卢涛[1]2002年在《激光微加工系统研制》文中研究指明激光微加工技术作为激光加工技术的一个新兴分支，已被越来越广泛地应用于精密机械加工、微机械制造等诸多领域。本文对激光微加工系统中各主要部分的研究和设计方法进行了全面的讨论，包括激光微加工机的单片机控制器、加工光学系统、PC机监控软件等叁部分。此外，还讨论了激光微加工系统的整体实现和加工控制方式。 激光器输出的加工光经过光学系统的后，形成符合微加工精度和能量密度要求的加工光斑并聚焦于被加工工件的表面。然后，由单片机控制器控制激光器、加工平台以及辅助系统按照预先设定的加工模式进行加工。在对工件的整个加工过程中，可以通过显微镜系统对加工过程进行观察。由于采用了视频图象实时采集技术，还可以通过PC机对加工过程进行监视和存储。 在单片机控制器、光学显微镜系统和PC机监控软件的配合下，本激光微加工系统实现了一种新的加工控制方式。即通过鼠标在加工区域的实时视频图像上绘制加工图样，然后由PC计算机根据此图样自动生成加工控制信息，并通过单片机控制器控制激光微加工机进行加工。此方式不要求用户事先编写控制程序，提高了系统的实用性。
李东华[2]2015年在《激光大尺度叁维动态扫描加工系统研究》文中研究指明随着激光技术的发展,激光由于其特殊的优异性质在很多领域展现了无与伦比的优势。激光微加工是激光加工应用中的一个重要研究方向。我国目前的激光微加工研究集中在基于平面上进行的各种精微加工领域。随着激光微加工应用的不断深入,对于叁维结构或工件进行微加工的要求越来越迫切。依靠现有的二维和准叁维方式很难实现高速高精度的叁维精微加工。因此,发展一种叁维扫描加工系统对于扩展激光微加工的应用领域,提高我国激光微加工技术,缩短与发达国家激光应用技术水平的差距具有重要意义。提出将激光动态聚焦系统整合进激光微加工系统中的方案,对现有激光准叁维加工系统进行分析,通过计算、设计和ZEMAX模拟,设计了搭载于现有激光准叁维微加工系统的动态聚焦镜。实现了激光大尺度叁维动态加工系统,激光叁维扫描加工范围达到150mm×150mm×50mm,激光焦斑直径小于10um。本文从传统的激光二维和叁维加工技术入手,介绍了当前激光叁维加工技术的现状和叁维加工系统的不足。然后介绍了动态聚焦扫描系统的原理,包括分析二维振镜扫描原理,介绍动态聚焦镜光杠杆原理。并在此分析的初上,详细介绍了基于ZEMAX的远心F-Theta镜、动态聚焦镜光学设计。选定音圈电机作为动态聚焦镜驱动机构并切实搭建了激光大尺度叁维动态扫描加工系统,提出了动态聚焦扫描系统的两种扫描方式-准叁维动态聚焦扫描和叁维联动动态聚焦扫描。通过实验研究了本系统的动态聚焦特性,对两种扫描方式进行了实验验证。
温正湖[3]2010年在《叁维微结构的激光热塑成型系统研究》文中研究指明叁维微结构制备技术是MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统)领域的关键技术之一,高效、经济的叁维微结构制备技术对于MEMS的发展和进步具有不可或缺的作用。在众多的叁维微结构制备技术中,激光微加工技术具有非接触、无污染、低噪声以及便于实现智能控制等特点,可以克服其他加工技术的一些不足,在MEMS领域得到越来越广泛的应用。本课题研制开发了一套基于激光热塑成型效应的叁维微结构制备系统。该系统采用激光直写、结合X-Y二维矢量扫描的方式,无需掩膜等复杂过程,可以实现叁维微结构高效、快速和低成本地制备。这一新的制备系统,能用于制备微机械、微光学技术、微电子技术、微光学电子机械系统(MEMS)及微纳米技术等领域的叁维微结构,具有广阔的应用前景。本文的主要工作和研究成果如下:研制开发了一套基于激光热塑成型效应的叁维微结构制备系统。设计了微结构制备系统的光路、机械、控制和监控模块,在制备叁维微结构时可以对制备过程进行实时显微监控,能够方便地观察微结构生长情况,可实现微结构快速、方便地制备。