皮秒加工系统

激光技术普遍的应用于工业加工领域。激光微织构加工主要使用纳秒级、毫秒级的长脉冲激光,这就不可避免的会带来热影响问题。超短脉冲激光器主要应用于冷消融微加工,其能够在没有热影响的条件下去除材料,从而避免了传统激光加工所引起的一系列负面影响,同时也免去了后续加工步骤。鉴于此,本文开展了皮秒激光加工系统研究。以ARMSTM32为控制中心,C++语言来设计相关软件,完成控制系统的开发。首先,从总体功能上介绍了多功能皮秒激光加工设备的应用场合及应用对象。在设计功能上将系统划分为硬件系统、软件系统和强电系统三大模块,并对这三大模块各部分需承担的功能进行分析,同时确定了硬件系统及软件系统的开发工具,完成了完成了硬件系统模块中的三维移动平台、皮秒激光器、光学聚焦系统(包括直臂切割头、扫描振镜及旋切装置)以及控制芯片四大部分的选型。其次,开展了硬件系统设计,主要包含三维平台运动控制模块、激光器参数控制模块、基于SPI串行外部接口通讯模块、USB虚拟串口通信模块、DRM远程管理模块以及红外手持无线遥控模块。接着完成了系统软件功能模块的设计,主要包含串口共享软件程序子模块、三维移动平台移动软件子模块、激光器控制软件子模块、平面激光加工软件子模块和DRM远程管理软件子模块共五大子模块。最后主要使用该设备进行皮秒激光微织构工艺试验的研究。试验材料包括45~#钢、玻璃及硅片。在这三种材料上进行激光微凹坑及微凹槽相关的工艺试验,探索并总结皮秒激光工艺参数对微织构形貌的影响规律。结果表明,对于45~#钢,微凹坑的深度及宽度随着电流的增大而增加,微凹槽的深度和宽度随电流的变大先增加后减小,随扫描速度的增加而减小;对于玻璃,微凹槽的深度及宽度随电流的增加先减小后增大,随着扫描速度的增加,深度先增加后减小,宽度随之逐渐变大。

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