高能量飞秒激光脉冲对硅和玻璃的附带损伤

采用高能量飞秒激光脉冲对硅片和载玻片的未抛光表面进行了烧蚀,对烧蚀后样品的表面形貌和纳米力学性能进行了检测。用显微镜对烧蚀后样品的表面形貌进行检测,硅片烧蚀后正面形貌随位置不同发生渐变,而烧蚀后玻璃正面烧蚀区与未烧蚀区有明显界限。用原子力显微镜对烧蚀后样品的预抛光背面进行了检测,发现硅片烧蚀前后背面形貌未发生显著变化;而玻璃烧蚀前后背面形貌发生了明显改变,且烧蚀区与未烧蚀区的背面形貌有较为明显的界限。利用原位纳米力学测量仪对样品抛光背面的纳米力学性能进行了测量,发现硅片背面纳米力学性能有与正面烧蚀区渐变形貌相对应的规律性变化,而玻璃烧蚀前后背面的纳米力学性能则无显著变化。样品表面微观形貌和纳米力学性能的规律性变化在一定程度上反映了高能量飞秒激光脉冲在样品背面产生附带损伤的分布情况。

微小型五轴数控机床的研制

为了满足微小复杂结构件的加工需要和机床误差补偿技术的研究,研制了一台微小型五轴数控机床实验平台,本体尺寸为580 mm×450 mm×570 mm。机床实验平台为卧式双转台结构,布局紧凑,空间利用率高,各轴采用了直线电机、直驱马达、丝杠滑台驱动方式。分析了机床的主要薄弱环节,并进行了受力分析和优化设计,仿真结果表明机床变形量由原来的69.323μm减小为2.686μm,得到了显著的改善。对机床进行了模态仿真,分析机床前四阶振型变形规律,为机床弱刚度变形误差补偿提供了参考依据。对加工刀路进行了规划和模拟,完成了铝合金棒料的加工实验。实验结果表明机床具有较好的加工能力,并验证了加工刀路规划的正确性。

一种大行程自动对焦的激光辅助加工平台

为了提高激光辅助加工效率,设计一种自动对焦高精度大行程精密定位工作台。该平台的光学对焦理论以激光三角法为基础,这是典型的非接触式测量,不需要计算机的对比计算,这也是该机构精度大、误差小的原因之一。同时,该平台机构在竖直方向上的位移能够达到100μm,这是普通精密机构很难达到的。传动部分中,丝杠两端采用交叉滚子轴承作为支撑,提高机构精度和稳定性。同时,利用压电陶瓷与柔性铰链相连作为微位移驱动器,实现平台精密定位和自动对焦。对焦过程中,不同的离焦量对应不同的LED信号灯提示,同时报警器会发出相应的报警信号提醒。驱动部分应用双联机构,避免了直流电机在驱动时产生震颤的问题,很大程度上提高了对焦平台的精度和对焦效率。

Residual strains of aluminum alloy characterized by nanoindentation

A formula was brought forward to correlate residual strain with hardness measured by nanoindentation method. Using the formula, residual strains in prestrained aluminum alloy samples were evaluated. In order to compare with the calculated strain, such values were also measured by strain gauge method. The results show that the differences of the residual strain obtained by nanoindentation and strain gauge method are not more than 8%, which shows that the formula is suitable for characterizing residual strain of aluminum alloy.

激光焊接头焊缝自动检测及跟踪研究

将激光焊接头与CCD视频跟踪模块集成在一起,提出一种采用一字线激光进行自动化焊缝检测的方法。该方法利用激光三角测量法,得到焊缝的高度、宽度等形状信息。在图像处理方面,对所获得的焊缝区域图像进行中值滤波和二值化处理,获得焊缝特征点二维坐标,实现目标定位,并计算其在世界坐标系下的三维坐标。在跟踪算法方面,采用精度高、速度快的核相关滤波器目标跟踪算法,分别对常见的直线型和曲线型焊缝位置进行跟踪。实验所得数据拟合曲线与焊缝形态误差在5%以内,吻合度较高,实时跟踪效果良好。

钛合金TC4在连续光纤激光加热下的表面温度场分布研究

利用热源加热金属表面可以改善金属材料的力学特性，研究了红外连续激光对钛合金TC4材料表面进行加热后的温度场分布规律。基于傅里叶定律和能量守恒定律建立了导热微分方程及其定解条件，在ABAqus中建立了移动热源的三维瞬态传热学仿真模型；为了校核激光加热仿真温度场的准确性，采用双色红外测温仪测量激光光斑中心温度，对仿真结果进行了验证。结果表明，实验与仿真结果相吻合，所建立的激光加热仿真模型能有效预测材料温度场的分布。利用ABAQUS软件对不同激光功率、扫描速度和光斑尺寸下的TC4钛合金温度场分布情况进行了仿真，仿真结果对优选激光热辅助加工时的激光参数有重要的参考价值。