设计完成了叁维微结构的激光热塑成型及CCD成像监控软件系统。该软件系统包括叁维微结构制备、制备过程实时监控以及视频、图像获取和处理等功能。可以高效地制备各种叁维微结构。采用PC机软件直接控制激光器和二维电控平移台,而不是通过单片机间接控制加工系统,可以方便地在线升级软件模块功能而不用重新烧入单片机,减低了硬件成本,提高了系统的灵活性和通用性。利用研制的叁维微结构制备系统进行实验。制备得到了点、线等基本微结构以及复杂微结构,其中有些具有实用性。实验结果研制了系统的可行性。
貊泽强, 余锦, 樊仲维, 刘洋, 葛文琦[4]2013年在《基于PC平台的高精度激光微加工系统的研制》文中指出介绍了自主设计高精度皮秒激光微加工系统及其控制单元。首先在加工系统整体方案的设计上充分考虑了激光器的选择、光束质量、控制方式等对加工精度的影响。将高斯光束转化为平顶光束引入激光微加工。其次使用了一种位置比较脉冲的光机同步技术,使得激光脉冲在空间上均匀分布,改善了加工效果。最后在系统中加入了路径规划、实时监测及同步显示等功能,实现系统加工线宽达到3.64μm,绝对定位精度小于1μm的激光微加工。
刘超[5]2010年在《激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究》文中研究表明微纳米技术是二十世纪中后期发展起来的一门新兴交叉学科。随着微纳米技术的迅速发展,人们对微米级、亚微米级,乃至纳米级的微驱动和微定位技术提出了新的要求。不断探索新的驱动源及驱动技术,研发综合性能好、易于微小化的微驱动机构,历来具有其重要性和迫切性。本文首次提出和发展了一种新型光热微驱动技术,设计和研制了多种系列的微型光热驱动机构,其特点是原理新颖、结构简洁、驱动力大、控制方便、可微小化和集成化、可实现非接触无线操控,具有重要的科学意义和广阔应用前景。本文首先系统地开展了微型光热驱动机制的理论及仿真研究,建立了微型光热驱动机构的热学和结构力学(静力学和动力学)模型。通过分析微纳米尺度光热膨胀效应,建立了光热微膨胀与微驱动的热学模型,并针对一维光热微驱动机制建立了一维简化模型,获得了驱动机构的一维稳态温度分布和膨胀臂伸长量的理论计算公式。另一方面,利用线性变形体系的虚功原理,分析了铰链结构光热微驱动器的偏转规律,推导出微驱动器偏转量的通用公式,建立了基本型、单臂优化型和双臂优化型微驱动器的结构静力学模型,进而得到了温度分布与驱动器偏转量的计算公式。在静态模型的基础上,进一步建立了微驱动器的热学和结构力学的动态模型,研究了微驱动器在脉冲激光作用下的瞬态变形量和动态响应规律,得到了微驱动器偏转振幅的频率响应函数,为光热微驱动器及微型光热驱动机构的设计提供了理论基础。在数理模型及理论分析的基础上,优化了光热微驱动器及微型光热驱动机构的结构参数。优选高膨胀、低热导、光谱特性匹配良好的高密度聚乙烯(HDPE)等作为光热膨胀材料,采用准分子微加工技术等手段,设计和微加工制作了多种结构、多种尺寸、多种形式的微型光热驱动机构系列,包括微膨胀臂系列、非对称型光热微驱动器系列、对称型光热微驱动器系列、单向触点开关式光热微驱动器系列、双向触点开关式光热微驱动器系列等。此外,利用形状记忆合金材料,设计制作了光热驱动马达和光热驱动行走机构。研究并建立了微型光热驱动机构的驱动控制及显微观测系统。整个系统由激光驱动控制模块、显微监控模块和分析测量模块等组成。在激光驱动控制模块中,采用激光直接调制法,通过计算机软件直接控制产生多种波形、频率和功率的激光束；显微监控模块和分析测量模块,采用基于亚象素匹配算法的CCD显微成像观测系统及软件,具有亚象素的高分辨率,可实时观察微型光热驱动机构在不同控制条件下的显微运动状态,并实现对光热驱动机构的静态和动态微运动的高精度测量和分析。