超快激光微加工的实时监测和效果评估
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
近几年来,激光打孔和激光切割在工业应用中的比例迅速增长。但是不管哪种加工类型,都存在一个缺点,即会产生一定量的废品。在激光加工中,对加工零部件的高质量要求只能通过监测生产过程以及控制生产部件的特殊特征来保证。要实现可靠的监测,监测系统必须能够对激光与材料作用区或邻近区域的实时条件进行准确的反映。这就意味着监测过程必须是无接触的操作,保证不对加工过程产生干扰。
     本论文主要研究超快激光微加工的实时监测技术。采用同轴监视的方法实现激光扫描微圆孔的孔径检测。论文中首先对激光微加工的监测信号,监测方法及监测手段进行了综合论述;然后,根据实际的激光微加工系统的加工光路,设计了同轴监视光路,根据加工微孔的孔径指标计算监视光路中成像中继镜组的各项参数,采用正负透镜系统组合的方式缩短监测光路,并利用zemax光学设计软件,设计了一套成像中继镜组。最后,搭建了实验光路,采集加工图像,通过图像测量的方法检测激光加工微孔的孔径尺寸。其中包括对CCD成像系统的尺度标定,以及对采集到的图像进行去除噪声,图像滤波,阈值分割等操作,最终通过最小二乘法进行圆拟合,得到微孔的尺寸。
     此外,由于激光加工是利用焦斑的能量与工件相互作用,因此,在加工时,工件必须设置于聚焦镜的焦平面上。本论文设计的监测系统,只需要再引入一个指示光源,可以实现被加工面与焦点位置的偏差测量。通过反馈机制对超差补偿,还可达到自动调焦的目的。
In recent years, laser drilling and laser cutting in the proportion of industrial applications is growing rapidly. But no matter what type of processing, there is a drawback, that is, to produce a certain amount of waste. In the laser processing, only by monitoring the production process and control the special features of the production parts to ensure the high quality of the parts and components. To achieve reliable monitoring, the monitoring system must be able to accurately reflect real-time conditions in the area of the laser and material role or neighborhood. This means that the monitoring process must be non-contact operation to ensure that does not process the interference.
     This thesis focused on real-time monitoring of ultrafast laser micromachining technology. Laser scanning micro-hole aperture measurement by using coaxial monitoring method was achieved. Firstly, the monitoring signal of the laser micro-machining, monitoring methods and monitoring tools were discussed comprehensively:Secondly, according to the actual optical path of laser processing, the coaxial monitoring optical path was designed.According to the aperture indicators of the processed micro porous; the various parameters of the imaging lens group were calculated. By using the lens system of combination positive and negative lens the monitoring optical path was shortened. And a set of imaging relay lens group were designed by using optical design software zemax, Finally, the experimental optical path is build and get images. Through the image measurement method the aperture size of the laser processed micro porous was detected. Including the scale factor calibration of CCD imaging system, and the noise removal, thresholding segmentation of the images, and ultimately by the least squares method for circle fitting, the size of the microspores was calculated.
     In addition, because of the use of the focal spot energy interact with the work piece in laser processing, during the processing; the work piece must be set in the focal plane of the focusing lens. The monitoring system was designed in this thesis, just with an indicator light, can also achieve the machined surface and the focus position deviation measuring. And through feedback mechanisms can achieve the purpose of automatic focusing.
