飞秒激光双光子聚合加工扫描路径的规划

发布时间：2017-03-20 11:11

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【摘要】：飞秒激光双光子聚合(Two-Photon Polymerization,简称TPP)被认为是实现三维微纳结构功能器件加工最具发展前景的工艺方法之一,具有高精度、良好空间选择性和真三维加工能力。并且在微电子、光电子、通信、生物医药、微机电系统和超材料等领域都具有广泛的应用前景。飞秒激光双光子聚合加工根据光聚合材料与飞秒激光脉冲发生非线性双光子吸收作用,通过扫描系统对分层截面进行扫描,实现截面区域的固化。并通过逐层加工的方式,形成立体微结构。因此在加工过程中,扫描路径规划作为影响成形件精度和成形效率的重要因素,有待于进一步研究。本文分别从截面轮廓数据拟合和扫描路径生成算法两个方面展开研究。由于扫描路径是基于截面轮廓数据进行规划的,因此必须对截面轮廓数据进行拟合处理,并选择直线和非均匀有理B样条曲线进行数据拟合。该算法以最小二乘法为基础,根据斜率和长度判断对数据进行分段拟合处理,并且通过二分法优化控制点数目。经实例仿真分析,在允许误差范围内,采用该方法可以用较少的NURBS曲线逼近原截面轮廓。然后采用轮廓环偏置扫描和分组光栅式扫描相结合的复合扫描方式,进行二维截面的填充。通过对独立轮廓组的划分、轮廓环偏置扫描算法中停止扫描的判断以及分组光栅式扫描算法中交点的优化筛选来进行数据处理。该算法有效避免了传统往复扫描出现空行程的缺点,以及轮廓环偏置扫描算法不稳定、判断复杂的特性,能够延长激光器的使用寿命。最后以LabVIEW软件作为开发工具对扫描路径生成系统进行模块化结构设计,通过对三维STL数据模型进行分层后得到的CLI分层文件格式进行分析,实现了CLI分层文件的读取、显示及生成扫描路径。并通过实例仿真分析,验证了该扫描路径生成系统的可行性。
【关键词】：双光子聚合 截面轮廓拟合 扫描路径 复合扫描 二进制CLI文件
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN249
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 论文选题来源8
• 1.2 选题背景和意义8
• 1.3 国内外研究现状8-15
• 1.3.1 数据拟合研究现状8-9
• 1.3.2 激光扫描路径研究现状9-15
• 1.4 本文主要研究内容及章节安排15-17
• 第二章 截面轮廓数据的NURBS拟合算法17-31
• 2.1 轮廓线生成原理17-19
• 2.2 截面轮廓数据的误差19-20
• 2.3 截面轮廓数据的分段处理20-23
• 2.4 NURBS曲线拟合算法设计23-28
• 2.4.1 数据点参数化法及节点矢量的确定24-25
• 2.4.2 截面数据拟合方法25-26
• 2.4.3 优化控制点搜索法26-27
• 2.4.4 NURBS曲线拟合算法步骤27-28
• 2.5 实例说明28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 复合扫描算法的研究31-50
• 3.1 复合扫描算法的实现策略31-32
• 3.2 复合扫描算法中的基本概念32-33
• 3.3 复合扫描算法的实现33-49
• 3.3.1 独立轮廓组划分33-36
• 3.3.2 轮廓环之间位置关系36-38
• 3.3.3 轮廓环偏置扫描38-41
• 3.3.4 停止轮廓环偏置扫描判断41-43
• 3.3.5 分组光栅式扫描43-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 扫描路径生成系统的设计与实现50-63
• 4.1 扫描路径生成系统的组成50-51
• 4.2 扫描路径生成系统设计51-58
• 4.2.1 Magics分层软件51-53
• 4.2.2 CLI文件53-57
• 4.2.3 模块设计57-58
• 4.3 扫描路径生成系统的实现58-60
• 4.4 扫描路径实例测试60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63
• 5.2 展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 作者简介71
• 攻读硕士学位期间研究成果71

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本文编号：257686