發(fā)布時(shí)間：2021-04-08 03:15

　　激光打孔與傳統(tǒng)的打孔方式相比存在極大的優(yōu)勢(shì),它在工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛。隨著激光打孔技術(shù)應(yīng)用范圍的逐漸增加,被加工的材料已經(jīng)可以從薄板擴(kuò)充到煙支、緩釋藥片等,此類材料厚度不大但表面呈曲面,且一般加工數(shù)量較多,對(duì)速度要求較高,這對(duì)激光打孔設(shè)備和工藝提出較高的要求,傳統(tǒng)的激光打孔設(shè)備由于只能在平面上打孔極大限制了其應(yīng)用范圍。鑒于煙支表面打孔這種應(yīng)用需求,本文研究了一種在柱面這類曲面上的掃描聚焦方式來(lái)實(shí)現(xiàn)激光打孔。為了實(shí)現(xiàn)在曲面上激光打孔的目的,提升激光打孔的質(zhì)量,本文提出了一種掃描弧形柱面聚焦激光打孔系統(tǒng)。首先分析了激光的特點(diǎn)和激光與物質(zhì)作用的規(guī)律,對(duì)傳統(tǒng)的激光打孔聚焦方式的特點(diǎn)和光束整形原理以及光束傳輸特性進(jìn)行了研究,并基于上述幾點(diǎn)設(shè)計(jì)掃描柱面聚焦激光打孔的總體方案�？傮w方案中首先選擇了最大輸出功率為250W,波長(zhǎng)為10.6μm的CO₂激光器,針對(duì)此類大功率激光器采用了水冷的方案,控制系統(tǒng)應(yīng)用的是成熟的基于ARM和CPLD的聯(lián)合控制,而機(jī)械系統(tǒng)則是設(shè)計(jì)了一套基于負(fù)壓吸風(fēng)鼓輪帶煙裝置,這類裝置將會(huì)結(jié)合光學(xué)聚焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在柱面上打孔的目的。接下來(lái)在光學(xué)系統(tǒng)中使用光學(xué)軟件建模... 

【文章來(lái)源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

煙支嘴棒激光打孔效果圖

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文9第二章激光打孔原理分析及系統(tǒng)構(gòu)成方案2.1激光打孔原理激光打孔技術(shù)相比于傳統(tǒng)打孔技術(shù)存在著巨大的優(yōu)勢(shì)，它在工業(yè)加工中有著非常廣泛的應(yīng)用。尤其隨著被加工材料的形狀越來(lái)越復(fù)雜，例如對(duì)煙支嘴棒這類柱面物體的激光打孔，這對(duì)激光打孔技術(shù)的改進(jìn)提出了較高要求。對(duì)激光打孔技術(shù)進(jìn)行研究的首先需要了解其原理。2.1.1激光產(chǎn)生原理原子核以及核外電子組成了原子，而其內(nèi)能是由核外電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能加上原子核吸引核外電子的位能組成，如果電子和原子核之間的距離由于外部作用而增加或減少，那么原子的內(nèi)能也會(huì)增加或減少。只有當(dāng)電子在離原子核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，它才是穩(wěn)定的，這種狀態(tài)稱之為基態(tài)。若外界傳輸一定能量給原子時(shí)，原子的內(nèi)能則會(huì)增加，外電子的軌道半徑擴(kuò)大，就會(huì)被激發(fā)至高能級(jí)，稱為激發(fā)態(tài)或高能態(tài)[41]。如圖2.1所示，E2、E3是高能態(tài)，E1是基態(tài)。圖2.1氫原子能級(jí)圖Fig.2.1Energyleveldiagramofhydrogenatom在高能級(jí)的原子處于受激發(fā)態(tài)通常是不穩(wěn)定的，當(dāng)它回到低能級(jí)并伴隨著釋放能量的過(guò)程稱之為躍遷。原子在基態(tài)這類狀態(tài)中是可以長(zhǎng)時(shí)間存在的，而在激發(fā)態(tài)中，原子在各種高能級(jí)的駐留時(shí)間（稱為壽命）通常都很短，一般情況下約為0.01μs左右。然而，

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文11激勵(lì)等。例如，紅寶石激光器采用的是光激勵(lì)，氦氖激光器采用的是電激勵(lì)，染料激光器采用的是化學(xué)激勵(lì)[44]。圖2.2粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的建立和激光的形成Fig.2.2Establishmentofinversionofparticlenumberandlaserformation激光器雖然有很多種類和不同的組成物質(zhì)，但一臺(tái)激光器通常主要有以下三部分組成，即工作物質(zhì)、激勵(lì)源、光學(xué)諧振腔。1）工作物質(zhì)事實(shí)上合適的工作物質(zhì)是激光產(chǎn)生的必要條件，如氣體、液體、固體、半導(dǎo)體等，因?yàn)榧す猱a(chǎn)生的必要條件之一是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，因此我們需要在此類介質(zhì)中產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，此外亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的存在可以幫助我們實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，此類的工作物質(zhì)已經(jīng)達(dá)到上千種，基于此的激光波長(zhǎng)已經(jīng)覆蓋了相當(dāng)寬的波段。2）激勵(lì)源粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并非憑空產(chǎn)生，它需要一定的能量支持，使其處于高能級(jí)的粒子數(shù)增加，我們將這種能量支持叫作激勵(lì)，激勵(lì)可以采取幾種形式，例如借助于具有動(dòng)能的電子通過(guò)氣體放電來(lái)激發(fā)工作物質(zhì)；脈沖光源也可以用于照射工作物質(zhì)，稱之為光激勵(lì)；此外也有化學(xué)激勵(lì)、熱激勵(lì)等。以上各種激勵(lì)方式通常稱之為泵浦。此類激勵(lì)必須持續(xù)進(jìn)行以不斷獲得激光輸出[45]。3）光學(xué)諧振腔上面兩點(diǎn)滿足后已經(jīng)可以獲得激光了，但是這樣的激光即受激輻射強(qiáng)度較低，無(wú)使用價(jià)值，后來(lái)研究人員研發(fā)出了光學(xué)諧振腔對(duì)較弱的受激輻射進(jìn)行放大。一般情況下光學(xué)諧振腔是由具有特定的幾何形狀和光學(xué)特性的兩塊反射鏡依據(jù)


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