引文
[1]潘涌,姜兆华,张同兴,等.旋转双光楔在激光微孔加工中的应用[J].应用激光,2009,6(29)
    [2]肖运鸿.德国激光技术现状与加速发展我国激光制造技术和产业的建议[J].机器人技术与应用.2003,5
    [3]徐丽红.新型激光切割并联机床的设计研究[D].江苏大学,2007
    [4]季国平.我国激光技术的应用与发展[J].中国电子商情:元器件市场,2003,5
    [5]席炜.更快、更高、更强——飞秒激光[J].现代物理知识,2010,2
    [6]段宏.激光微加工同轴监测系统的研制[D].华中科技大学,2009
    [7]张勇.大功率光纤激光焊熔池特征识别方法研究[D].广东工业大学,2011
    [8]骆红,等.激光焊接质量的实时诊断和控制[J].激光与光电子学进展,1997,1
    [9]王文凯.基于弧焊机器人接缝视觉信息检测与识别研究[D].南京理工大学,2003
    [10]权贵秦,徐昌杰,应用光学[M].西安:陕西人民出版社,2002
    [11]李士贤,郑乐年.光学设计手册[M].北京理工大学出版社,1990
    [12]赵翠玲.基于二元光学的摄远物镜设计[D].长春理工大学,2010
    [13]庄振锋.高分辨率显微电视镜头设计[D].福建师范大学,2008
    [14]朱铮涛.基于计算机视觉图像精密测量的关键技术研究[D].华南理工大学,2004
    [15]何振琦.基于FPGA和ARM高速图像采集系统的设计与实现[D]陕西科技大学.2011
    [16]沈杰.基于机器视觉的玻璃容器的尺寸与缺陷的检测[D].合肥工业大学,2011
    [17]秦威基于CCD技术的平面机构运动研究[D].天津工业大学,2006
    [18]刘晶晶,基于双目立体视觉的三维定位技术研究[D].华中科技大学,2007
    [19]郑国威.基于平面镜的摄像机标定技术研究[D].西北工业大学,2006
    [20]彭宜涛.基于VR的倒桩系统的监控技术研究[D].南京理工大学,2007
    [21]崔莉娟.双目立体摄影测量中的标定方法研究[D].西南科技大学,2011
    [22]李潘.基于激光视觉的微观形貌检测技术的研究[D].武汉科技大学,2010
    [23]张宁.基于关联基准的单目视觉远距离坐标测量方法的研究[D].天津大学,2008
    [24]石冬晨.基于虚拟仪器的几何尺寸非接触测量技术研究[D].西安工业大学,2010
    [25]吴德刚.基于图像处理的零件二维几何尺寸测量算法研究[D].郑州大学,2011
    [26]范江涛.基于机器视觉仪表识别的技术研究与应用[D].广东工业大学,2008
    [27]张嘉霖.基于计算机视觉图像的位置跟踪技术研究[D].河北工业大学,2007
    [28]朱诚.视频监控系统中运动目标的检测与跟踪技术研究[D].电子科技大学,2010
    [29]刘祝华.图像去噪方法的研究[D].江西师范大学,2005
    [30]潘振赣.基于模糊聚类的碑文拓片图像分割算法研究[D].苏州大学,2010
    [31]费风长.基于模糊聚类的碑文拓片图像分割算法研究[D].江西财经大学,2006
    [32]熊秋菊,杨慕升.数字图像处理中边缘检测算法的对比研究[J].机械工程与自动化,,2009,,153(02):43-47
    [33]陈洪海.数字图像边缘的一种提取方法[D].大连理工大学,2008
    [34]阴国富,等.基于阂值法的图像分割技术[J].现代电子技术,2007,23
    [35]刘思伟,等.头部CT图像多阈值分割的优化实现[J].计算机工程与应用,2009,22
    [36]沈子琦.基于视频图像的工件装配对准技术研究[D].中北大学,2008
    [37]周致远.适用于激光微加工的自动对焦系统的研究[D].天津大学.2009
    [38]沙定国.误差分析与测量不确定度评定[M].中国计量出版社,2003
    [39]王振兴.基于图像处理的精密测量技术研究[D].西安电子科技大学.2009
    [40]左铁钏,21世纪的先进制造—激光技术与工程[M]北京:科学出版社,2007
    [41]李奕,傅星,邬勇,刘春阳,胡晓唐.基于PCI总线的纳秒激光微加工数控系统的建立,机械与电子,,2008(8)
    [42]辛凤兰.高质量激光打孔技术的研究[D].北京工业大学,2007
    [43]江海河.激光加工技术的发展与展望[J].光电子技术与信息,2001,14(4):1~12
    [44]田兴志译,激光加工现状及21世纪的展望[J].光机电信息,2003,2:1-4
    [45]高听,宋宙模.强脉冲激光金属表面烧蚀热场的数值仿真[J].红外与激光工程,2000,29(4):62~66
    [46]倪晓昌,王清月,飞秒激光烧蚀研究进展.[J]激光与光电子学,2002,12:4-9
    [47]张永强,激光切割质量同轴视觉检测与控制的研究[D].北京:清华大学,2006
    [48]王春明.激光切割实时监测技术的基础研究,硕士学位论文.武汉:华中理工大学材料加工工程,1999
