[發(fā)明專利]一種飛秒激光復(fù)雜構(gòu)件大面積制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810131341.0
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108320268B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明;姜瀾
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所;北京理工大學(xué)
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T7/10;G06T7/62;B23K26/362
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本發(fā)明提出了一種飛秒激光復(fù)雜構(gòu)件大面積制造方法，對復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行表面加工，具體包括：采用復(fù)雜構(gòu)件模型重構(gòu)和表面加工圖案拼接算法，根據(jù)激光加工區(qū)域面積和焦深，設(shè)定約束條件和區(qū)域生長算法，劃分加工區(qū)域，并對區(qū)域邊界進(jìn)行簡化處理得到加工區(qū)域，對組成加工圖案圖元種類及布局特點(diǎn)提取關(guān)鍵特征，根據(jù)周期性和非周期性布局的過程，設(shè)計(jì)拼接算法使得加工圖案自動快速地在復(fù)雜構(gòu)件表面進(jìn)行布局，采用加工區(qū)域劃分和圖案分割算法，設(shè)置加工圖案中圖元的種類和組合方式，求得圖元與加工區(qū)域邊界的交點(diǎn)并歸類子圖案到對應(yīng)的加工區(qū)域，采用加工圖案實(shí)時(shí)檢測和在線拼接制造技術(shù)，通過設(shè)置和安裝高精度CCD攝像機(jī)獲得加工部位的視頻圖像，基于圖像處理算法實(shí)時(shí)識別已加工圖案的邊界，進(jìn)而根據(jù)待加工圖案邊界信息來預(yù)判兩幅加工圖案的配準(zhǔn)誤差，獲取所需矯正變換參數(shù)，實(shí)現(xiàn)激光加工過程中的在線拼接制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)激光制造領(lǐng)域，涉及一種飛秒激光復(fù)雜構(gòu)件表面加工制造方法。該方法采用復(fù)雜構(gòu)件模型重構(gòu)和表面加工圖案拼接算法、加工區(qū)域劃分和圖案分割算法、加工圖案實(shí)時(shí)檢測和在線拼接制造技術(shù)對復(fù)雜構(gòu)件表面進(jìn)行加工。

背景技術(shù)

20世紀(jì)60年代出現(xiàn)一種新型光源，具有單色性好、方向性好、相干性好、能量集中等特點(diǎn)。飛秒光脈沖是指持續(xù)時(shí)間為10^-12s-10^-15s的激光脈沖，這種激光脈沖具有極高的峰值功率，很寬的光譜寬度和極短的激光發(fā)射時(shí)間的特點(diǎn)。飛秒激光以其獨(dú)特的超短持續(xù)時(shí)間和超強(qiáng)峰值功率開創(chuàng)了材料超精細(xì)、低損傷和空間三維加工處理的新領(lǐng)域，而且應(yīng)用越來越廣。根據(jù)飛秒激光超短和超強(qiáng)的特點(diǎn)，大體上可以將應(yīng)用研究領(lǐng)域分成超快瞬態(tài)現(xiàn)象的研究和超強(qiáng)現(xiàn)象的研究。它們都是隨著激光脈沖寬度的縮短和脈沖能量的增加而不斷的得以深入和發(fā)展。飛秒脈沖激光的最直接應(yīng)用是人們利用它作為光源, 形成多種時(shí)間分辨光譜技術(shù)和泵浦/探測技術(shù)。它的發(fā)展直接帶動物理、化學(xué)、生物、材料與信息科學(xué)的研究進(jìn)入微觀超快過程領(lǐng)域, 并開創(chuàng)了一些全新的研究領(lǐng)域, 如飛秒化學(xué)、量子控制化學(xué)、半導(dǎo)體相干光譜等。飛秒脈沖激光與納米顯微術(shù)的結(jié)合, 使人們可以研究半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)(量子線、量子點(diǎn)和納米晶體)中的載流子動力學(xué)。在生物學(xué)方面,人們正在利用飛秒激光技術(shù)所提供的差異吸收光譜、泵浦/ 探測技術(shù), 研究光合作用反應(yīng)中心的傳能、轉(zhuǎn)能與電荷分離過程。超短脈沖激光還被應(yīng)用于信息的傳輸、處理與存貯方面。

第一臺利用啁啾脈沖放大技術(shù)實(shí)現(xiàn)的臺式太瓦激光的成功運(yùn)轉(zhuǎn)始于1988年，這一成果標(biāo)志著在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)飛秒超強(qiáng)及超高強(qiáng)光物理研究的開始。在這一領(lǐng)域研究中，由于超短激光場的作用已相當(dāng)于或者大大超過原子中電子所受到的束縛場，微擾論已不能成立，新的理論處理有待于發(fā)展。在1020W/cm2的光強(qiáng)下，可以實(shí)現(xiàn)模擬天體物理現(xiàn)象的研究。1019-1021W/ cm2的超高強(qiáng)激光產(chǎn)生的熱電子（200KeV）。飛秒激光的另一個重要的應(yīng)用就是微精細(xì)加工。通常，按激光脈沖標(biāo)準(zhǔn)來說，持續(xù)時(shí)間大于10皮秒（相當(dāng)于熱傳導(dǎo)時(shí)間）的激光脈沖屬于長脈沖，用它來加工材料，由于熱效應(yīng)使周圍材料發(fā)生變化，從而影響加工精度。而脈沖寬度只有幾千萬億分之一秒的飛秒激光脈沖則擁有獨(dú)特的材料加工特性，如加工孔徑的熔融區(qū)很小或者沒有；可以實(shí)現(xiàn)多種材料，如金屬、半導(dǎo)體、透明材料內(nèi)部甚至生物組織等的微機(jī)械加工、雕刻；加工區(qū)域可以小于聚焦尺寸，突破衍射極限等等。一些汽車制造廠和重型設(shè)備加工廠目前正研究用飛秒激光加工更好的發(fā)動機(jī)噴油嘴。使用超短脈沖激光，可在金屬上打出幾百納米寬的小孔。在最近于奧蘭多舉行的美國光學(xué)學(xué)會會議上，IBM公司的海特說，IBM已將一種飛秒激光系統(tǒng)用于大規(guī)模集成電路芯片的光刻工藝中。用飛秒激光進(jìn)行切割，幾乎沒有熱傳遞。美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)，這種激光束能安全地切割高爆炸藥。該實(shí)驗(yàn)室的洛斯克說：“飛秒激光有希望作為一種冷處理工具，用于拆除退役的火箭、火炮炮彈及其他武器。”