激光打孔光楔扫描光学系统的设计与研究

作     者：谢云辉 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱长虹

授予年度：2011年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：旋转打孔 三光楔系统 光线追迹算法 

摘      要：工业生产范围的扩展使得传统的机械钻孔和加工电火花再也无法适应,这就带动了激光打孔的需求,对打孔技术也提出了更高的指标。 激光打孔的基本方式分为复制法和轮廓迂回法,本论文从理论上分析比较了两种打孔方式的热物理过程和打孔质量。为了获得高深径比的微孔,采用旋转打孔的策略,设计了激光打孔三光楔扫描光学系统和光路。计算确定了三光楔系统的基本参数,完成了光路设计。 为了研究光学系统的特性,引入计算机图形学的计算方法,开发了基于矩阵运算的动态光学系统光线追迹算法,把几个关系的运算直接转换为矩阵的运算,将这种方法扩展到动态曲面进行了基本分析,找到了一种可行的处理步骤。根据这种算法,分析了双楔扫描的特性,在此基础上得到三楔扫描光学系统在工件面上聚焦点轨迹的解析解。 根据理论结果模拟了三楔的扫描模式,算法实验的结果与理论很好地符合,验证了算法的可行性、高精度和高效率。在激光打孔的实验中,通过比较不同材料上冲击打孔和选择打孔的质量,说明了旋转打孔方案的优势所在。 完整的激光打孔用光学系统还应包括观测和检测系统,为了获得更好的小孔质量还可以辅以其他加工工艺,如吹气和表面预处理。另外,对于三光楔系统,给定目标连续轨迹,如何确定参数条件还有待深入研究。