    [49]王春明,胡伦骥,胡席远.激光切割前沿辐射与切割质量关系的初探.中国机械工程,2001,12(7):821~814
    [50]张华,潘际銮,廖宝剑.焊接温度场的实时检测及熔透闭环控制[J].焊接学报.1998,19(3):176~183
    [51]张华.焊接温度场实时检测及其应用[D].北京:清华大学机械系,1997
    [52]X. Zhu, D.M. Villeneuve, Yu. Naum, S. Nikumb, P.B. Corkum, Experimental study of drilling sub-10 mm holes in thin metal foils with femtosecond laser pulses, Applied Surface Science 152 1999.138-148
    [53]H.M. Milchberg, R.R. Freeman, OSA Proceedings on short wavelength coherent radiation:generation and applications, Vol.2,1989, p.418.
    [54]Reiner Witte*, Tobias Moser, Rene Liebers, Ronald Holtz, Lasag AG, Thun, Switzerland, Laser micro-drilling with nanoseconds-parametrical influences and results, Proc. of SPIE Vol.7022 702208-1
    [55]A. Gillner, W. Wawers, Drilling Holes, application report published in industrial laser solutions journal (2006).
    [56]C. Fohl, F. Dausinger:High precision laser drilling with ultra short pulses-fundamental aspects and technical applications, published PICALO 2006.
    [57]容观澳.计算机图象处理.北京:清华大学出版社.2000:610
    [58]周晨波,于文英等,激光打孔小孔内壁再铸层微裂纹检验方法研究[D].烟台大学学报,1997,12(3):203~207
    [59]H. Rohde, F.Dausinger, "Investigation of the dynamical process during the formation of a micro through hole", Proceedings of the 6th European Conference on Laser Treatment of Materials (ECLAT'96), F. Dausinger, F. H. W. Bergmann, J. Sigel (ed.), pp.675-682, AWT, Stuttgart,1996.
    [60]Ruxun Li, Weiming Cao, "Laser micro-drilling technology", mechanical technologist, Vol. 11.P.8-9,1995
    [61]郭琳,尚振宏.一种有效的自适应中值滤波算法[J].长春工业大学学报(自然科学版),2008,29(1):87-90.
    [62]韩军,刘钧.工程光学[M].西安电子科技大学出版社.2007:108-109.
    [63]范壮.机械零件尺寸视觉检测系统的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006
    [64]马文娟.基于机器视觉的零件平面尺寸自动测量[D].山东大学,2006.
    [65]冯卫东.工业零件形状尺寸图像检测技术研究[D].国防科学技术大学,2002.
    [66]冈萨雷斯.数字图像处理(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2003.
    [67]R.1.Hatley.Estimation of relative camera position for uncalibrated camera.Proc. of the ECCV'92,Santa Margherita Ligure,Italy,1992:379-387.
    [68]Jain A K,Fundamentals of Digital Image Processing,Prentice-Hall,1989.
    [69]刘霞.工业零件形状尺寸的机器视觉检测系统研究.[D].哈尔滨理工大学.2009

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700