开展了微型光热驱动机构的实验技术研究。利用自行研制的驱动控制及显微观测系统,在不同频率和功率的激光控制下,实现了各种微型光热驱动机构的光热微驱动。通过光热膨胀臂的静态和动态响应特性的实验研究,验证了其一维简化模型的正确性和可行性。在此基础上,开展了微型光热驱动机构系列(非对称型光热微驱动器系列、对称型光热微驱动器系列、单向触点开关式光热微驱动器系列、双向触点开关式光热微驱动器系列和光热微动台系列)在脉冲激光驱动下的运动特性研究,揭示了驱动机构的静态和动态响应特性。实验结果表明,各种优化的微驱动机构具有良好的光热驱动性能,且与理论模型相吻合,从而证明了上述结构力学模型的正确性。最后,本文对课题的研究内容和研究成果进行了总结,阐述了研究工作的特色和创新之处。同时,指出了研究工作中尚存在的不足及有待完善之处,并对今后的工作提出了展望。
徐淼[6]2008年在《激光微加工控制系统软件及硬件的设计》文中进行了进一步梳理随着科学的发展,激光微加工以其独有的特点,已经在当今微加工领域起到了不可替代的作用。本文针对激光微加工控制系统的构建开展了深入的研究,完成了整个控制系统软件程序和硬件控制电路的设计与调试;并且通过实际的应用,不断地对系统进行优化,利用该系统实现了对多种二维图形和叁维结构的设计与制备。利用激光对材料进行加工,实际上就是实现激光与材料按照一定的规律相对运动。在本设计中,首先设计数据转换软件对要加工的二维或叁维的图形进行数据转换,使系统可以直接调用加工数据文件,将相应的数字信号转换为模拟信号,通过控制转镜偏转,使激光的焦点按照加工要求在静止的材料表面和内部上进行加工,当加工完一层之后,通过压电平台使材料上升或下降进行纵深方向的加工,这样就实现了对材料的叁维加工。结合每次的加工结果对系统进行优化,同时,提出采用位移电控平台(精度微米级)结合适用于小范围加工的转镜,进行大范围的加工的构想并进行了初步的研究。
姜涛, 杨宏青, 樊喜刚, 金亮[7]2014年在《飞秒激光加工微结构及其系统研究进展》文中研究说明飞秒激光加工技术以其独特的优势,正在逐渐成为微纳制造和超精密加工领域的技术前沿之一。本文介绍了飞秒激光加工技术出现的时代背景,结合目前已有的微加工技术,评述了该技术的优势及特点,并重点阐述了加工的微结构在机械、生物、光学等领域的应用实例,报道了国内外飞秒激光微加工系统研制的最新进展情况。最后,评论并探讨了飞秒激光加工技术存在的问题及其今后发展的方向。
朱迅[8]2004年在《聚合物微流控芯片的激光加工技术研究》文中研究说明微流控芯片系统已成为目前分析仪器发展的重要方向与前沿，微流控芯片技术的发展，需要先进的微制造技术为后盾。 本课题是国家863项目《面向微流控芯片的微模具制造装备研究》的重要组成部分，本文的研究工作围绕CO_2激光烧蚀加工微流控芯片的原理展开，具体分析了激光加工的特点，数控系统的组成和用户界面的设计，从聚合物材料特性和激光加工参数选择两个方面对实验研究进行详细论述。CO_2激光烧蚀加工微流控芯片加上方法可以避免传统的微电子工艺制造微流控芯片的局限性，同时解决当前微流控芯片制造工艺的高成本问题，研究低成本批量制造技术，为微流控芯片技术研究与产业化奠定基础。 全文内容安排如下： 第一章是绪论部分，在综述国内外微机械系统(MEMS)发展概况的基础上，介绍了激光加工技术在微加工领域的应用现状，归纳出了聚合物微流控芯片加工的关键技术，提出本学位论文的研究内容。 第二章分析比较聚合物微流控芯片的几种加工方法，同时对准分子激光和CO_2激光加工聚合物PMMA时的特性进行比较。最后重点论述了CO_2激光烧蚀加工的原理和特点。 第叁章从分析PMAC多轴运动控制器的特点和功能着手，详细阐述了基于PMAC的CO_2激光加工数控系统组成，同时介绍了PMAC控制的叁轴联动和PID参数的调整。 