基于动态聚焦振镜系统的三维激光加工算法及软件设计研究

发布时间：2022-10-29 12:46

　　由于激光加工非接触、高能量、高精度与可控性等优点,其已成为表面加工的主要方式之一。在过往的研究中,研究方向主要针对于二维平面的表面加工,针对于三维表面的高速度与精度的加工方式并不常见,市场上尚未有成熟的整体解决方案。本文旨在针对该领域进行整体的系统开发研究。首先,根据基于动态聚焦的三维振镜和五轴工作台,搭建出了整个系统的软硬件平台。并从实验中测量得出光路真实世界坐标与硬件系统坐标的关系,进一步计算测量得到软件系统与硬件系统之间的坐标映射。其次,根据工业中通用的几种三维模型的特点,对模型进行了解构与拓扑结构重建,并对数据结构进行了优化以加快计算速度。同时在软件中设计了三维视窗,提出了模型分割、拾取与网格化显示等算法。第三,在已分割的重建后三维模型的基础上,根据黎曼几何中共形几何的定义与计算方法,深入研究了计算机图形学中的纹理贴图方式,提出了将三维模型最小失真平面化的优化最小二乘共形参数化（Optimizing Least Squared Conformal Parametrization,OLSCP）算法与将局部区域内失真度降到最低的区域优先多重参数化（Multi-Field Prior... 

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究意义
2 三维激光表面加工系统设计
    2.1 硬件系统组成
    2.2 光学技术原理与光路调节
    2.3 软件系统的主要功能模块
    2.4 计算机三维坐标与真实世界坐标匹配与校正
    2.5 本章小结
3 三维模型结构及模型处理
    3.1 工业中常用的三维模型格式解析
    3.2 拓扑逻辑结构重建与优化
    3.3 数据结构构建与搜索
    3.4 三维工作区构建与选择算法
    3.5 本章小结
4 用于精确映射模型的参数化算法
    4.1 参数化与共形几何
    4.2 最小二乘共形参数化的数学表示
    4.3 推广OLSCP到分区优先参数化
    4.4 网格与模型的双向映射与插补
    4.5 本章小结
5 成品展示与实验结果分析
    5.1 系统成品
    5.2 现有方式与OLSCP方式参数化效果对比：
    5.3 OLSCP与MF-P在不同区域加工效果对比
    5.4 误差分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间主要研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于统一场追迹理论的激光扫描系统公差分析[J]. 高慧敏,房丰洲,张效栋,李楠.  激光与光电子学进展. 2017(12)
[2]同步扫描水下激光成像的角分辨率极限[J]. 何大华,李亚鹏.  激光与红外. 2017(11)
[3]扩束镜镜间距和倾斜度对激光聚焦特性的影响[J]. 杨亮亮,张珞,朱海红,殷杰,柯林达,曾晓雁.  激光与光电子学进展. 2018(04)
[4]激光大尺度3维动态聚焦扫描加工系统研究[J]. 李东华,邓磊敏,段军,曾晓雁,游欣易.  激光技术. 2016(04)
[5]五轴数控系统的三维曲面激光加工关键技术[J]. 陈良辉,赵盛宇,周泳全,周逸.  激光与光电子学进展. 2015(07)
[6]3DS与OBJ格式的三维模型文件在OpenGL中的输入与处理[J]. 汪永刚.  电子世界. 2013(06)
[7]基于三维动态聚焦技术的激光打标系统设计研究[J]. 林盛鑫,黄丁香,钟惠球,李仪.  东莞理工学院学报. 2011(03)
[8]STL模型的分层邻接排序快速切片算法[J]. 王素,刘恒,朱心雄.  计算机辅助设计与图形学学报. 2011(04)
[9]空间自由曲面激光标刻技术研究[J]. 许宝忠,刘铁根,王萌,李梅,张国顺.  中国激光. 2010(08)
[10]国内大功率半导体激光器研究及应用现状[J]. 马骁宇,王俊,刘素平.  红外与激光工程. 2008(02)

硕士论文
[1]2维流形STL曲面网格的重建算法研究[D]. 陈瑶.湘潭大学 2017
[2]基于纹理映射的自由曲面上三维激光打标方法[D]. 郭骄阳.广东工业大学 2016
[3]基于动态聚焦技术的曲面高效激光标刻系统研究[D]. 梅鹏.华中科技大学 2016
[4]三维柔性激光打标系统的设计与实现[D]. 苏荣伟.大连理工大学 2014
[5]激光偏转扫描系统动态聚焦模块的研究[D]. 沈可余.复旦大学 2011



本文编号：3697712