技术。利用水光纤波导导引无衍射光束,改变了激光束的能量高斯分布状况,实现了激光的能量近似平项均匀分布,有效地改善工件加工质量,同时,利用本技术有效扩大了的加工范围,实现在二维平台对工件的三维加工。此外,设计了耦合装置,有效解决了无衍射光束与水光纤波导的耦合效率及传输损耗等关键技术问题。并提出一种新的无衍射光斑中心检测算法,提高了系统的监测精度。本文的主要创新点如下:射光束的光学特性研究,利用无衍射光束具有中心光斑小,能量分布均匀,准直范围长的特点,采用轴棱锥镜替代现有水导引激光技术中的聚焦透镜的技术方案,彻底解决聚焦光学系统的调焦难题,降低了整个系统对设计、加工与调试精度要求;ɡ芾砗牛甇弥崂庾恫奈扪苌涔馐谖扪苌淝蚰诠馐⑸⒔切。砂盐扪
关键词:水导引激光轴棱锥镜同轴监测..,简化了整机光学系统。本光学系统可实现了激光加工全过程术。杓屏思庸ぁ⒓嗖狻⒅甘径ㄎ蝗庵嵬岫捞氐墓庋低发明专利号:的精确定位指示,并对激光与喷嘴耦合情况、水中气泡以及喷嘴的损坏等情况的实时监测;谘窍袼叵阜炙惴ê捅咴低枷窦觳夥椒ǎ岢隽死梦扪苌涔馐氛的边缘信息对无衍射激光光斑中心的亚像素定位检测算法。实验结果表明,本算法实现了对无衍射光束光斑中心高精度定位,有效提高了系统的监测精度。水射流导引激光加工系统光学特性与关键技术研究
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声明人┧寸带砷年履先厦门大学学位论文原创性声明本人呈交的学位论文是本人在导师指导下,独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考其他个人或集体己经发表的研究成果,均在文中以适当方式明确标明,并符合法律规范和《厦门大学研究生学术活动规范孕》。另外,该学位论文为翁组的研究成果,获得翁组鸦蚴笛槭业资助,在笛槭彝瓿伞请在以上括号内填写课题或课题组负责人或实验室名称,未有此项声明内容的,可以不作特别声明。
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第绪论课题研究的背景及意义激光以极好的单色性、相干性、方向性以及高能量密度等优点,受到各个领机,更重要的是开拓了很多的新兴学科和交叉学科,从而推动了大批行业发生了普通激光加工不可避免地存在自身的缺点,如在焊接时激光的能量转换和利偏大,、高热导率材料的加工【。为了解决如:激光与水射流复合切割技术⋯、激光复合焊接技术【.合加工技术【】等。激光复合加工技术可以扬长避短,优势互补,因此能够取得很在激光复合加工技术中,激光与水射流复合加工技术,即水导引激光加工技虽然现有水导引激光技术通过借助水束波导对激光的导引,一定程度上改善域