第四章是本论文的重点内容，提出面向对象模块总体设计，对其中的控制中心模块、仿真控制模块和运动控制器模块进行详细的分析。重点介绍了这些模块的类实现，给出了模块的主要属性和功能接口。最后，详细介绍了PEWIN模块的功能实现。 第五章介绍了微流控芯片加工的检测仪器与设备，功率测量仪和微机械旋转体视显微检测系统。同时对实验结果从激光功率与流道深度的关系，冷却时间与流道深度的关系，流道深度、宽度与加工回程次数的关系和十字型流道的试样分析四个方面进行详细论述。 第六章对本学位论文进行了总结，并对今后激光微细加工技术的发展做了展望。
胡原[9]2016年在《激光微加工七轴五联动机床控制系统软件设计》文中进行了进一步梳理如今国防安全、航空航天、生物医学等方面飞速发展,制造业和科学研究领域中微加工的地位和作用越来越重要。利用双转台五轴联动机床结合激光二维扫描振镜系统形成复合激光加工装备,实现叁维空间中任意复杂曲面的激光加工,提高大型复杂工件的加工质量和精度。叁维激光微加工技术利用激光非接触、聚焦高能量等特性,以高精度激光二维扫描振镜替代机械加工刀具,通过双转台五轴机床实现叁维空间坐标的精确定位,对复杂曲面进行扫描刻蚀加工,弥补了传统机械加工在加工精度和质量上的不足。为了实现能进行任意复杂曲面的激光微加工的七轴五联动控制系统,进行如下几方面的研究:(1)根据激光叁维微加工控制系统需求,通过五轴机床和二维振镜形成七轴(5+2)五联动加工设备,对激光微加工系统硬件结构进行设计,进行软件结构设计和软件模块划分,设计硬件抽象API接口层增强系统扩展性。(2)通过对七轴五联动机床的运动过程和加工效率进行分析,简化七轴五联动系统运动学模型为双转台五轴模型,建立坐标系连杆模型,根据连杆模型进行平移、旋转变换得到运动学方程并求解,将求解结果结合转台速度进行分析得到最优转角。(3)对控制系统软件的激光和振镜控制模块、运动控制模块、图形模块、加工显示模块进行功能划分、设计和实现,设计和实现硬件抽象层的API接口,完成激光二维扫描振镜和双转台五轴机床的运动控制,实现任意复杂曲面激光叁维刻蚀。(4)分析了激光微加工控制系统误差来源,对其主要误差来源机床几何误差进行误差测量、建模和补偿,并设计多种曲面刻蚀实验对系统功能和精度进行测试,表明系统在叁维加工中能进行精确定位,保证加工位置一直处于焦深范围,刻蚀图形拼接误差20μm以内。
张菲[10]2012年在《电子材料紫外激光微加工技术与机理研究》文中研究表明紫外激光因波长短、部分特定材料吸收率高、热影响区小、可聚焦光斑尺寸小等特点,微加工时容易获得较高的加工精度和质量,已引起电子半导体制造和通讯工程、生物和医学、精密机械、航空航天、国防等领域工程技术人员的高度重视。特别是近十年来迅速发展起来的高功率全固态紫外激光器,电光转换效率高、重复频率高、性能可靠、运行成本低、体积小、光束质量好、功率稳定,在微电子和半导体工业精密制造和微细加工领域中占有重要地位。因此,研制具有自主知识产权的紫外激光微加工设备,特别是研究紫外激光微加工技术、机理和建模对提升我国在微制造领域中的技术水平和核心竞争力具有十分重要的意义。首先,针对现有紫外激光微加工装备采用振镜扫描加工作台运动或静态聚焦加工作台运动的方式,不能同时满足电子行业和半导体行业精密制造和微加工的多功能、高效率、高精度和大幅面要求的现状,本论文研发了一种多功能紫外激光微加工设备,兼有振镜快速扫描和静态短聚焦两种加工方式。根据两种加工方式刻蚀单晶硅片得到的刻缝宽度和深度的标准差对设备稳定性进行了评估,结果表明,多功能紫外激光微加工设备振镜快速扫描加工系统和静态短聚焦加工系统均能稳定工作,能够胜任工业应用的要求。其次,针对传统同心圆扫描或螺旋线扫描钻盲孔加工方法容易产生盲孔底部表面高度不均匀的问题,首次提出了定点—同心圆扫描结合加工方式,即盲孔中心区域采用激光定点钻孔方式去除材料,盲孔周边区域采用同心圆扫描方式去除材料。通过对PI(聚酰亚胺)和铜材料的单脉冲激光刻蚀率和扫描光斑等效脉冲数理论计算,得出了采用定点—同心圆扫描结合方式加工FPC(柔性线路板)盲孔时激光脉冲能量密度、激光频率、扫描速度与同心圆扫描间距之间的关系式。根据该关系式对多层FPC钻—阶盲孔参数进行了优化设置,获得了底部整洁光泽、锥度小、结构理想的盲孔(直径200μm),测得盲孔底面最大高度差为7.16μtm,孔底表面粗糙度Ra为1.06μm,符合电子行业要求。再次,采用355nmNd:YVO4激光器和1064nmNd:YAG激光器对CCL(覆铜箔层压板)和FPC进行了刻蚀、切割加工对比实验,比较了不同波长激光对加工质量的影响,分析了紫外激光能量密度和扫描速度对FPC主要材料铜、PI刻缝宽度、深度的影响,并对紫外激光切割FPC金手指进行了研究。然后,对纳秒脉冲紫外激光刻蚀铜材料的去除过程进行了有限元模拟和实验对比研究,模拟过程中首次采用将激光脉宽作用时间分段计算,并且将激光功率密度始终加载在已形成的盲孔或凹槽表面的方式,这种方式比目前ANSYS模拟激光去除加工研究中普遍采用的根据加载激光能量一段时间后的温度场分布进行材料去除的方式更符合实际情况,使得模拟结果更准确。将不同能量密度下刻蚀铜模拟值与实验值比较得出,刻缝宽度和深度的误差最大值分别为4.5μm和2μm；对不同扫描速度的情况模拟时,刻缝宽度和深度的误差最大值分别为2μm和3.5μm；不同扫描次数条件下,当扫描速度分别为100mm/s和200mm/s时模拟刻缝深度的误差最大值分别为1μtm和2μm。实验结果表明该数学模型的模拟结果具有较高的准确性,可对紫外激光刻蚀铜进行预测和理论指导。激光扫描刻蚀FPC材料时,模拟铜和PI的刻蚀宽度以及铜刻蚀深度较为准确,误差值分别为0.1μm、0.6μtm和1μm；但对PI的刻蚀深度误差较大,其原因是PI材料与紫外激光相互作用机理复杂且热物理性质参数尚不完善。最后,采用紫外激光精密切割和化学腐蚀相结合的方法研究了一种125μm厚超薄A1203陶瓷微势阱芯片基底层的制备技术。利用正交实验获得了A1203陶瓷激光精密切割的关键影响因素和优化参数,研究分析了关键影响因素对精密切割尺寸精度和切口边缘质量的影响规律以及高温浓硫酸对激光切缝周围残余颗粒和刻缝侧壁表面重熔层的相互作用机理。实验结果表明,采用紫外激光精密切割和化学腐蚀相结合的方法,不但可以获得高精度激光加工尺寸,而且还可获得刻缝侧壁表面无重熔层、表面粗糙度可达0.16μm的高质量超薄A1203陶瓷微结构,完全满足后续金属沉积工艺要求。
参考文献：
[1]. 激光微加工系统研制[D]. 卢涛. 郑州大学. 2002
[2]. 激光大尺度叁维动态扫描加工系统研究[D]. 李东华. 华中科技大学. 2015
[3]. 叁维微结构的激光热塑成型系统研究[D]. 温正湖. 浙江大学. 2010
[4]. 基于PC平台的高精度激光微加工系统的研制[J]. 貊泽强, 余锦, 樊仲维, 刘洋, 葛文琦. 科学技术与工程. 2013
[5]. 激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究[D]. 刘超. 浙江大学. 2010
[6]. 激光微加工控制系统软件及硬件的设计[D]. 徐淼. 吉林大学. 2008
[7]. 飞秒激光加工微结构及其系统研究进展[J]. 姜涛, 杨宏青, 樊喜刚, 金亮. 制造技术与机床. 2014
[8]. 聚合物微流控芯片的激光加工技术研究[D]. 朱迅. 浙江大学. 2004
[9]. 激光微加工七轴五联动机床控制系统软件设计[D]. 胡原. 华中科技大学. 2016
[10]. 电子材料紫外激光微加工技术与机理研究[D]. 张菲. 华中科技大学. 2012